3.5.3. Легкие цветные металлы и сплавы

Алюминий и его сплавы. Технический алюминий (Al) марок АД и АД1 изготовляется из первичного алюминия в виде листов, прутков, труб, проволоки и заклёпок. Содержание чистого алюминия в техническом составляет 98,8 – 99,3 %. Технический алюминий обладает сравнительно высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется плотная окисная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.

Алюминий марок АД и АД1 характеризуется высокой пластичностью, хорошей свариваемостью при газовой, атомно-водородной и контактной сварке, высокой тепло- и электропроводностью; обрабатываемость резанием неудовлетворительная. Для снятия наклепа после холодного деформирования должен подвергаться отжигу при температуре 350-410С. Технический алюминий применяется для изготовления малонагруженных деталей, от которых требуется высокая коррозионная стойкость или высокая теплопроводность.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые, литейные, жаропрочные и спекаемые порошковые.

Деформируемые алюминиевые сплавы, в свою очередь, подразделяются на сплавы, не упрочняемые термообработкой, и сплавы, упрочняющиеся при термообработке.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, применяются для изготовления сварных изделий с разными степенями нагружения и деталей, получаемых методом холодной штамповки, а также заклёпок и присадочного материала для сварки.

Сплавы, упрочняемые термической обработкой, по применению подразделяют на сплавы для листов, профилей и труб (в том числе и бурильных); сплавы для заклёпок и славы для штамповок. Общее название этих сплавов – дуралюмины.

Литейные алюминиевые сплавы по химическому составу подразделяют на высококремнистые силумины, низкокремнистые силумины, медно-алюминиевые сплавы, а также магний-алюминиевые материалы (сплавы). Высококремнистые силумины обладают хорошими механическими свойствами, сравнительно высокой коррозионной стойкостью и приемлемыми технологическими качествами. Применяются эти сплавы для изготовления деталей агрегатов и приборов сложной конфигурации, а также тонкостенных деталей (корпусов приборов, арматуры, мелких деталей) при литье в землю, металлические формы и под давлением.

Низкокремнистые силумины отличаются пониженной коррозионной стойкостью, но хорошими литейными качествами: высокой жидкотекучестью, хорошей свариваемостью. Для защиты от коррозии изделия из этих сплавов подвергаются анодированию в серной кислоте с наполнением анодной пленки хромпиком или грунтовке с последующей горячей сушкой. Эти сплавы применяются для изготовления корпусов приборов, ответственных деталей повышенной твердости, а также деталей карбюраторов и арматуры двигателей.

Медно-алюминиевые сплавы содержат медь в количестве не более 5,65 % и упрочняются при термической обработке. По технологическим и литейным свойствам близки к низкокремнистым силуминам, но в отличие от последних хорошо свариваются и хорошо обрабатываются резанием, после термической обработки отличаются высокими механическими свойствами.

Применяются медно-алюминиевые сплавы для изготовления мелких отливок несложных форм, работающих с большими напряжениями, а также для отливки головок цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаждения.

Магний алюминиевые сплавы обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими алюминиевыми сплавами. Однако литейные свойства их низки, особенно при малом содержании магния. Они окисляются при высоких температурах, поэтому их покрывают при расплавлении защитными флюсами. Применяются эти сплавы для изготовления высоконагруженных деталей (например, в морском судостроении, когда требуется высокая коррозионная стойкость) и деталей, работающих при повышенных температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного охлаждения).

К жаропрочным алюминиевым сплавам относят литые и деформируемые сплавы, сохраняющие повышенные механические свойства до 300С. У них пониженные литейные и коррозионные свойства, они нуждаются в анодировании в серной кислоте, но имеют высокие жаропрочные качества, поэтому их используют для изготовления литых деталей, работающих при высоких температурах, например, поршней двигателей внутреннего сгорания, головок цилиндров с воздушным охлаждением.

Спекаемые порошковые сплавы, например, САП-1, - это теплопрочные материалы, изготавливаемые из алюминиевой пудры путём брикетирования, последующего спекания и, затем, горячего прессования при температуре 450-550С и давлении 350-650 МПа. В составе этих сплавов 6-9 % Al₂O₃, до 0,25 % железа. САП-1 обладает такой же коррозионной стойкостью, как и чистый технический алюминий, хорошо деформируется в горячем состоянии (до 450-570С), применяется для изготовления деталей, работающих при температурах 350-500С.

