Термически упрочняемые алюминиевые сплавы марки

Обновлено: 30.04.2025

Алюминий (Al) — это легкий цветной металл (его плотность составляет 2,71 г/см 3 ) с невысокой температурой плавления (660 °С). По распространенности в земной коре Аl занимает первое место — 8,8 % (для сравнения Fe — 4,65 %, Mg — 2,4 %, Ti — 6,3·10 -3 %, Ni — 8·10 -3 %, Сu — 4,7·10 -3 %). Его предел прочности при растяжении σ_в = 80…100 МПа; твердость — 25 НВ. Алюминий отличается пластичностью, легко поддается обработке давлением. После холодной прокатки алюминия его предел прочности (σ_в) увеличивается до 180…250 МПа, а твердость — до 45…60 НВ. Впервые алюминий в свободном виде получил в 1825 г. датский ученый Х.К. Эрстед. Однако высокая химическая активность алюминия и, следовательно, высокая стойкость образуемых химических соединений долго не позволяли наладить его производство. Кроме того, производство алюминия требует больших энергетических затрат. Наличие мощных электростанций и создание надежных технологий получения этого металла из руды, выдвинули алюминий и его сплавы на одно из ведущих мест среди цветных металлов по значимости и объему применения в современном машиностроении.

В полупроводниковой и ядерной технике и химической промышленности используется алюминий высокой чистоты (марок А995, А99, А97, А95), содержащий от 0,005 до 0,05 % примесей. Алюминий промышленной чистоты (марок А85, А8, А7, А6, А5, А0, А, АЕ), содержащий от 0,15 до 1 % примесей, используется в электротехнической промышленности, а также для производства сплавов. Чистый алюминий в машиностроении используется незначительно (в основном, применяются сплавы алюминия).

Для получения сплавов используется алюминий, выпускаемый в виде чушек.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по степени упрочнения после термической обработки, по эксплуатационным свойствам, по технологии изготовления деталей. По последнему признаку различают алюминиевые сплавы литейные и деформируемые. Основными примесями в алюминии и его сплавах являются Fe и Si. Железо, образуя интерметаллиды, снижает пластичность алюминия и его сплавов. В отношении термической обработки сплавы алюминия бывают не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Алюминиевые сплавы образуют твердые растворы, эвтектики, интерметаллидные фазы. Для них применяют закалку и старение, а также отжиг. При закалке температура нагрева сплава находится в интервале 485…525 °С. При этом для каждого сплава используется более узкий интервал в пределах этих температур, поскольку повышение температуры выше закалочной ведет к пережогу (оплавлению по границам зерен). Выдержка при нагреве должна быть минимальной, обеспечивающей полное растворение избыточных фаз в твердом растворе. После охлаждения детали подвергают старению. Старение производится при комнатной температуре (естественное старение) и продолжается несколько суток или при температуре 150…200 °С — 10…24 часа (искусственное старение). Закалка и старение увеличивают твердость и σ_в обрабатываемых сплавов. Для некоторых сплавов при оптимальных условиях старения эти показатели могут увеличиться в два раза.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг сплава производится перед его обработкой давлением для устранения в слитках дендритной ликвации, которая приводит к неоднородности структуры, и измельчению зерна. Такой отжиг производится при температуре 450…520 °С с последующим охлаждением сплава вместе с печью или на воздухе.

Рекристаллизационный отжиг производят при нагреве сплава до температуры 350…500 °С (в зависимости от состава сплава).

Для разупрочнения закаленных сплавов производят их отжиг при температуре 350…460 °С с выдержкой при этой температуре 1,5…2 часа. При этом происходит полный распад пересыщенных твердых растворов и коагуляция упрочняющих фаз.

Сплавы для изготовления фасонных отливок (кроме свойств, определяемых условиями эксплуатации) должны обладать хорошими литейными свойствами.

