Деформированные алюминивые сплавы

1. Введение

         Для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внеш­них сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в на­стоящее время разработано достаточно много марок.

Введение различных легирующих элементов  в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобрета­ется жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелатель­ные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих слу­чаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относи­тельная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3%) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюми­ний.

Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах являются медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводятся также кремний, железо, никель  и некото­рые другие элементы.

Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. В них не должно быть эвтектики, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.

Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.

Деформируемые сплавы используются в автомобильном производстве для внутренней отделки, бамперов, панелей кузовов и деталей интерьера; в строительстве, как отделочный материал; в летательных аппаратах и др. Алюминий в большом объёме используется в строительстве в виде облицо­вочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминие­вые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию.

Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неуп­рочняемые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава заметно повышать прочность при термической обработке.

Уже сейчас трудно найти отрасль промышленности, где бы  не исполь­зовался алюминий или его сплавы - от микроэлектроники до тяжёлой метал­лургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгко­стью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечис­ленные и многие другие физические и химические свойства алюми­ния, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что  алю­миний - один из самых перспективных материалов будущего.

2. Применение деформируемых алюминиевых сплавов в народном хозяйстве.

Сплавы на основе систем Al-Mn (АМц) и AL-Mg (АМг6), не упрочняе­мые термической обработкой. Их используют в отожженном (М), нагарто­ванном (Н) или полунагартованном (П) состояниях. Эти сплавы хорошо сва­риваются. Их применяют для изготовления коррозионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки (например, сварных бен­зобаков, трубопроводов для масла и бензина, корпусов и мачт судов);

Сплавы системы Al-Mg-Si (АВ, АД31, АД33), упрочняемые закалкой (520-530 0С) и искусственным старением (150-170 0С, 10-12 ч). Эти сплавы вне зависимости от состояния материала, не склонны к коррозионному рас­трескиванию под напряжением. Они удовлетворительно обрабатываются ре­занием в закаленном и состаренном состоянии, а также свариваются с помо­щью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Большей коррозионной стойкостью обладают сплавы АД31 и АД33, работающие в интервале -70 до +50 0С; сплав авиаль АВ из указанной группы сплавов характеризуется большей прочностью. Из сплавов АВ, Ад31 и АД33 изготавливают лопасти и детали кабин вертолетов, барабаны колес гидросамолетов.

Хорошим сочетание прочности и пластичности отличаются сплавы системы AL-Cu-Mg – дюралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17 и др. Они уп­рочняются термической обработкой, хорошо свариваются точечной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резанием ( в термоупрочненном состоя­нии); однако склонны к межкристаллитной коррозии после нагрева (осо­бенно Д1, Д16 и В65). Значительное повышение коррозионной стойкости сплавов достигается плакированием (покрытием их технических алюминием (А7, А8). Сплавы Д19 и ВД17 работают при нагреве до 200-250 0С (например, из сплава ВД17 изготавливают лопатки компрессора двигателя). В авиации дюралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов (Д1), силовых элементов конструкций самолетов (Д16, Д19), заклепок (В65, Д18) и др.

Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu (В93, В95, В96Ц) харак­теризуются большими значениями временного сопротивления (до 700МПа). При этом достаточная пластичность, трещиностойкость и сопротивление коррозии достигаются режимами коагуляционного ступенчатого старения (Т2, Т3), а также применением сплавов повышенной (В95пч) и особой (В95оч) чистоты. В данном случае сплавы обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем дюралюмины. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 120 0С, ибо они не являются теплопрочными. Сплавы исполь­зуются для изготовления высоконагруженных изделий, как правило, рабо­тающих в условиях сжатия (стрингеры, шпангоуты, лонжероны и др.)

Высокомодульный сплав 1420 обладает за счет легирования алюминия литием и магнием (система Al-Mg-Li) пониженной (на 11%) плотностью и одновременно повышенным (на 4%) модулем упругости по сравнению со свойствами сплава Д16.

Сплав 1420 характеризуется коррозионной стойкостью (аналогичной сплаву АМг6М) после закалки с искусственным старением (Т1), а также по­сле сварки. Сплав может быть использован для замены в изделиях сплава Д16, обеспечивая при этом снижение их массы на 10-15%.

