Разрыву и относительное удлинение в мягком состоянии
Применяются магналии в качестве листового материала для изготовления сложных по конфигурации изделий, получаемых путем горячей штамповки, глубокой вытяжки и прокатки. Магналии имеют хорошую свариваемость различными видами сварки. Это свойство при создании конструкций из листовых полуфабрикатов является одним из самых главных.
Сплавы Al – Mg, Al – Mn характеризуются высокой коррозионной стойкостью, высокой пластичностью, хорошей свариваемостью.
К свариваемым сплавам, не упрочняемым при термообработке, относится и сплав сиcтемы Al – Mg – Sc, марки 01570. Скандий как переходный металл способствует образованию при горячей деформации дисперсной фазы состава Al3Sc, которая способствует сохранению нерекристаллизованной структуры после нагрева под закалку. Это приводит к повышению временного сопротивления разрыву в 1,2 раза, а предела текучести в 2 раза по сравнению с магналиями.
Термически упрочняемые сплавы. Термически упрочняемые сплавы подвергают закалке и старению. Эти сплавы классифицируют по системам легирования, определяющим уровень прочности, коррозионную стойкость, технологическую пластичность, свариваемость.
1.Сплавы системы Al – Cu – Mg – (Mn) носят название «дуралюмины» и являются самыми распространенными в технике конструкционными алюминиевыми сплавами, несмотря на то, что они несвариваемые и некоррозионностойкие.
Сплавы Д16, Д18, Д19, ВАД1 содержат 2,6 - 4,3 % Cu, 0,35 - 1,50 % Mg, 0,6 - 0,75 % Mn.
Механические свойства, полученные при естественном старении, отличаются сочетанием высокой прочности с повышенной пластичностью (sв = 435 МПа, δ = 19 % – для листов сплава Д16Т). Применив искусственное старение или нагартовку, можно увеличить временное сопротивление сплава (sв = 490 МПа, δ = 5,5 %). Достоинством дуралюминов являются высокие показатели надежности: коэффициента вязкости разрушения и ударной вязкости. Повышение этих показателей достигается при улучшении металлургического качества – снижении вредных примесей: железа и кремния.
Сплавы высокотехнологичны при деформации. Из сплавов Д16 и Д1 изготавливают листы, профили, трубы, проволоку, штамповки и поковки. Поскольку сплавы являются несвариваемыми, то для соединения деталей из дуралюминов применяют заклепки.
Все дуралюмины имеют пониженную коррозионную стойкость. Для защиты от коррозии листы сплава подвергают либо электрохимическому оксидированию (анодированию), либо плакированию: одновременной прокатке в пакете с листами чистого алюминия с двух сторон (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Схема пакета из листа дуралюмина и чистых листов алюминия,
Подготовленная для плакировки
Отличительными свойствами дюралюминов являются высокая пластичность, трещиностойкость, малая чувствительность к дефектам конструкций.
2. Сплавы системы Al – Mg – Si называются авиалями (авиационный алюминий) и относятся к наименее легированным. Марки сплавов имеют обозначение: АВ, АД31, АД33, АД35. При уровне прочности 330 - 360 МПа сплавы являются коррозионно-стойкими, технологичными при деформации, свариваемыми.
Подобное сочетание свойств определяет широкое применение авиалей в машиностроении и народном хозяйстве. Из авиалей изготавливают различные полуфабрикаты: листы, профили, трубы, штамповки, поковки.
3. Сплав системы Al – Mg – Zn марки 1915 содержит суммарно не более 6 % магния и цинка, в нем присутствуют также Mn, Cr, Zr. После термообработки механические свойства сплава 1915 близки к авиалям.
Сплав имеет не только высокую общую коррозионную стойкость, но и стойкость к коррозии под напряжением. Сплав высокотехнологичен при прессовании, поэтому нашел наибольшее применение в производстве прессованных профилей и труб.