Алюминиевые литейные сплавы (ГОСТ 1583—93) маркируются буквами и цифрами. Буква «А» в марке сплава означает, что сплав алюминиевый литейный, а остальные буквы обозначают элементы, входящие в его состав:

• К — кремний;
• М — медь;
• Н — никель;
• Ц — цинк;
• Су — сурьма;
• Мг — магний;
• Кд — кадмий;
• Мц — марганец.

Цифры после букв обозначают среднюю массовую долю соответствующего элемента (в %). Буквы в конце марки сплава обозначают следующее:

• «ч» — чистый;
• «пч» — повышенной чистоты;
• «оч» — особой чистоты;
• «л» — литейные сплавы;
• «с» — селективный.

Рафинированные сплавы в чушках обозначают буквой «р», которую ставят после обозначения марки сплава.

В составе литейных сплавов (при литье в песчаные формы) допускается содержание 0,5…1 % Fe, а при литье в кокиль — 0,8…1,4 % Fe. Кремний не оказывает вредного влияния на литейные сплавы и используется в качестве основного или вспомогательного легирующего элемента.

Для производства основной массы изготавливаемых деталей применяются пять групп литейных алюминиевых сплавов. Это Al–Si (силумины), Al–Cu–Si (алькусины), Al–Cu, Al–Mg и сложнолегированные сплавы.

Выделено семь элементов, которые могут служить основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах,— серебро (Ag), германий (Ge), литий (Li), цинк (Zn), магний (Mg), медь (Сu), кремний (Si). Все они образуют с алюминием системы эвтектического типа, но из-за высокой стоимости Ag, Ge и Li сплавы, легированные этими элементами, применяются очень ограниченно. Цинк применяется для растворного упрочнения литейных сплавов, но он не образует интерметаллидов и не обеспечивает значительного упрочнения. В этой связи основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются Mg, Сu и Si. Образование интерметаллидов в сплавах Al–Cu, Al–Mg и Al–Mg–Si, а также отличная жидкотекучесть и малая усадка (линейная усадка для большинства сплавов составляет 0,9…1,3 %) Al–Si сплавов, переменная растворимость элементов в твердом состоянии в сплавах Al–Cu и Al–Mg позволяют получать качественные отливки и использовать различные методы упрочнения сплавов, включая дисперсное твердение путем закалки и старения. Вспомогательные легирующие элементы (Mn, Cr, V, Ti, Zr, Mo, Ni и др.) дополнительно упрочняют отливки по растворному типу, улучшают пластичность сплавов и повышают их жаропрочность, а другие вспомогательные легирующие элементы (Na, К, Be, Ca, Cd и др.) используются в виде небольших добавок (до 0,2 %) для улучшения технологических свойств в качестве модификаторов.

Основными особенностями алюминиевых сплавов, которые необходимо учитывать при плавке, являются склонность этих сплавов к газопоглощению (особенно водорода) и легкая окисляемость. В последующем водород, выделяясь при кристаллизации и охлаждении, способствует образованию газовой пористости в отливках, а включения А1₂O₃ существенно снижают механические свойства сплава. Для защиты от этих нежелательных явлений производят плавку алюминиевых сплавов под слоем флюса, перед заливкой проводят дегазацию расплава, его рафинирование хлором и азотом, а для получения мелкозернистой структуры и улучшения механических свойств сплава применяют модифицирование фтористыми и хлористыми соединениями.

Твердость литейных алюминиевых сплавов (в зависимости от их состава и методов термической обработки) составляет от 500 до 1000 НВ, а σ_в — от 130 до 360 МПа.

Максимальная рабочая температура применяемых в промышленности алюминиевых сплавов составляет 300…350 °С.