Высокой пластичностью при горячей обработке давлением обладают ковочные сплавы АК6 и АК8 (система Al-Mg-Si-Cu). Они удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резанием, но склонны к коррозии под напряжением. Для обеспечения коррозионной стойкости детали из сплавов АК6 и АК8 анодируют (электрохимически оксидируют) или наносят лако­красочные покрытия. Из ковочных сплавов изготавливают ковкой и штам­повкой детали самолетов, работающие под нагрузкой (рамы, пояса лонжеро­нов, крепежные детали). Эти сплавы способны работать при криогенных температурах.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn (Д20, Д21) и Al-Cu-Mg-Fe-Ni (АК4-1) применяют для изготовления деталей (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров), работающих при повышенных температурах (до 300 0С). Жаропрочность достигается за счет легирования сплавов никелем, железом и титаном, затормаживающими диффузионные процессы и образующими сложнолегированные мелкодисперсные упрочняющие фазы, устойчивые к коагулящии при нагреве. Сплавы обладают высокой пластичностью и технологичностью в горячем состоянии, хорошо (Д20) или удовлетворительно (Д21, АК4-1) свариваются, однако отличаются пониженной коррозионной стойкостью; их защищают от коррозии анодированием и лакокрасочными покрытиями. При 2500С большей жаропрочностью обладают сплавы Д21, Д20 по сравнению со сплавом АК4-1.

3. Классификация деформируемых алюминиевых сплавов.

В основу классификации товаров заложены ведущие, характерные признаки. Основными классификационными признаками промышленной продукции являются: происхождение (продукция металлургии, химической промышленности, машиностроения и т.д.); участие в производственном про-цессе (сырье, топливо, энергия и т.д.); назначение. Для непродовольсвенных товаров характерными признаками являются: назначение, исходный материал, способ производства, особенности кон-струкции, размерные показатели, фасон, отделка и т.д.

Экономико-статистическая классификация представлена в Общегосу-дарственном классификаторе промышленной и сельскохозяйственной про-дукции (ОКП), который входит в состав Единой системы классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации Республики Беларусь.

ОКП предназначен для создания единого языка, обеспечивающего сопо-ставимость данных о продукции Республики Беларусь с учетом международ-ных классификаций в системах автоматизированной обработки инфор-мации при кодировании промышленной и сельскохозяйственной продукции для ре-шения следующих задач: создания государственной  системы каталогизации продукции; предоставления информации о производимой в Республике Бела-русь продукции в международные организации; организации связей в произ-водственной сфере между производителями и потребителями продук-ции.

 Классификация по ГОСТу 21488-97 “Прутки пресованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия.”.

3. Классификация

3.1 Прутки подразделяют:

по форме сечения: круглые, квадратные, шестигранные;

по точности изготовления: нормальной точности, повышенной точности, высокой точности;

по состоянию материала: без термической обработки  (горячепрессован­ные), мягкие (отожженные), закаленные и естественно состаренные, зака­ленные и искусственно состаренные;

по виду прочности: нормальной прочности; повышенной прочности.

Код по ТН ВЭД (2003) на деформируемые алюминиевые сплавы:

Раздел XV: Недрагоценные металлы и изделия из них.

Группа 76: Алюминий и изделия из него.

Подгруппа 7604: Прутки и профили алюминиевые:

Позиция 7604 29: - прочие:

Субпозиция 7604 29 100 0: ---прутки.

         Код по ОКП (2002) на деформируемые алюминиевые сплавы:

Секция D: Продукция перерабатывающей промышленности.

Подсекция DJ: Основные металлы и готовые металлические изделия.

Раздел 27: Основные металлы.

Группа 27.4: Основные драгоценные металлы и металлы, плакированные драгоценными металлами.

Класс 27.42: Алюминий и полуфабрикаты из алюминия.

Категория 27.42.2: Полуфабрикаты из алюминия или алюминиевых сплавов.

Подкатегория 27.42.22: Прутки и профили из алюминия

Вид  27.42.22.500: Прутки и профили из алюминиевых сплавов.       

4. Свойства деформируемых алюминиевых сплавов.

