Лекция 18. Легкие цветные металлы и их сплавы.

1.Алюминий – моноформный парамагнитный металл серебристо-белого цвета с ГЦК решеткой, T_пл=660°С, обладает высокой электро- и теплопроводностью, малой плотностью (у=2,7 г/см³), не имеет аллотропических превращений.

В зависимости от содержания примесей различают первичный алюминий особой А999 (99,999% А1), высокой А995 (99,995% А1), А99 (99,99% Al), A97 (99,97% Al), A95 (99,95% А1) и технической А85, А8, А7, А6, А5, АО (с содержанием от 0,15 до 1% примесей соответственно) чистоты.

Алюминий выпускается в виде чушек, круглых и плоских слитков, перерабатываемых деформацией в полуфабрикат: листы, профили, проволоку, прутки, оболочку для кабелей и т.д. Деформированный алюминий маркируется АД00, АД0, АД1, нагартованный вхолодную АДН, отожженный – АДМ (мягкий).

Чистый и технический алюминий из-за низкой прочности [s_в=50...100 МПа, s_0,2=15...40 МПа, 20...30 НВ (200...300 МПа) d=35...50%] ограниченно применяется как конструкционный материал. Как правило, из него изготавливают мало нагруженные детали и элементы конструкций. Высокая электропроводность чистого алюминия (60% от меди) и низкая плотность обусловили его применение в электротехнике в качестве проводникового материала, коррозионная стойкость – в химическом машиностроении и быту.

Алюминиевые сплавы подразделяются:

1) по способу производства полуфабрикатов и изделий на: деформируемые, литейные предназначенные для фасонного литья, и спеченные;

2) по свойствам на сплавы низкой, нормальной и повышенной прочности;

3) по способности к упрочнению в результате термообработки на неупрочняемые и упрочняемые.

2.Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой.

Дуралюмины – сплавы системы А1-Сu (2,6…4,9%)-Mg (0,25...2,5%) с добавками Mn (0,15...0,9%) всегда содержат десятые доли процента примесей железа и кремния, т.е. являются многокомпонентными сплавами с весьма сложным фазовым составом.

Классический дуралюмин Д1 отличается от сплава повышенной прочности Д16 меньшим содержанием магния, от дуралюминов повышенной жаропрочности Д19 меньшим соотношением Mg/Cu, от сплавов повышенной пластичности Д18, В65 повышенным содержанием этих компонентов. Основные легирующие элементы – Си и Mg.

Сплав Д1 используется все меньше, его заменяют сплавом Д16, обладающим хорошей долговечностью при переменных нагрузках. Из Д16 (s_в=520 МПа) изготовляют детали и элементы конструкций средней и повышенной прочности, обшивки, шпангоуты, стрингеры и лонжероны самолетов, кузова грузовых автомобилей и т.д.). Сплавы Д18 и В65идут на изготовление заклепок, применяющихся в самолетостроении.

Авиали (AB) – сплавы системы AI-Mg-Si, обладают хорошей свариваемостью, высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, высоким пределом выносливости. Прочность авиалей ниже, чем дуралюминов (s_в=220 МПа).

Алюминий ковочный содержит медь, магний, марганец и кремний. Он отличается от авиалей повышенным содержанием меди, при этом сплав АК8 отличается от дуралюмина Д1 только содержанием специального компонента – Si (AK8 называют иногда супердуралюмином).

Высокопрочные алюминиевые сплавы (В), кроме меди и магния, содержат цинк. Интерметаллиды, придают им высокую прочности (s_в=550...700 МПа, s_0,2>500 МПа при б>10%). Сплавы закаливают в воде (холодной или горячей) при 465...475°С и подвергают последующему старению при 135...145°С в течение 16 ч. По сравнению с дуралюминами высокопрочные сплавы обладают рядом недостатков: чувствительностью к концентраторам напряжений, пониженными усталостной прочностью и коррозирнной стойкостью под напряжениями. Сплавы В95 и В96 применяются в самолетостроении для нагруженных конструкций, длительно работающих при температуре выше 20...100°С (обшивка, шпангоуты, лонжероны, силовые каркасы строительных сооружений и т.д.).

Жаропрочные сплавы А1-Си-Mg-Si с добавками Fe, Ni (AK4-1) и Al – Cu – Mn – Si с добавками Ti и Zr (Д20) отличаются от других сплавов алюминия более сложным составом. В результате закалки с 525...535°С (АК4-1) и с 535°С (Д20) в воде и старения при 200,..220 °С сплавы приобретают высокую прочность (s_в=430...400 МПа) при достаточно высокой пластичности (6=12...13%), но главное, имеют высокую жаропрочность (до 300 °С). Из этих сплавов изготовляют обшивку сверхзвуковых самолетов, головки цилиндров, диски компрессоров турбореактивных двигателей и др.

Деформируемые сплавы, неупрочняемые термообработкой. Это сплавы с марганцем АМц (до 1,6% Мп) или магнием АМг (до 0,8% Мп и 5,8% Mg). Они упрочняются нагартовкой.

Холодная деформация на 20...30% повышает временное сопротивление ав, в два и более раза увеличивает предел текучести и в два и более раза снижает пластичность. Из нагартованных сплавов изготовляют сварные и клепаные элементы конструкций, не испытывающих больших нагрузок, но работающих в агрессивных средах. Так, сплавы АМц, АМг2, Амг3 применяются для изготовления трубопроводов, перегородок, палубных надстроек судов и т.д. Более нагруженные детали и конструкции (рамы и кузова вагонов, корпуса и мачты судов и др.) изготовляют из сплавов АМг5.

Литейные сплавы. Они отличаются хорошей жидкотекучестью, малой усадкой, достаточно высокими механическими свойствами.

Лучшими литейными свойствами обладают силумины АЛ – легкие литейные сплавы системы А1-Si на основе алюминия, содержащие 5...14% Si, в структуре которых присутствуют эвтектики, улучшающие литейные свойства. Свойства силуминов зависят от химического состава, технологии изготовления и термообработки.