Для изготовления отливок в промышленности используют пять групп алюминиевых сплавов (ГОСТ 1583–93):

1. Сплавы на основе системы «алюминий—кремний» (силумины): марки АК12; АК13; АК9; АК9с; АК9ч; АК9пч; АК8л; АК7; АК7ч; АК7пч; АК10Су;
2. Сплавы на основе системы «алюминий—медь—кремний» (алькусины) : марки АК5М; АК5Мч; АК5М2; АК5М7; АК6М2; АК8М; АК5М4; АК8М3; АК8М3ч; АК9М2; АК12М2; АК12ММгН; АК12М2МгН; АК21М2,5Н2,5;
3. Сплавы на основе системы «алюминий—медь»: марки АМ5; АМ4,5Кд;
4. Сплавы на основе системы «алюминий—магний»: марки АМг4К1,5М; АМг5К; АМг3Мц; АМг6л; АМг6лч; АМг10; АМг10ч; АМг11; АМг7;
5. Сплавы алюминия с прочими компонентами (сложнолегированные): марки АК7Ц9; АК9Ц6; АЦ4Мг.

Сплавы системы алюминий–кремний (силумины) получили наибольшее распространение. Они обладают лучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами и широко применяются для отливок деталей, отличающихся сложностью очертаний или несущих большие нагрузки. Силумины обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Изготавливаемые из них детали защищают анодированием и лакокрасочными покрытиями. Силумины широко используют в промышленности (авиационной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической).

Добавление меди к сплавам Al—Si повышает их твердость и предел прочности при растяжении, а также значительно улучшает обрабатываемость резанием. Тройные сплавы Al—Cu—Si (алькусины) применяются при изготовлении особо ответственных деталей (например, головок цилиндров двигателей, поршней, деталей, работающих при повышенной температуре, и др.). Эти сплавы используют в промышленности для изготовления деталей необходимой прочности, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации и имеющих высокую чистоту обработанной поверхности.

Сплавы системы Al–Cu имеют пониженные литейные свойства, малую коррозионную стойкость и недостаточную пластичность, но хорошо обрабатываются резанием. Эти сплавы применяют для отливки небольших ответственных деталей машин и приборов, несущих высокую нагрузку (статическую и ударную).

Сплавы системы Al–Mg обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Их применяют для изготовления сильно нагруженных деталей. Однако эти сплавы плохо работают при повышенных температурах. Из этих сплавов изготавливают арматуру и корпуса машин, устанавливаемых на морских судах.

Сложнолегированные сплавы алюминия применяют для изготовления отливок, работающих при повышенных температурах и давлениях, с повышенной стабильностью размеров, а также для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатывающихся резанием.

Области применения некоторых марок литейных алюминиевых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Области применения литейных алюминиевых сплавов

Для повышения механических свойств отливок из алюминиевых сплавов их часто подвергают термической обработке, после которой в некоторых случаях прочность отливок увеличивается почти в два раза.

К группе деформируемых относятся сплавы на основе алюминия (табл. 2), перерабатываемые в изделия методами деформирования (прессованием, волочением, ковкой, штамповкой, прокаткой). Среди этих сплавов различают сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

Таблица 2. Состав деформируемых алюминиевых сплавов

** Механические свойства после закалки и естественного старения.

В группе деформируемых сплавов алюминия, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы нормальной прочности, высокопрочные сплавы, жаропрочные сплавы и сплавы для ковки и штамповки.

Типичным представителем сплавов нормальной прочности являются дуралюмины, относящиеся к системе А1–Сu–Mg, которые маркируются буквой «Д». Марганец повышает коррозионную стойкость, температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства дуралюминов (табл. 3).

Таблица 3. Механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов

** Механические свойства после закалки и естественного старения.

Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в холодной воде. Закаленные дуралюмины подвергают старению, способствующему увеличению их коррозионной стойкости. В процессе естественного (несколько суток) или искусственного старения (10…24 ч) повышается прочность сплава вследствие распада пересыщенного твердого раствора.

Дуралюмины широко применяются в авиации. Так, из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д10 — несущие элементы фюзеляжей самолетов, а сплав Д1В является одним из основных заклепочных материалов. Из дуралюминов обработкой давлением производят полуфабрикаты (прутки, полосы, листы и т. д.)