Главным преимуществом сплава 1915 является отличная свариваемость, которая выражается в том, что прочность сварного соединения составляет 0,9 от прочности основного металла, что является очень высоким показателем, недостигнутым в других свариваемых сплавах.
4. Сплавы АК6 и АК8 на основе системы Al – Mg – Si – Cu обладают высокой пластичностью при горячей обработке давлением, применяются для ответственных силовых деталей авиационной и другой техники, изготавливаемых ковкой и штамповкой, и поэтому называются ковочными. Сплавы способны работать при криогенных температурах, удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резанием, но склонны к коррозии под напряжением.
5. Сплавы системы Al – Mg – Li – Ме, разработанные во второй половине ХХ века и легированные сверхлегким металлом литием, имеют по сравнению с дуралюминами: пониженную плотность - до 2,4 Мг/м3, что позволяет снизить массу конструкции на 10 – 15 %; повышенный модуль упругости сплава по сравнению с дуралюминами на 15 %; хорошую свариваемость.
Первый и наиболее типичный сплав этой группы марки 1420 содержит в своем составе: 5,5 % Mg, 2,1 % Li, 0,12 % Zr. В настоящее время разработаны сплавы нескольких систем: Al – Mg – Li – Sc, Al – Mg – Li – Cu – Sc, Al – Mg – Li – Cu и др. (марок 1421, 1423, 1424, 1450, 1451 и т.д.).
Сплавы системы Al – Mg – Li – Zr принадлежат к сплавам средней прочности: sв = 430 – 440 МПа, в то время как алюминий-литиевые сплавы с медью относятся к высокопрочным: sв = 500 – 550 МПа.
Сплавы свариваются всеми видами сварки, что позволило заменить заклепочные соединения сварными и существенно уменьшить массу конструкций. Однако присутствие химически активного лития в сплавах создает большие трудности при производстве, вследствие значительного окисления при выплавке и горячей деформации.
Сплавы являются коррозионностойкими, не требуют защиты при эксплуатации и применяются для деталей обшивки самолета, а также шпангоутов, лонжеронов и т.д.
6. Сплавы Д20 и 1201системы Al –Cu – Mn и сплав АК4-1 системы Al – Cu – Mg – Fe – Ni являются жаропрочными до 300ºС, за счет легирования никелем, железом и титаном, образующими сложнолегированные мелкодисперсные фазы, устойчивые к коагуляции при нагреве.
Сплавы обладают высокой пластичностью, свариваемостью, однако отличаются пониженной коррозионной стойкостью. Их применяют для изготовления поршней, головок цилиндра, дисков и лопаток компрессора.
7. Сплавы В93, В95, В96, 1933 системы Al – Mg – Zn – Cu относятся к высокопрочным алюминиевым сплавам и имеют σв = 600 – 700 МПа. Сплавы содержат 2 – 2,5 % Mg, 6 – 8 % Zn, 1 – 2,3 % Cu, а также добавки хрома, марганца, циркония и значительно упрочняются при закалке от температуры 460-470 ºС и последующем искусственном старении за счет выделения дисперсных фаз η - MgZn2 и Т – Al2Mg3Zn3.
К недостаткам сплавов относятся склонность к коррозии под напряжением и растрескиванию при циклических напряжениях, интенсивное разупрочнение при повышении температуры (tраб ≤ 1200С), чувствительность к концентраторам напряжений, невысокая пластичность – от 8 до 11 %.
Для увеличения надежности повышают чистоту сплавов по основным примесям (Fe и Si). В этом случае в марку сплава вводят соответствующее буквенное обозначение: «пч» – сплав повышенной чистоты (менее 0,25 % Fe, менее 0,1 % Si); «оч» – сплав очень чистый (менее 0,15 % Fe, менее 0,1 % Si). Эти меры приводят к значительному повышению характеристик надежности - ударной вязкости КСТ и коэффициента вязкости разрушения K1c, (табл. 4.3).
Таблица 4.3