Алюминий и его сплавы

Алюминий – серебристо-белый металл с плот­ностью 2,7 г/см³ (2700 кг/м³); температура плавления – 660°С, имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК), по­лиморфизмом не обладает. Электро- и теплопроводность вы­сокие (65 % от электропроводности меди). Имеет высокую отражательную способность и широко используется в рефлек­торах, прожекторах, телеэкранах. Алюминий обладает высо­кой коррозионной стойкостью вследствие образования на его поверхности тонкой прочной плотной пленки Al₂O₃. Из него изготавливают посуду, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов.

Алюминий хорошо сваривается, легко деформируется в холодном состоянии, плохо обрабатывается на станках и имеет низкие литейные свойства (большая усадка – 6 %).

В зависимости от содержания примесей различают алю­миний особой чистоты – А999 (0,001 % примесей), высокой чистоты – А995, А99, А97, А95 (0,005 – 0,05 % примесей) и технической чистоты – А85, А8, А7, А5, А0 (0,15 – 1,0 % примесей). Примеси алюминия: железо, кремний, медь, мар­ганец, цинк, титан.

Механические свойства алюминия высокой чистоты: s_в = 50 МПа; d = 50 %. Его основным потребителем является электротехническая промышленность. Алюминий технической чистоты используется для получения сплавов и производства деформированных АД, АД1 (буква «Д» – деформированный) полуфабрикатов: листов, профилей, прутков, проволоки и т. п.

Механические свойства прокатанного и отожженного алюминия АДМ («М» – мягкий): s_в = 80 – 90 МПа; d = 35 – 40 %; НВ20 – 25. При холодной пластической деформации (на­клепе) прочность и твердость технического алюминия АДН («Н» – нагартованный) повышаются (s_в = 160 – 170 МПа; НВ40 – 45), а пластичность снижается (d = 6 %). Отжиг для снятия наклепа и восстановления пластичности проводится при температуре 350°С.

Сплавы алюминия классифицируются по технологии изготовления изделий: деформируемые, спе­ченные (порошковые) и литейные. Деформируемые делятся на не упрочняемые термической обработкой (однофазные) и упрочняемые термической обработкой (многофазные). Ли­тейные сплавы могут упрочняться термической обработкой.

4.1.1. Деформируемые сплавы алюминия

Деформируемые сплавы, не упроч­няемые термической обработкой, – это сплавы алю­миния с марганцем (АМц) или с магнием (АМг). Они харак­теризуются коррозионной стойкостью, хорошо свариваются, а структура твердого раствора обеспечивает их высокую пластичность (легко обрабатываются давлением в холодном состоянии).

Сплав АМц (1,0 – 1,6 % Mn) превосходит чистый алюми­ний по прочности и коррозионной стойкости. Магний (1,8 – 6,8 %) значительно повышает прочность, не снижая пластичности сплавов АМг (табл. 2), и делает их более легкими, так как плотность магния (1700 кг/м³) меньше, чем у алюми­ния. Сплавы АМг легируют марганцем, который упрочняет их и способствует измельчению зерна.

Максимальной пластичностью сплавы обладают в отож­женном состоянии (АМцМ, АМг2М – мягкие), но используют их и полунагартованными (АМг2П) или нагартованными (АМг2Н). Характеристики этих сплавов приведены в табл. 2 для отожженного, а в скобках – для полунагартованного состояния. Температура отжига сплавов – 350 – 420°С, охлаждение – на воздухе. Для частичного снятия наклепа иногда проводят низкий отжиг при 150 – 300°С.

Сплавы АМц и АМг применяются для сварных и клепа­ных элементов конструкций, испытывающих небольшие на­грузки и обладающих высоким сопротивлением коррозии. Их используют при изготовлении бензо- и маслопроводов, емко­стей для жидкостей, в авиа- и судостроении, в строительстве (витражи, двери, оконные рамы) и для изделий, получаемых глубокой вытяжкой при штамповке из листового материала.

Таблица 2