К высокопрочным сплавам алюминия относят сплавы (В95, В96), системы Al–Zn–Mg–Сu. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств (σ_в = 600…700 МПа) сплавы закаливают при температуре 460…480 °С с последующим искусственным старением при температуре 120…140 °С. Высокопрочные сплавы превосходят дуралюмины но прочностным показателям, но менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений, а также воздействию коррозионных сред под напряжением. Для повышения коррозионной стойкости изделий их плакируют сплавом Al+1% Zn. Высокопрочные сплавы применяют в авиастроении для изготовления наружных конструкций с температурой длительной эксплуатации до 120 °С.

Для изделий, эксплуатируемых при температурах до 300 °С, используют жаропрочные сплавы АК-4, АК-4-1. Они имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами, образующими упрочняющие фазы СuAl₂, CuMgAl₂, Al₁₂Mg₂Cu и др. Жаропрочность сплавам придает легирование медью, марганцем и титаном, замедляющими диффузионные процессы. Детали из жаропрочных сплавов используют после закалки и искусственного старения.

Сплавы для ковки и штамповки обладают высокой пластичностью и удовлетворительно перерабатываются литьем. При горячем деформировании в этих сплавах не образуются трещины. Типичными представителями таких материалов являются сплавы системы А1—Cu—Mg с добавками кремния (АК 0, АК 8). Ковку и штамповку этих сплавов производят при температуре 450…475 °С. Затем применяют закалку и старение. Из этих сплавов изготавливают поковки и прокат.

К неупрочняемым термической обработкой деформируемым сплавам относят сплавы систем А1–Мn, А1–Mg. Они отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются. Сплавы этой группы используют в отожженном, нагартованном и полунагартованном видах.

Для устранения дендритной ликвации деформируемых сплавов проводят гемогенизирующий отжиг слитков при температуре 450…520 °С в течение 4…40 ч с последующим охлаждением на воздухе или в печи. Деформированные заготовки подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 350…500 °С в течение 0,5…2 ч. Эта операция способствует снятию наклепа и получению мелкозернистой структуры металла. Из неупрочняемых сплавов изготовляют емкости для жидкостей, трубы, корабельные конструкции, детали вагонов.

Алюминиевые сплавы 6082 и 6061

Сплавы 6082 и 6061 являются аналогами отечественных сплавов АД35 и АД33 по ГОСТ 4784-97 соответственно.

Алюминиевая продукция из сплавов 6082 и 6061

Алюминиевый сплав 6082 наиболее широко применяется в строительстве в качестве термически упрочняемого сплава. Обычно этот сплав является основным строительных алюминиевым сплавом для как сварных конструкций, так и конструкций без применения сварки. Сплав 6082 – это высокопрочный сплав, который применяется в различных видах алюминиевого проката:

• сплошных и полых прессованных профилей;
• плит (толстых листов);
• листов;
• поковок.

Сплав 6082 также все шире применяют в конструкциях, которые работают в морской атмосфере.

Сплав 6061 также является широко применяемым термически упрочняемым алюминиевым сплавом для конструкций как с применением сварки, так без нее. Этот сплав применяет в виде:

• прутков,
• сплошных и полых профилей, а также
• труб.

Оба сплава – 6082 и 6061 – обычно применяют в полностью термоупрочненном состоянии Т6: 6082-Т6 и 6061-Т6.

Свойства сплавов 6082 и 6061

Выбор сплавов 6082 и 6061 в качестве конструкционных материалов обеспечивает благоприятная комбинация их свойств:

• высокая прочность после термического упрочнения;
• хорошая коррозионная стойкость;
• хорошая свариваемость как методом MIG, так и методом TIG;
• хорошая способность к формовке (например, гибке) в состоянии Т4 (естественное старение);
• хорошая обрабатываемость резанием.

Применение сплавов 6082 и 6061 в прессованных профилях ограничено менее сложными формами поперечного сечения, чем для других сплавов серии 6ххх.

Алюминиевый сплав 6082 можно соединять заклепками из сплавов 6082, 5754 или 5019 в отожженном состоянии О или более твердых состояниях.

