4.2.Сплавы на основе алюминия.

Алюминий – метал серебристо-белого цвета. Не имеет полиморфных превращений. Решётка ГЦК. Алюминий имеет низкую плотность – 2,7 г/см³ , хорошую тепло и электропроводность, высокую пластичность и коррозионную стойкость. Примеси ухудшают все эти свойства. Т пл. = 658 ⁰С.

Постоянные примеси алюминия: Fe, Si, Cu, Zn, Ti. В зависимости от содержания примесей алюминий подразделяют на три класса:

- особой чистоты А999 (примесей 0,001%)

- высокой чистоты А995, А99, А95 (примесей 0,005 – 0,05%)

- технической чистоты А85, А8 (примесей 0,15 – 1%)

технический алюминий ,выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют АД0 и АД1. Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния. Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твёрдость алюминия.

В виду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется лёгкость, свариваемость, пластичность. Например: рамы, двери, фольга, посуда и т.п. Высокая теплопроводность позволяет применять его для изготовления теплообменников.

Высокая электропроводность обуславливает его широкое применение для изготовления проводов, кабелей, шин и т.п. Алюминий высокой чистоты, обладающий высокой пластичностью, идет на изготовление конденсаторной фольги толщиной 6 – 7 мкм. Технически чистый алюминий используют в виде проволоки в производстве кабелей и проводов. Для токонесущих проводов воздушных линий электоропередач с большими расстояниями между опорами используют алюминиевые сплавы Al – Mg – Si более прочные, чем чистый алюминий.

Высокая отражательная способность позволяет использовать его для изготовления отражателей, зеркал, рефлекторов и др. Он хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет высокую усадку затвердевания – 6%.

4.2.1. Деформируемые алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы, в отличии от чистого алюминия, характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Предел прочности некоторых сплавов достигает 500 – 700 Мпа, что приближается к прочности сталей, при плотности не более 2,85 г/см³. Алюминиевые сплавы в основном все хорошо обрабатываются резанием.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются: Cu, Mg, Si, Mn, Zn. Реже - Li, Ni, Ti.

Упрочняющая термическая обработка состоит в закалке и естественном или искусственном старении.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления: деформируемые, литейные, спеченные.

К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы аМц и аМг. Они отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью.

Сплавы типа АМц и АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклёпок, переборок, корпусов и мачт судов, рамы вагонов, кузова автомобилей и др.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся: сплавы нормальной прочности и высокопрочные. Типичные представители – дуралюмины – маркируются буквой - Д. Они характеризуются высоким сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы алюминий – медь – магний.

Дуралюмины широко применяют в авиации. Из сплава Д1 изготавливают лопасти воздушных винтов, из Д16 – шпангоуты, тяги управления и т.п. Д18 – основной заклёпочный сплав.

Ковочные алюминиевые сплавы маркируют – АК. Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. У них более высокая пластичность, но меньше прочность. Их используют для средненагруженных деталей сложной формы: крыльчатки, крепёжные детали и др.

Сплав с повышенным содержанием меди АК8 хуже обрабатывается давлением, но более прочный. Применяется для высоконагруженных деталей несложной формы: подмоторные рамы, лопасти винтов вертолётов и др.

Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой – В, временное сопротивление до 600 – 700 Мпа. Наибольшее упрочнение вызывают закалка (465 – 475 ⁰С) и старение (140 ⁰С, 16 часов).

Эти сплавы применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия – обшивка, шпангоуты, лонжероны самолётов. Свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов представлены в таблице 10

Таблица 10. Химический состав и механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов.

Сплав	Содержание элементов (остальное Al), %				Вид полуфабриката	Механические свойства
						в	0,2	-1	, %	НВ
	Cu	Mg	Mn	Прочие		МПа
Амц После отжига	-	-	1 – 1,6	-	листы	130	50	55	20	300
АМг6 После отжига	-	5,8-6,8	0,5-0,8	0,02-0,1Ti, 0,002-0,005Ве	листы	340	170		20	700
Д1 Закалка и ест. Старен.	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	-	Листы Прессованные прутки	400 480	240 320	105 125	20 14	950 -
Д16 Закалка и ест. Стар.	3,8-4,9	1,2-1,8	0,3-0,9	-	Листы Прессованные прутки	440 530	330 400	115 140	18 11	1050 -
В95 Закалка и иск. Стар.	1,4-2	1,8-2,8	0,2-0,6	0,01-0,25 Сr 5-7 Zn	Листы Прессованные прутки	540 600	470 560	150 150	10 8	1500 1500
АК6 Закалка и иск. Стар.	1,8-2,6	0,4-0,8	0,4-0,8	0,7-0,2 Si	поковки	400	299	125	12	1000

4.2.2. Литейные алюминиевые сплавы

Они маркируются буквами АЛ – алюминиевый литейный. Для них характерна классификация по химическому составу: Al – Si, Al – Cu, Al – Mg.

Лучшими литейными свойствами обладают силумины (Al – Si). Они характеризуются высокой жидкотекучестью, малой усадкой, отсутствием или низкой склонностью к образованию горячих трещин и хорошей герметичностью.

Плотность большинства силуминов – 2650 кг/м³, что меньше плотности чистого алюминия(2700 кг/м³). Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления и термической обработки.

Температура закалки силуминов находится в пределах 515 – 535 ⁰С, температура старения – в интервале 150 – 180 ⁰С. Наибольшее применение в промышленности нашли сплавы АЛ9 и АЛ4. Их применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения: корпуса компрессоров, картеров, головки цилиндров.

Высокопрочный сплав АЛ32 разработанный в МВТУ им. Н.Э. Баумана предназначен для литья под давлением. Его можно упрочнять после литья путём искусственного старения без предварительной закалки. Применяется для получения блоков цилиндров, головок блоков и др. деталей автомобильных двигателей. Сплавы системы Al – Cu (АЛ7, АЛ19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах. Но имеют худшие литейные свойства и герметичность. Хорошо обрабатываются резанием и свариваются.