Титан и его сплавы. Титан имеет высокую коррозионную стойкость. По своей стойкости на воздухе и в морской воде титан не уступает платине, что объясняется образованием на его поверхности тонкой окисной пленки, отличающейся высокой плотностью. Органические кислоты (уксусная, лимонная, молочная) на титан не действуют даже при нагревании. Растворяется он в плавиковой кислоте, а также в разбавленных соляной, серной и азотной кислотах при нагревании. В щелочах растворение более медленное.

Технический титан характеризуется высокой пластичностью при горячей деформации и отличается хорошей свариваемостью, хорошо обрабатывается резанием. Применяется для изготовления деталей, работающих при температурах до 350С.

Основным легирующим элементом титановых сплавов является алюминий, который повышает жаропрочность и образует с титаном сплавы, пригодные для сварки. Основными достоинствами титановых сплавов являются малая плотность, высокие механические свойства и сопротивление коррозии. Это позволяет использовать титановые сплавы для работы в агрессивных средах. Высокая температура плавления титана обеспечивает получение жаропрочных титановых сплавов, а малый коэффициент литейного расширения – эффективную работу титановых сплавов в условиях непостоянства теплового режима. Вместе с тем титановые сплавы обладают низкими антифрикционными свойствами, поэтому для изготовления трущихся деталей они не пригодны.

По назначению титановые сплавы подразделяют на сплавы общего назначения, сплавы для листов и жаропрочные сплавы. Сплавы общего назначения применяются для производства крепежных и других деталей, работающих при температурах до 400-450С. Листовые сплавы деформируются в горячем виде: куются, прокатываются и штампуются. Они используются для изготовления деталей, подвергаемых сварке и работающих при температурах до 400С. Жаропрочные сплавы изготовляются в виде поковок, штамповок, прутков и применяются в качестве конструкционных материалов для деталей, работающих при высоких температурах: от 350 до 600С.

Магний и его сплавы. Технический магний обладает слабой коррозионной стойкостью и в обычных атмосферных условиях без защиты работать не может. В безводных органических жидкостях (масле, бензине, керосине, нефти) он достаточно устойчив; в пресной и морской воде, в атмосфере водяных паров, а также в органических и минеральных кислотах и их солях магний нестоек. Защита от коррозии производится оксидированием в водном растворе хромпика и азотной кислоты и нанесением лакокрасочных покрытий.

Технический магний в машиностроении в качестве конструкционного материала не применяется, а используется он для изготовления литейных и деформируемых магниевых сплавов, а также в качестве легирующего элемента, пиротехнических порошков и в химической промышленности.

Магниевые сплавы являются весьма легкими конструкционными материалами, поэтому они находят широкое применение в авиационной и других отраслях промышленности. Магниевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. При этом деформируемые сплавы могут быть низко-, средне- и высоколегированными. В качестве легирующих элементов используют, главным образом, алюминий и цинк. Магниевые сплавы имеют по сравнению с алюминиевыми сплавами более высокий коэффициент линейного расширения и очень чувствительны к концентрации напряжений.

Физико-механические свойства деформируемых магниевых сплавов в различных направлениях не одинаковы. Коррозионная стойкость этих сплавов ниже, чем у алюминиевых сплавов. Для защиты от коррозии при работе в обычных атмосферных условиях листы, прессованные и штампованные детали подвергают оксидированию в водном растворе хромпика и азотной кислоты для получения поверхностной плёнки. Затем на поверхность деталей наносят лакокрасочные покрытия. Не допускается работа деталей из магниевых сплавов в речной и морской воде. Деформируемые магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, но при соблюдении ряда предосторожностей.

Литейные магниевые сплавы характеризуются хорошей обрабатываемостью режущими инструментами. К недостаткам их следует отнести пониженную коррозионную стойкость во влажной атмосфере, в речной и морской воде. Поэтому литейные сплавы, как и деформируемые, должны быть защищены оксидными плёнками и лакокрасочными покрытиями. Применяются эти сплавы для изготовления деталей различных конфигураций при соблюдении ряда специфических требований: герметичности, свариваемости, прочности и повышенного предела текучести.