Алюминий и его сплавы

Алюминий – металл серебристого цвета, легкий, ρ = 2,7 г/см³, t_пл = 660 ⁰С, с низкой прочностью, с высокой пластичностью – δ = 70%, хорошо обрабатывается давлением, обладает высокой тепло и электропроводностью, коррозионной стойкостью в атмосфере и морской воде, относительно хорошо сваривается, обработка резанием затруднена.

Маркируется: Буквой А в начале маркировки, цифра, стоящая после буквы показывает процент алюминия сверх 99%.

Например:

Технически чистый: А0 – 99,0% Al

                        А6 – 99,6% Al

                        А7 – 99,7% Al

Высокой чистоты: А95 – 99,95% Al

                        А96 – 99,96% Al

                        А97 – 99,97% Al

Химически чистый: А99 – 99,99% Al

 

2.2.1. Деформируемые алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784-97) делятся на две группы: упрочняемые термообработкой и не упрочняемые.

Упрочняемые термообработкой. К этим сплавам относятся дуралюмины, высокопрочные, ковочные, жаропрочные сплавы и др.

Дуралюмины – это сплавы алюминия с медью (до 5,7%), магнием и марганцем.

Основные свойства: высокая прочность s_В = 400 МПа, высокая пластичность, хорошая обрабатываемость давлением и резанием, плохо свариваются, низкая коррозионная стойкость. Маркируются буквой Д, что обозначает дуралюмин, цифра стоящая после буквы, указывает на номер сплава в ГОСТе.

Например: Д1, Д16, Д20

Высокопрочные алюминиевые сплавы – сплавы алюминия могут содержать до 2% меди, до 2,5% магния, до 7% цинка.

Основные свойства: самая высокая прочность из всех деформируемых алюминиевых сплавов s_В = 700 МПа, высокая удельная прочность, высокая пластичность. Маркируется буквой В, последующие цифры указывают на процентное содержание алюминия, недостающее до 100% количество приходится на медь, магний и цинк.

Например В95 содержит 95% алюминия, остальное медь, магний, цинк.

Ковочные алюминиевые сплавы – сплавы алюминия с ≈ 3% меди, ≈ 0,6% магния, ≈ 0,7% марганца, ≈ 1,6% кремния.

Основные свойства: такие же, как и дуралюминов, но они имеют повышенную пластичность.

Маркируются буквами АК, цифра, стоящая после букв указывает на номер в ГОСТе.

Например: АК6, АК8.

Жаропрочные алюминиевые сплавы – сплавы алюминия с ≈ 1,5% железа, ≈ 1,5% никеля, ≈ 2,5% меди, ≈ 1,8% магния.

Основные свойства – повышенная прочность при нагреве до 300 ⁰С в течение 100 часов, s₁₀₀ = 450 МПа, но пластичность меньше, чем у дуралюмина.

Маркируются буквами АК, цифра стоящая после букв (меньше 6) указывает на номер в ГОСТе.

Например: АК2, АК4.

Не упрочняемые термообработкой. К этим сплавам относятся алюминиево-марганцевые и алюминиево-магниевые сплавы.

Алюминиево-марганцевые сплавы обладают следующими свойствами: высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью на воздухе; самой низкой прочностью при растяжении среди алюминиевых сплавов, высокой технологической пластичностью и свариваемостью.

Маркируются буквами АМц, далее могут стоять следующие буквы: М - мягкий после отжига, П - полунагартованный, Н - нагартованный (наклепанный).

Например: АМц, АМцМ, АМцН.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают более высокой прочностью, повышенной вибрационной устойчивостью и усталостной прочностью, хорошей свариваемостью.

Маркируются буквами АМг, цифра, стоящая после букв указывает на номер в ГОСТе.

Например: АМг5, АМг6

Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-97)

Литейные алюминиевые сплавы – это сплавы алюминия с кремнием (9…13%). Такие сплавы называются силуминами.

Основные свойства: высокая жидкотекучесть; низкая прочность и пластичность, поэтому изделия из них получают литьем; плохо свариваются.

Простые силумины легированы только кремнием, сложные легированы другими элементами, например, медью.

Маркируются буквами АЛ, цифра, стоящая после букв указывает на номер в ГОСТе.

Например: АЛ2, АЛ4, АЛ7.

Порошковые алюминиевые сплавы

Эти сплавы получают методом порошковой металлургии (прессование и спекание порошков)

Спеченный алюминиевый порошок (ТУ 1-9-71-71).

Эти сплавы содержат 6…23% Al₂O₃ (корунд), которые обладают очень высокой твердостью.

Основные свойства: повышенная жаропрочность σ₁₀₀ = 80…120 МПа (работают при t ≤ 500 ⁰С); повышенная износостойкость; повышенная удельная прочность; коррозионностойкие.

Маркируются буквами САП, цифра, стоящая после букв указывает на порядковый номер сплава.

Например: САП1, САП3.

Спеченный алюминиевый сплав (ОСТ 190204-75).

Эти сплавы содержат порошки Al, Si, Ti, Ni, которые путем сплавления получить невозможно.

Основные свойства: высокая прочность s_В ≤ 800 МПа; повышенная жаропрочность (работают при t ≤ 500 ⁰С); высокая износостойкость; обладают малым или заданным коэффициентом теплового расширения, электросопротивления.

Маркируются буквами САС, цифра, стоящая после букв указывает на порядковый номер сплава (чем выше №, тем выше свойства)

Например: САС1, САС2, САС3.

 

МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Магний – металл серебристо-серого цвета, очень легкий, имеет самую низкую плотность ρ = 1,74 г/см³, легкоплавок (t_пл = 651 ⁰С), низкая прочность s_В = 115 МПа, пластичность δ = 8%, легко окисляется и восстанавливается на воздухе, с выделением большого количества тепла.

Маркируется буквами Мг, цифра, стоящая далее указывает на процентное содержание магния (сверх 99%)

Например: Мг90 – 99,90% Mg

            Мг95 – 99,95% Mg

            Мг96 – 99,96% Mg

Как конструкционный материал чистый магний не используется, а используются сплавы на его основе.

Сплавы на основе магния

В состав магниевых сплавов чаще вводят алюминий, цинк, марганец, цирконий, редкоземельные элементы.

Алюминий и цинк в количестве 5 – 7% повышает механические свойства магния. Марганец улучшает коррозионную стойкость. Цирконий измельчает зерно и повышает прочность и пластичность. Редкоземельные металлы, торий и кальций увеличивают жаропрочность магниевых сплавов.

Магниевые сплавы, как и алюминиевые, могут быть упрочнены закалкой без полиморфных превращений и старением.

Магниевые сплавы хорошо поглощают вибрации, что важно для авиации, транспорта и машиностроения. Эти сплавы обладают хорошей обрабатываемостью резанием. Магниевые сплавы немагнитны и не дают искры при ударах и трении. Они в горячем состоянии хорошо прессуются, куются и прокатываются. Применяются в виде поковок, штамповок, листов, профилей, прутков, труб и т.д.