3. Алюминиевые сплавы.

3.1. Виды алюминиевых сплавов.

Алюминий широко используется в промышленности и дизайне. Однако в качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алю-миний, а разные сплавы на его основе. Классификацию алюминиевых спла-вов можно проводить по разным признакам. Прежде всего, алюминиевые сплавы условно делятся на деформируемые (для производства прессовок, проката и поковок) и литейные (для производства отливок).

Деформируемые сплавы в свою очередь разделяют по способу упроч-нения на упрочняемые деформацией и термоупрочняемые.

Сплавы, упрочняемые деформацией,  упрочняются только  холодной деформацией (холодная прокатка, прессование или волочение). Деформаци-онное упрочнение приводит к увеличению прочности и твердости, но умень-шает пластичность. Восстановление пластичности достигается рекристалли-зационным отжигом.

Полуфабрикаты из термоупрочняемых сплавов упрочняются только пу-тем специальной термообработки. Она заключается в закалке с определенной температуры и последующей выдержкой в течение некоторого времени при другой температуре (старение). Происходящее при этом изменение структу-ры сплава,  увеличивает прочность, твердость без потери пластичности.

Литейные алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей: повышен-ную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок; сравнительно невысокую линейную усадку; пони-женную склонность к образованию горячих трещин. Кроме того, алюминие-вые сплавы обладают высокой склонностью к окислению, насыщению водо-родом, что приводит к таким видам брака отливок, как газовая пористость, шлаковые включения и оксидные включения. Поэтому при разработке техно-логии плавки и изготовлении фасонных отливок любым из способов литья необходимо учитывать особенности отдельных групп алюминиевых сплавов.

Следующим признаком, по которому различают алюминиевые сплавы это основные легирующие элементы, которые входят в тот или иной сплав.

1. Сплавы системы Al - Mg (Al - Mg - Si) характеризуются легированием алюминия магнием или магнием + кремнием. Обозначаются эти сплавы АМг или АД.

2. Сплавы системы Al - Mn характеризуется легированием алюминия марганцем, обозначаются эти сплавы АМЦ.

3. Сплавы системы Al - Cu (Al - Cu - Mg) характеризуются легированием алюминия медью или медью + марганцем. Обозначаются эти сплавы Д.

4. Сплавы системы Al - Zn (Al - Zn – Mg) характеризуются легировани-ем алюминия цинком (цинком + магнием). Обозначаются эти сплавы В.

5. Сплавы системы Al - Si характеризуются легированием алюминия кремнием. Обозначаются эти сплавы АК и называются силуминами и испо-льзуются в основном для литья.

Во всех указанных выше обозначениях в конкретных случаях присутст-вуют цифры, обозначающие количественное содержание в сплаве легирую-щего элемента или номер сплава.

3.2. Свойства алюминиевых сплавов.

Отметим, что свойства алюминиевых сплавов зависят от очень большо-го числа факторов (химический состав, состояние поставки, степень нагарто-ванности и т.д.). Поэтому в данном пункте будут показаны лишь общие тен-денции и указаны для иллюстрации некоторые значения.

Плотность алюминиевых сплавов незначительно отличается от плотно-сти чистого алюминия (2.7г/см³). Она изменяется от 2.65 г/см³ для сплава АМг6 до 2.85 г/см³ для сплава В95.

Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью.

За счет малой плотности удельные значения предела прочности,  предела те-кучести и модуля упругости (соответствующие величины, поделенные на ве-личину плотности) для прочных алюминиевых сплавов сопоставимы с соот-ветствующими значениями удельных величин для стали и титановых спла-вов.  Это позволяет высокопрочным алюминиевым сплавам при определен-ных условиях конкурировать со сталью и титаном.

Прочностные свойства алюминиевых сплавов зависят от их типа, мар-ки и состояния, вида, формы и размера полуфабрикатов, условий работы и других факторов.

Легирование практически не влияет на величину модуля упругости и модуля сдвига. Например, модуль упругости упрочненного дуралюминия Д16  практически равен модулю упругости чистого алюминия А5 (Е=71ГПа) Однако, за счет того, что прочностные свойства алюминиевых сплавов в целом в несколько раз превышают прочностные свойства чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкцион-ного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

Большинство  алюминиевых сплавов  имеют худшую электро- и тепло-проводность,  коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с чис-тым алюминием. Так теплопроводность многих сплавов (АМг5, Д16, В95) вдвое ниже, чем у чистого алюминия, но все равно она выше, чем у сталей.

Алюминиевые сплавы в большинстве своем обладают сравнительно высокой коррозионной стойкостью в 10 - 20 раз превышающей стойкость обычной ко-нструкционной стали. Наилучшие коррозионные свойства имеют сплавы АМц, АМг, АД31, а худшие – высокопрочные сплавы Д16, В95, АК. Кроме того   коррозионные свойства термоупрочняемых сплавов существенно зави-сят от режима закалки и старения. Хорошо свариваются всеми видами свар-ки  сплавы АМц и АМг.  При сварке деформированного металла в зоне сва-рочного шва происходит отжиг, поэтому прочность шва соответствует проч-ности основного материала в отожженном состоянии.