Алюминий и его сплавы

Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета, плот­ность 2,7 г/см3, температура плавления 660°С. Механические свой­ства алюминия невысокие, поэтому в качестве конструкционного материала применяется редко.

Алюминиевый (ГОСТ 11069-64) сплав характеризуется высокой пластичностью, хорошо штампуется, легко прокатывается и прессует­ся, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, литейные свойства его хорошие, обрабатываемость резанием удовлетворительная.

Важнейшим свойством алюминия является устойчивость против коррозии благодаря образованию на его поверхности прочной за­щитной пленки — окиси алюминия.

Алюминий обладает высокой электро и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь), поэтому наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. п. Кроме этого, алюминий используется в химической промышленности, в приборостроении, а также для полу­чения алюминиевых сплавов.

По ГОСТ 11069-64 алюминий первичный в чушках выпускается тринадцати марок: особой чистоты (А-999 с содержанием чистого алюминия не менее 99,999%); четыре марки высокой чистоты (А-995, А-99, А-97, А-95); восемь марок технической чистоты (А-85, А-8, А-7, А-6, А-5, А-0, АЕ и А).

Первая буква в марке А обозначает алюминий, а последующие циф­ры указывают чистоту алюминия. Например: алюминий А — содер­жит 99% чистого алюминия, остальное железо, кремний, медь и др., алюминий А-99 содержит 99,999% алюминия и 0,001% примесей.

Алюминиевые сплавы (плотностью до 3,0) имеют высокие механи­ческие свойства после термической обработки, обладают коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью и хорошими литейными свой­ствами.

Основная часть алюминия используется для получения литей­ных и деформируемых сплавов.

Литейные алюминиевые сплавы применяются при производстве деталей методом литья. Такие сплавы обладают вы­сокой жидкотекучестью, позволяющей получать тонкостенные, плот­ные отливки со сравнительно малой усадкой, без трещин, с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропровод­ностью, хорошей обрабатываемостью резанием.

Наибольшее распространение получили литейные сплавы алюми­ния с кремнием — АЛ2, АЛ4, АЛ9, называемые силуминами. Они обладают высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, до­статочно высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, сопротивляются коррозии и при изготовлении отливок не дают горячих трещин. Сплав АЛ2 применяется для изго­товления деталей агрегатов, приборов, тонкостенных деталей сложной формы при литье в землю; сплав АЛ4 — для изготовления высоко- нагруженных деталей ответственного назначения; сплав АЛ9 — для изготовления деталей средней нагруженности, но сложной конфигура­ции, а также для деталей, подвергающихся сварке. Недостатком спла­ва АЛ9 является склонность к газовой пористости.

Сплавы на основе алюминия и магния обла­дают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравне­нию с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низ­кие. Наиболее распространены марки АЛ8 и АЛ13. Из них изготов­ляют подверженные коррозионным воздействиям детали (для мор­ских судов), а также детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного охлажде­ния).

Сплавы на основе алюминия и меди (АЛ7, АЛ12, АЛ19) обладают высокими литейными свойствами и понижен­ной коррозионной стойкостью, но высокими механическими свой­ствами. Эти сплавы применяются для изготовления отливок неслож­ной формы, работающих с большими напряжениями (АЛ7), для от­ливки головок цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаж­дения.

Сплавы на основе алюминия,меди и крем­ния характеризуются хорошими литейными свойствами, но кор­розионная стойкость их невысокая. Эти сплавы широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры и мелких деталей (сплав АЛЗ), отливок ответственных деталей, обладающих повышенной теплоустойчивостью и твердостью (сплав АЛ4), отливок карбюрато­ров и арматуры двигателей (сплав АЛ6).

К сплавам на основе алюминия, цинка и кремния относится сплав АЛ 11 (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свой­ствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицированию; плотность его сравнительно высокая — 2,9 г/см3. Из этого сплава изготовляют отливки сложной конфигурации — карте­ры, блоки двигателей.

К жаропрочным сплавам относится литой сплав АЛ1, предназначенный для изготовления головок цилиндров, пор­шней, работающих при высоких температурах — до 300°С.

Деформируемые алюминиевые сплавы срав­нительно легко обрабатываются в горячем и холодном состоянии (прокаткой, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой и др.); из них изготовляют прутки, листы, проволоку, прессованные про­фили, поковки и т. д.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К неупрочняемым термической обработкой относят сплавы алюминия с марганцем — АМц и алюминия с магнием — АМг, АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6. Эти сплавы обладают высокой пластичностью, кор­розионной стойкостью, хорошо свариваются и штампуются, но имеют невысокую прочность, которую можно повысить нагартовкой; из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки и другие детали путем гибки и глубокой вытяжки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов. Наиболее упрочняемым термообработкой дефор­мируемым сплавом является дюралюминий.

