14.3. Типы сплавов

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обра­боткой. К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМ_ц – до 1,6% Мn), магнием (AM_г 1 – ~1,5% Mg, AM_г 3 – ~3,5%Mg, AM_г 5, AM_г 6), а также техниче­ский алюминий (АД, АД1, АД10).

Особыми преимуществами этих сплавов является их высо­кая пластичность, коррозионная стойкость и свариваемость. В то же время прочность их невысокая.

Из сплавов АМц и АМ₂ изготовляют листы, прутки, проволо­ку.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Эти сплавы делят на:

- сплавы повышенной пластичности (на базе Al-Mg-Si);

- конструкционные сплавы (Al-Cu-Mg);

- ковочные сплавы (Al-Mg-Si-Cu) – АК1 (близкий по свойствам к дюралюминию), АК6, АК8. Добавление кремния повышает предел текучести;

- высокопрочные (Al-Zn-Mg-Cu);

- жаропрочные (Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn).

Сплавы повышенной пластичности - авиали (АВ) обладают хорошей свариваемостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Из сплавов АВ, АДЗ1 и других получают листы, трубы, прессованные профили, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, ра­мы, двери.

Конструкционные алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg называются дуралюминами (дюраль) - наиболее старые сплавы, ши­роко применяемые в различных областях техники.

Дуралюмины состоят из твердого раствора  и упрочняющих фаз  (CuAl₂) и S(A1₂CuMg). Примеси Fe, Si, Мn взаимодействуя с А1, Сu, Mg, образуют вредные интерметаллиды, отрицательно влияющие на пластичность и коррозионную стойкость дюралей.

Дюралюминий – самый распространенный деформируемый и упрочняемый термообработкой сплав. Распространенные марки Д1, Д16 (повышенное содержание магния до 1,8%). Заклепки из сплава Д1 ставят не позднее, чем через 2ч, из Д16 – через 20 минут. Сплав Д18 можно расклепывать в состаренном состоянии, но он обладает пониженной прочностью.

Структуру различных фаз алюминиевых сплавов можно всегда найти в справочной литературе с альбомами.

Дюрали широко применяют в авиации, в автомобилестрое­нии и для строительных конструкций. Из Д1 изготавливают лопасти воздушных винтов, из Д16 - обшивки, шпангоуты. Их используют для кузовов грузовых автомобилей, труб и т.д. Сплавы Д18 и В65 явля­ются основными заклепочными сплавами.

Ковочные сплавы АК (Al-Cu-Mg-Si). Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластиче­ской деформации. По составу АК5, АК6, АК8 близки к дюралям, но в них содержится кремний. Из Сплава АК6 изготавливают штампо­ванные и кованные детали сложной формы и средней прочности (подмоторные рамы, фитинги, крепеж), а из АК8 - высоконагруженные детали. Оба сплава имеют низкую коррозионную стойкость и нужда­ются в защите.

Высокопрочные алюминиевые сплавы (В95, В96) состоят из матрицы и интерметаллидов  (MgZn₂), Т(А1₂Mg₃ Zn₃), S(A1₂CuMg). Эти сплавы прочные, но имеют малую пластичность, вязкость разрушения и коррозионную стойкость под напряжением. В основном их применяют в самолетостроении и автомобилестроении.

Литейные алюминиевые сплавы.

Наиболее распространенными сплавами в этой категории яв­ляются силумины - сплавы в системе Al-Si.

Двойные низкоплавкие алюминиево-кремнистые сплавы (эвтектика Al+12-13%Si) почти не упрочняются в результате закалки и старения. Поэтому повышение механических свойств происходит в жидком состоянии путем модификации небольшого количества натрия и др. веществ, которые чуть сдвигают вправо эвтектику и понижают эвтектическую температуру. Сплав становится доэвтектическим и состоит из светлых первичных выделений алюминия и еще более мелкой эвтектики из-за пониженной температуры. Этот сплав (АЛ2) применяется для отливок сложной формы, не требующих высоких механических свойств. При более высоких требованиях прочностных характеристик применяют специальные силумины – доэвтектические с 4-11% Si и добавкой меди, магния, марганца (АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ9). Наиболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами обладает сплав АЛ8 с добавлением 9,5-11,5%Mg (магналии). Для особо сложных отливок применяется сплав АЛ11 с добавкой 10-14%Zn.

Эти сплавы используют для изготовления изделий различными методами литья: в изложницы, по выплавляемым моделям, под давле­нием и пр.

Жаропрочные алюминиевые сплавы_АК2, АК4-1 (Al-Cu-Mg-Si с добавками Fe и Ni) и Д20 (А1-Сu-Мn с добавками Ti и Zr). Они сохраняют высокие механические свойства до 200-300°С и используются в деталях, рабо­тающих при температурах до 300°С (поршни, головки цилиндров и т.д.). Термическая обработка таких сплавов заключается в закалке от 510-520 ⁰С с последующим искусственным старением в течение 15-20 часов при 100-180 ⁰С.

Сплавы АК2, АК4 применяют для изготовления поршней в цилиндрах, т.к. они имеют максимальную теплопроводность, минимальные коэффициент теплового расширения и плотность. Такие сплавы выдерживают температуру до 1800 ⁰С.

Литейным жаропрочным алюминиевым сплавом является сплав АЛ1 следующего состава: 3,75-4,5%Cu; 1,25-1,75%Mg; 1,75-2,25%Ni; <0,8%Fe; <0,7%Si; <0,3%Zn. Жаропрочность обусловлена образованием при кристаллизации жесткого каркаса из интерметаллидных соединений.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов.

Буква Д в начале марки обозначает сплавы типа дюралюминов. Буква А в начале марки - это технический алюминий. АК - ковкий алюминий. В - высокопрочный алюминий, АЛ - литейные сплавы алюминия. После этих букв отмечается условный номер сплава. После номера встречаются буквы: М-мягкий (отожженный), Т - тер­мически обработанный (закалка+старение), Н - нагартованный, П - полунагартованный и т.д.