Спеченные алюминиевые сплавы.

1. Алюминий и его сплавы. Характерные свой­ства алюминия – высокая пластичность, теплопровод­ность, электропроводность и малая прочность. Он слабо подвергается коррозии на воздухе, в пресной воде и не­которых других средах благодаря тому, что на его по­верхности образуется плотная оксидная пленка.

Алюминий широко применяют для электротехниче­ских целей, изготовления трубопроводов, цистерн для молока, посуды и т. д. Как конструкционный материал применять алюминий нецелесообразно из-за низкой проч­ности.

По степени чистоты ГОСТ 11069–74 предусмат­ривает алюминий особой чистоты А999 (99,999 % AI), высокой чистоты А995 (99,995 % Al), A99 (99,99 % Al), A97 (99,97% Al), A95 (99,95% Al) и технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, А0 (99,9% А1).

Технический алюминий изготавливают в виде листов, профилей, прутков, проволоки и других полуфабрикатов, маркируют АД и АД1.

Механические свойства отожженного алюминия вы­сокой чистоты: (σ_в = 50 МПа, σ_0,2 = 15 МПа, δ = 50% и тех­нического алюминия АДМ, М – мягкий (отожженный), σ_в = 80 МПа, σ_0,2 = 30 МПа, δ = 35%. Холодная пластиче­ская деформация повышает σ_в технического алюминия (АДН, Н – нагартованный) до 150 МПа, но относитель­ное удлинение снижается до 6%. Благодаря высокой пластичности в отожженном состоянии алюминий легко обрабатывается давлением, но обработка резанием за­труднена. Сваривается всеми видами сварки.

2. Литейные алюминиевые сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой и малой склонностью к образованию горячих трещин. Чаще применяют сплавы А1 с Si, Al с Си, А1 с Mg, в которые могут вводиться модифицирующие добавки. Литейные сплавы обознача­ются буквами АЛ.

Сплавы, полученные на основе системы А1–Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9), называют силуминами. Они содержат от 6 до 13% Si. Данные сплавы применяют для изготовления деталей сложной конфигурации и средней нагруженности. Силумины, содержащие 9... 14 % Si, для повышения их механических свойств подвергают модифицированию натрием.

Сплавы алюминия с магнием АЛ8 (9,5...11,5% Mg), АЛ13 (4,5...5,5% Mg) имеют высокую коррозионную стой­кость, их применяют для изготовления деталей, подвер­женных значительным ударным нагрузкам или работаю­щих при высоких температурах.

Сплавы алюминия с медью применяют для производства фасонного литья. Наилучшим сочетанием литей­ных и механических свойств обладает сплав с содержа­нием 8% Сu.

3. Деформируемые алюминиевые сплавы в зависимости от состава, ме­тодов обработки и применения подразделяются на спла­вы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы, упрочняемые термической обработкой. Сплавы, не уп­рочняемые термической обработкой, обладают высокой пластичностью и сопротивляемостью коррозии, а упроч­няются они нагартовкой. К этой группе относятся спла­вы систем А1–Мn и Al–Mg.

Сплавы алюминия с марганцем обладают коррози­онной стойкостью, пластичностью, хорошей свариваемо­стью. Прочность этих сплавов (АМц, АМцС и др.) выше, чем у чистого алюминия, и они применяются для изго­товления сварных резервуаров для жидкостей и газов.

Сплавы алюминия с магнием обладают высокой проч­ностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и хо­рошо свариваются. В промышленности сплавы алюми­ния с содержанием до 5% магния (АМг и АМг5) при­меняют для изготовления трубопроводов для бензина и масла, арматуры.

К сплавам, упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы А1–Сu–Mg, называемые дюралюминами. Упрочняют их закалкой с последующим старением.

Медь и магний – основные элементы в дюралюминах, которые сообщают сплавам высокие механические свой­ства после соответствующей термической обработки.

Все сплавы типа дюралюмина обозначают буквой Д и цифрами, которые показывают условный номер марки сплава. Например, Д1, Д16 (3,8...4,9% Сu, 1,2...1,8% Mg, 0,3...0,9% Мn, А1 – остальное), которые применяют для изготовления лонжеронов самолетов, обшивки, силовых каркасов, строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей.

При закалке сплавы Д1 и Д16 нагревают до 495... 510°С, а затем охлаждают в воде при 40°С. После за­калки следует старение, когда сплав выдерживают при комнатной температуре несколько суток (естественное старение) или в течение 10...24 ч при температуре 100... 190°С (искусственное старение).

Алюминиевые сплавы для ковки и штамповки, так называемые ковочные алюминиевые сплавы, маркируют буквами АК. Они обладают хорошей пластичностью и cтойки к образованию трещин при горячей пластической деформации (450...475°С). Сплав АК6 (1,8...2,6% Сu, 0,4...0,8% Mg, 0,4...0,8% Мn, 0,7...1,2% Si) используют для деталей сложной формы и средней прочности (σ_в = 360 МПа), изготовление которых требует высокой пла­стичности в горячем состоянии (подмоторные рамы, крыльчатки, фитинги, крепежные детали и т. д.). Сплав АК8 рекомендуется для тяжело нагруженных штампо­ванных деталей (стыковые узлы, пояса лонжеронов, бандажи вагонов, лопасти винтов вертолетов и т. д.). Сплав АК8 менее технологичен, чем АК6.

Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют бук­вой В. Они отличаются высокой прочностью (600...700 МПа), но меньшей пластичностью, чем дюралюми­ний, и содержат, кроме меди, марганца и магния цинк и хром. Представителями высокопрочных алюминиевых сплавов являются сплав В95 и более прочный В96 (2,2...2,8% Сu, 2.5...3,2 – Mg, 0.2..Д5 – Мn, 7,6...8,6% Zn), ко­торые применяют для нагруженных конструкций, рабо­тающих в условиях напряжения сжатия (обшивка, стрин­геры, шпангоуты, лонжероны самолетов, силовые кар­касы строительных сооружений и т. д.).

Жаропрочные сплавы для деталей, работающих при температурах до 300°С (порошки, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки и диски осевых компрессоров тур­бореактивных двигателей и т. д.), имеют более сложный химический состав, их дополнительно легируют Fe, Ni и Ti. К жаропрочным сплавам относятся Д20 и АК4-1 (1.9...2,5% Сu, 1,4...1,8 – Mg, 0,35 – Si, 0,8...1,5 – Fe, 1,0...1,5 – Ni, 0,02...0,1% Ti).

Ковочные, высокопрочные и жаропрочные алюминие­вые сплавы подвергают закалке при 475...535°С с ох­лаждением в воде и старению при 135...220°С 4...16 ч.

4. К спеченным алюминиевым сплавам относятся спла­вы на основе А1–А1₂О₃, получившие название САП и САС, содержащие большое количество легирующих эле­ментов. Например, САС1 (25...30% Si, 5...7% Ni и А1 – остальное) применяют для изготовления деталей прибо­ров, работающих в паре со сталью при температуре 20...200°С, которые требуют сочетания низкого коэффи­циента линейного расширения и малой теплопроводно­сти. Сплавы типа САП обладают высокой жаропрочно­стью при длительном нагреве до 500 °С.