Дюралюмины — это сплавы, имеющие сложный химичес­кий состав, основу которого составляют алюминий, медь и магний; для повышения коррозионной стойкости добавляют марганец. Дюра­люмины характеризуются небольшой плотностью, высокой проч­ностью, достаточной твердостью и вязкостью, для повышения меха­нических свойств их подвергают термической обработке. Проч­ность дюралюминия в 4-5 раз выше прочности чистого алюминия. Дюралюминий маркируют буквой Д, за которой следует кодирующая цифра, определяющая химический состав. Например, дюралюминий обыкновенной прочности обозначается Д1. Высокопрочный дюралю­миний маркируется Д16. В конце марки дюралюминия повышенного качества, т. е. содержащего меньше примесей и с более узкими пре­делами по содержанию отдельных элементов, ставят букву А (напри­мер, Д16А).

Термическая обработка дюралюминия Д1, применяемая для повы­шения механических свойств, состоит в закалке при температуре 495-505°С в воде и старении при комнатной температуре в течение не менее 4 суток.

Для повышения коррозионной стойкости дюралюминия, предназ­наченного для изготовления листов, ею в процессе прокатки плаки­руют. Плиту из дюралюминия с двух сторон покрывают листами чисто­го алюминия и несколько раз прокатывают при 450° С.

Дюралюминий марок Д1 и Д16 хорошо сваривается роликовой и точечной сваркой, плохо поддается дуговой сварке и газовой.

Термически обработанный дюралюминий маркируется так:

  • Д1А — дюралюминий горячекатаный;
  • Д1А-М-отожженный;
  • Д1А-П — полу-нагартованный;
  • Д1А-Н-нагартованный;
  • Д1А-Т — закаленный и ес­тественно состаренный;
  • Д1А-ТВ — закаленный, состаренный, повы­шенной прочности;
  • Д1А-Б- не плакированный.

Плакированные листы не имеют особого обозначения, но иногда на листах бывает над­пись «плакированные».

Маркировка: на концах уголков и швеллеров из дюралюминия вы­бивают марку (Д16Ти т. д.),. На листах дюралюминия синей краской (Д18Т и т. д.), смывающейся ацетоном, по всему полю листа или на краю листа делают надпись: Д18Т.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся также сплавы АК, АК4, АК6, АК8, в состав которых входят, кроме алюминия, медь, марганец, магний, кремний и в небольшом количестве никель. Из этих сплавов ковкой и штамповкой изготовляют крупные фасонные и высоконагруженные детали — поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов ит. д.

Высокопрочные алюминиевые сплавы обла­дают более высокой прочностью, чем дюралюмины повышенной проч­ности. Основу этих сплавов составляют цинк, медь, магний. Наиболее широко применяется сплав В95, прочность его после термической обра­ботки выше, а пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем у дюралюмина Д16, хорошо обрабатывается резанием и поддается точеч­ной сварке. Из сплавов В95 изготовляют высбконагруженные элементы конструкции — детали каркасов, обшивку и т. д.

Магниевые и титановые сплавы

Магний представляет собой легкий металл серебристого цвета, плотность его 1,74 г/см3, температура плавления 651 °С. При темпера­туре, несколько превышающей температуру плавления, легко воспла­меняется и горит ярко-белым пламенем.

В связи с малой прочностью и слабой стойкостью против коррозии магний в качестве конструкционного материала не применяется, в основном он используется для получения магниевых сплавов.

Магниевые сплавы являются- весьма легкими конструкционными материалами, поэтому их широко применяют в авиационной и других отраслях промышленности.

По технологическому признаку магниевые сплавы делятся на де­формируемые и литейные.

Деформируемые магниевые сплавы MA1, МА2, МА3, МА5, МА6 применяют для изготовления полуфабрикатов — прутков, полос, труб, листов и т. д., а также штамповок и поковок.

Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856-68) нашли широкое применение для производства фасонного литья. Плот­ность этих сплавов составляет 1,75-1,83 г/см3, они хорошо обраба­тываются резанием, но литейные свойства их ниже литейных свойств алюминиевых сплавов. К недостаткам литейных магниевых сплавов сле­дует отнести пониженную коррозионную стойкость во влажной среде, поэтому литейные, как и деформируемые магниевые сплавы, защищают оксидными пленками и лакокрасочными покрытиями.

Марки литей­ных магниевых сплавов: MЛ1, MЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответствующий сплав, буквы, указывающей способ получения (А — для деформируемых, Л — для литейных), и цифры, обозначающей порядковый номер сплава.

Титановые сплавы являются новым металлическим материалом, занимающим видное место. Температура плавления титана 1660°С, плотность 4,5 г/см3, с углеродом титан образует очень твердые карбиды. Титан удовлетворительно куется, прокатывается и прессуется, обладает высокой стойкостью против коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах.

Наибольшее значение имеют сплавы титана с хромом, алюминием, ванадием (в небольшом количестве) при малом содержании углерода (десятые доли процента). Например сплав ВТ2, содержащий 1-2% алюминия и 2-3% хрома, а также сплав ВТ5, содержащий 5% алю­миния, имеют высокую прочность и пластичность, применяются для изготовления листового материала. Сплав ВТ3, содержащий 5% алю­миния, 3% хрома, имеет жаропрочность до 400°С. Многие сплавы титана подвергаются термической обработке, чем достигается еще большая прочность, соответствующая прочности высоколегированных сталей.