Дополнение к применению и свойствам алюминиевых сплавов.

Достоинством дуралюминов является высокая удельная прочность, благодаря чему они относятся к числу широко применяемых материалов в самолетостроении, для изготовления лопастей воздушных винтов, шпангоутов, тяг управления и др. Дуралюмины используют во многих отраслях техники. Их также применяют для кузовов грузовых автомобилей, для строительных конструкций, в пищевой и холодильной промышленности для изготовления ёмкостей, тестомесильных аппаратов, сепараторов, поплавковых камер, арматуры, трубопроводов и т. д. (рис.6.25).

 Дуралюмины имеют пониженную коррозионную стойкость. Для повышения коррозионной стойкости листы дуралюмина плакируют, т. е. покрывают слоем чистого алюминия и производят совместную прокатку листов. Алюминий, толщина слоя которого составляет 2 – 5 %, сваривается с основным металлом и защищает его от коррозии.

 

Рис.6.25 Изделия, в которых используются дуралюмины

Для повышения коррозионной стойкости деталей из дуралюминов их также подвергают анодной поляризации в 10 %-м растворе серной кислоты. Выделяющийся кислород способствует образованию на поверхности дуралюминовой детали оксидной пленки, предохраняющей ее от окисления.

 Деформируемые алюминиевые сплавы на Al - Zn - Mg - Си основе (типа В95, В96) имеют наиболее высокую прочность среди всех алюминиевых сплавов Ϭ_в = 500 – 750 МПа, но невысокую пластичность δ = 7 – 10 %. Эффект старения в этих сплавах наиболее высок. Он достигается за счет выделения дисперсных фаз. При высоком содержании цинка медь не участвует в старении, сохраняется в пересыщенном твердом растворе, повышая относительное удлинение и коррозионную стойкость. Сплавы В95, В96 используются в самолетостроении для тяжелонагруженных деталей.

 Снижение полетной массы машин является важнейшей задачей конструкторов, работающих в области самолёта - и ракетостроения. Для легирования алюминия применен литий - самый легкий среди металлов (плотность 0,5 г/см3). В настоящее время разработаны сплавы системы Al - Сu - Li (ВАД23) и Al - Mg - Li (01420), а также режимы их упрочнения при термической обработке. В сплавах этого типа при искусственном старении достигается большее упрочнение, чем при естественном старении. Сплавы имеют прочность, близкую к прочности дуралюминов (Ϭ_в = 400 МПа), но значительно меньшую плотность.

 Упрочнение Al - Сu - Li системы легирования (ВАД23) достигается еще за счет выделения при старении дисперсной фазы Al₂CuLi, по своей природе аналогичной фазе S(Al₂MgCu) в системе Al - Сu - Mg. Эффект упрочнения усиливается при введении небольшого количества кадмия (0,1 – 0,25 %).

 

Максимальный эффект после термообработки получен на сплавах, содержащих 5 – 6 % Си и 1,4 % Li, близких по составу сплаву ВАД23.

 

Сплав ВАД23 используется как конструкционный материал для изделий, в которых должны сочетаться низкая плотность с высокой прочностью, жесткостью и жаропрочностью. Он обладает высокой технологической пластичностью, особенно при горячей деформации. Из него могут быть получены все виды деформированных полуфабрикатов, включая фольгу.

 Сплавы системы Al - Mg - Li являются самыми легкими из всех известных алюминиевых сплавов (на 12 % легче сплава Д16 и на 15 % - сплава В95). Такое существенное снижение массы объясняется тем, что оба легирующих элемента легче алюминия.

 Благодаря сочетанию низкой плотности, высокого модуля упругости, коррозионной стойкости и хорошей свариваемости применение сплавов системы Al — Mg - Li в аэрокосмической технике непрерывно расширяется.

  Для снижения массы летательных аппаратов в ряде случаев применяют специально разработанные технологические методы. При изготовлении корпусных частей самолетов (фюзеляжа, крыльев) и управляемых ракет это может достигаться использованием сотовых конструкций. Наружные оболочки делают из высокопрочных материалов, а в качестве наполнителя применяют клеевые сотовые конструкции из обычных алюминиевых сплавов.

       Коррозионные свойства. 

Наилучшие коррозионные свойства имеют сплавы АМц, АМг, АД31, а худшие – высокопрочные сплавы Д16, В95, АК. Кроме того, коррозионные свойства термоупрочняемых сплавов существенно зависят от режима закалки и старения. Например, сплав Д16 обычно применяется в естественно-состаренном состоянии (Т). Однако свыше 80^оС его коррозионные свойства значительно ухудшаются и для использования при больших температурах часто применяют искусственное старение, хотя ему соответствует меньшая прочность и пластичность (чем после естественного старения). Многие прочные термоупрочняемые сплавы подвержены коррозии под напряжением и расслаивающей коррозии.

Свариваемость.

Хорошо свариваются всеми видами сварки сплавы АМц и АМг.  При сварке нагартованного проката в зоне сварочного шва происходит отжиг, поэтому прочность шва соответствует прочности основного материала в отожженном состоянии (рис.6.26).

      

Рис.6.26 Сварка алюминиевых сплавов системы АМц и АМг

Механические свойства.

       Прочность сплавов АМц и АМг возрастает (а пластичность уменьшается) с увеличением степени легирования. Высокая коррозионная стойкость и свариваемость определяет их применение в конструкциях малой нагруженности. Сплавы АМг5 и АМг6 могут использоваться в средненагруженных конструкциях.  Эти сплавы упрочняются только холодной деформацией, поэтому свойства изделий из этих сплавов определяются состоянием полуфабриката, из которого они были изготовлены.

       Термоупрочняемые сплавы позволяют производить упрочнение деталей после их изготовления если исходный полуфабрикат не подвергался термоупрочняющей обработке.

      Наибольшую прочность после упрочняющей термообработки (закалка и старение) имеют сплавы Д16, В95, АК6, АК8, АК4-1.

 Самым распространенным сплавом является Д16. При комнатной температуре он уступает многим сплавам по статической прочности, но имеет наилучшие показатели конструкционной прочности (трещиностойкость). Обычно применяется в естественно состаренном состоянии (Т).

С ростом температуры прочностные свойства сплавов меняются в разной степени, что определяет их разную применимость в зависимости от температурного диапазона.

    Из этих сплавов до 120^оС наибольшие пределы прочности и текучести имеет В95Т1. Выше этой температуры он уже уступает сплаву Д16Т. Однако, следует учитывать, что В95Т1 имеет значительно худшую конструкционную прочность, т.е. малую трещиностойкость, по сравнению с Д16. Кроме того В95 в состоянии Т1 подвержен коррозии под напряжением. Это ограничивает его применение в изделиях, работающих на растяжение. Улучшение коррозионных свойств и существенное улучшение трещиностойкости достигается в изделиях, обработанных по режимам Т2 или Т3.

При температурах 150 – 250^оС большую прочность имеют Д19, АК6, АК8.  При больших температурах (250^оС – 300^оС) целесообразно применение других сплавов – АК4-1, Д20. Сплавы Д20 имеет самый широкий температурный диапазон применения (от криогенных -250^оС до + 300^оС) в условиях высоких нагрузок.

     Сплавы АК6 и АК8 пластичны при высоких температурах, что позволяет использовать их для изготовления поковок и штамповок. Сплав АК8 характеризуется большей анизотропией механических свойств, у него меньше трещиностойкость, но он сваривается лучше, чем АК6.

     Хорошо свариваются, имеют высокую коррозионную стойкость сплавы средней прочности – авиали (АВ, АД35, АД31, АД33).