9.4.2. Алюминий и сплавы на его основе.

Алюминий - легкий металл, его плотность 2,7 г/см³, температура плавления - 658°С. Алюминий обладает высокой пластичностью (δ=40%) и низкой прочностью: σ_в= 100 Мпа. Алюминий хорошо сопротивляется коррозии, так как на его поверхности образуется защитная (плотная) пленка оксида - Al₂O₃.

Алюминий обладает высокой электропроводностью и широко используется в электротехнической промышленности. Кроме того, высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия очень тонкие фольги.

Высокая коррозионная стойкость определила применение алюминия для изготовления посуды и других предметов широкого потребления.

В результате наклепа прочность алюминия повышается до 160…180 Мпа, но при этом уменьшается пластичность. Для снятия наклепа применяют рекристаллизационный отжиг при 330…360°С.

Алюминий является основой большого количества легких конструкционных сплавов, обладающих высокой удельной прочностью (прочностью, отнесенной к плотности).

По технологическому принципу алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы не содержат в структуре эвтектики, тогда как в структуре литейных она присутствует (рис. 9.5).

Деформируемые сплавы подразделяются на сплавы упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой (см. рис. 15.2).

Литейные сплавы также могут упрочняться в результате термической обработки, но степень упрочнения мала и тем меньше, чем больше в структуре эвтектики.

Деформируемые сплавы. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, являются однофазными. К ним относятся сплавы системы алюминий — марганец (АМц) и алюминий — магний (АМг). Если после буквы, указывающей на присутствие легирующего элемента, цифры нет, его содержание – около 1%; при большем содержании цифра указывает количество в процентах (в сплаве АМг6 6% магния).

Эти сплавы характеризуются высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, но их прочность невысока (150…350 МПа). Сплавы применяют для изготовления малонагруженных деталей, в том числе работающих в агрессивных средах. Детали возможно изготавливать холодной штамповкой, сваркой.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, являются двухфазными. Наибольшее распространение получили сплавы, легированные медью, магнием, марганцем – дюралюмины.

Дюралюмины маркируются буквой «Д», за которой следуют цифры, указывающие условный номер (состав сплава Д16: Cu – 2,6%, Mg – 1,5%, Mn – 0,6%). Сплавы деформируются в горячем и холодном состоянии. После холодной деформации дюралюминий подвергают смягчающему отжигу при 340…370 °С.

Упрочнение сплавов достигается за счет дисперсионного твердения. Упрочняющая термическая обработка состоит из закалки и старения. Пределы прочности упрочненных дюралюминов и сталей сопоставимы (σ_в дюралюминов 300…520 МПа, стали Ст.3 – 370…480).

Закалку проводят от 490…510°С с охлаждением в воде. Старение, при котором достигается повышение прочности и твердости, может быть естественным (температура цеха, 5…7 суток) или искусственным (150…180°С, 2…4 ч).

Дюралюмин поставляется в виде профилей, прутков, листов и др.

Литейные сплавы. Это сплавы системы «Al – Si» — силумины. Они маркируются буквами «АЛ», за которыми следуют условные цифры.

Наиболее широкое применение получил сплав АЛ2 (10…13% Si, ост. – Al). Его состав близок к эвтектическому, поэтому он имеет хорошую жидкотекучесть из-за низкой температуры плавления, а также малую усадку.

Силумины с добавками меди, магния и марганца обладают более высокими механическими свойствами. Для повышения механических свойств их подвергают термической обработке. Закалку проводят от 520…540°С, старение при 150…180°С в течение 10…20 ч.

Прочность таких сплавов существенно выше, чем у сплава АЛ2. Так, предел прочности сплава АЛ4 после закалки с 535°С, старения при 175 °С в течение 15 ч достигает 260 Мпа.