По физико-химическим и технологическим свойствам все деформи­руемые алюминиевые сплавы можно разделить на следующие группы:
1)  Малолегированные и термически не упрочненные сплавы;
2)  Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn (АВ, АК6, АК8);
3)  Сплавы типа дуралюмин (Д1, Д6, Д16 и др);
4)  Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe (АК2, АК4, АК4-1);
5)  Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнатной температуре.
         Малолегированные и термически не упрочненные сплавы.
         Наиболее типичными сплавами, отнесенными к этой группе, являются сплавы группы магналий и АМц. Эти сплавы отличаются наиболее высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. Упрочнение этих сплавов дости­гается нагартовкой. Они нашли наиболее широкое применение в виде листо­вого материала, используемого для изготовления сложных по конфигурации изделий, получаемых путем горячей штамповки, глубокой вытяжке и про­катки. Из этих же сплавов путем прессования изготовляются трубы. Листо­вые материалы типа магналия обычно подвергаются точечной электросварке, тогда как для марганцовистых материалов можно применять любой вид сварки. Эти сплавы характеризуются сравнительно невысокой прочностью, не намного превосходящей прочность алюминия.
         Марганец, в отличие от остальных элементов не только не ухудшает кор­розионной стойкости алюминиевого сплава, но даже несколько повышает ее. Магний является полезным легирующим элементом. Не считая повыше­ния коррозионного сопротивления, магний уменьшает удельный вес алюми­ниевого сплава (так как он легче алюминия), повышает прочность, не снижая пластичности. Поэтому алюминиевые сплавы получили распространение как более прочные и легкие, чем чистый алюминий.
         Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn
Группа сплавов АВ, АК6, АК8 по химическому составу значительно отлича­ется как от сплавов типа дуралюмин, так и сплавов типа АК2 иАК4.
Сплавы АВ относятся к малолегированным сплавам, но применяются в тер­мообработанном состоянии. Основным упрочнителем их является фаза Mg2Si, а также фаза CuAl2. Добавка марганца и хрома способствует измель­чению структуры и некоторому повышению температуры рекристаллизации.
По прочности сплавы АВ несколько уступают сплавам типа дуралюмин и сплавам АК6, АК8 , а по пластичности превосходят последние.
         Сплавы типа авиаль нашли наиболее широкое применение для изготовле­ния различных весьма сложных по форме полуфабрикатов, полу­чаемых путем горячей штамповки, ковки, глубокой вытяжки и прокатки.
         Сплавы типа дуралюмин.
Наиболее типичным представителем сплавов типа дуралюмин является сплав Д1. К этой же группе относятся сплавы Д6, Д16 и др. Следует отметить, что сплавы Д6 и Д16 обладают более высокой прочностью, чем сплав Д1. Боль­шинство сплавов типа дуралюмин применяется в закаленном и естественно состаренном состоянии. Все эти сплавы имеют наибольшее распространение для изготовления труб, прутков, профилей и листов. По своей природе сплавы Д3П и Д18П также относятся к числу сплавов типа дуралюмин, но они менее легированы и отличаются весьма высокой пластичностью. По­этому сплавы Д3П и Д18П нашли широкое применение в основном, для изго­товления заклепок.
         Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe.
К этой группе относятся прежде всего сплавы АК3, АК4, АК4-1, которые по фазовому составу, следовательно и по свойствам, резко отличаются от спла­вов типа дуралюмина. Эти сплавы нашли наиболее широкое применение для ковки штамповки поршней, картеров и др. деталей, работающих при повы­шенных температурах. Из сплавов АК4, АК4-1 изготавливают детали колес компрессоров, воздухозаборников, крыльчатки мощных вентиляторов, лопа­сти и другие детали, работающие при повышенных температурах.
         Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнат­ной температуре.
         Из всех деформируемых сплавов наибольшую плотность имеют сплавы В95, хотя этим сплавам присущи следующие недостатки: пониженная пла­стичность; повышенная чувствительность к коррозии под напряжением; большая чувствительность к повторным нагрузкам и действию острых над­резов, чем у сплава типа дуралюмин; склонность к резкому снижению проч­ностных характеристик с повыше­нием температуры выше 1400С.
         Сплав В95 применяется в виде прессованных профилей, прутков, различ­ных штамповок. Все эти полуфабрикаты поставляются как в отожжен­ном, так и в закаленном и искусственно состаренном состояниях. Сплавы типа В95 путем термической обработки получают упрочнение в большей мере, чем другие алюминиевые сплавы. Время выдержки как при темпера­туре закалки, так и при искусственном старении может резко изменяться в зависимости от толщины и структуры сплава.
Эти сплавы после закалки получают значительное упрочнение, но еще со­храняют достаточно высокую пластичность, благодаря чему поддаются хо­рошей деформации. Поэтому способом штамповки или выколотки из полу­фабрикатов свежезакаленного состояния можно получать детали за одну операцию.
         Необходимо учитывать, что деформирование, выполненное в процессе естественного старения, у многих сплавов вызывает снижение предела проч­ности на 2 кг/мм2 по сравнению с пределом прочности, получаемым при ста­рении сплавов после деформирования. Поэтому рекомендуется производить деформирование сплавов Д1 только в свежезакаленном состоянии в течение 2 час. после закалки, а сплавов Д6 и Д16 в течение 30 мин.

Технологические свойства металлов и их сплавов — это часть их общих физико-химических свойств. Знание этих свойств позволяет более обоснованно проектировать и изготовлять изделия с улучшенными для данного сплава качественными показателями. К технологическим свойствам деформированных алюминиевых сплавов относятся:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6