Сварка сплавов 6082 и 6061

Для этих сплавов необходимо учитывать потеря прочности в зоне термического влияния сварки сварных соединений (см. таблицы 2 и 3). Уровень прочности сварных соединений может в определенной степени восстанавливаться за счет естественного старения материала в зоне термического влияния сварного шва. Потеря прочности для состояния Т6 обычно составляет около 40 % (см. таблицы 2.

Алюминиевые сплавы 6060, 6063 и 6106

Сплавы 6060 и 6063 являются аналогами отечественного сплава АД31 по ГОСТ 4784. Сплав 6063 почти полностью совпадает по химическому составу со сплавом АД31, сплав 6060 относится к части сплава АД31 с содержанием магния до 0,6 %. Аналог сплаву 6106 в ГОСТ 4784-97 отсутствует.

Применение сплавов 6060, 6063 и 6106

Сплавы 6060, 6063 и 6106 рекомендуются для применения строительных конструкциях. Эти сплавы применяют только в виде прессованных и холоднотянутых изделий. Их применяют, если прочность не имеет первостепенного значения, но требуется хороший внешний вид изделия. Эти сплавы обеспечивают хорошую стойкость к воздействию окружающей среды, хорошо поддаются нанесению защитных и декоративных покрытий и, самое главное, обладают способностью прессоваться в профили с тонкими стенками и сложным поперечным сечением.

Эти сплавы особенно хорошо подходят для анодирования и аналогичных процессов отделки поверхности.

Сварка сплавов 6060, 6063 и 6106

Как и все сплавы серии 6ххх сплавы 6060, 6063 и 6106 хорошо свариваются как методом MIG, так и методом TIG и также теряют прочность в зоне термического влияния сварных соединений. Потеря прочности для состояния Т6 составляет около 40 % (см. таблицы 2 и 3).

Алюминиевый сплав 7020

Сплав 7020 рекомендуется для применения в сварных и несварных строительных конструкциях.

Алюминиевая продукция из сплава 7020

Из этого высокопрочного сплава производят сплошные и полые прессованные профили, тонкие и толстые листы, а также трубы. Из этого сплава не так легко прессовать сложные профили, как из сплавов серии 6ххх. Поэтому этому изделия из сплава 7020 изготавливают обычно только под заказ, и они могут иметь более длительный срок поставки.

Сплав 7020, как правило, применяют в полностью термически упрочненном состоянии – 7020-Т6. Этот сплав имеет более высокую прочность в зоне термического влияния сварного шва, чем сплавы серии 6ххх, благодаря его высоким прочностным свойствам после естественного старения.

Свойства сплава 7020

Этот сплав, как и другие сплавы серии 7ххх, является весьма чувствительным к воздействию климатических воздействий. Поэтому его нормальная работа зависит как от правильных методов изготовления и обработки, так и контроля химического состава. Из-за подверженности подповерхностной коррозии на стадии изготовления продукции сплав применяют только в состоянии Т4, а уже после полного изготовления всю конструкцию, по возможности, подвергают искусственному старению.

Если зона термического влияния сварки не подвергается после сварки термической обработке, то может понадобиться ее защита от воздействия климатических факторов.

Если изделие из сплава 7020 в состоянии Т6 подвергается каким-либо технологическим операциям, которые могут вызвать наклеп, например, таким как, гибка, резка или пробивка отверстий, то повышается опасность его растрескивания из-за коррозии под напряжением. Это является очень важным и поэтому должно быть прямое сотрудничество конструкторов и производителей по предполагаемым применением и возможными условиями эксплуатации изделия из сплава 7020.

Сварка сплава 7020

Сплав 7020 хорошо поддается сварке методами TIG и MIG. Потеря прочности в зоне термического влияния для состояния Т6 составляет около 20 % (см. таблицы 2 и 3).

Выбор алюминиевых сплавов: металлургические факторы

Большинство алюминиевых изделий и полуфабрикатов, которые применяются в в машиностроении, строительстве и других инженерных областях имеют форму, которую они получают методами обработки металлов давлением – прокаткой, прессованием (экструзией), волочением, ковкой, штамповкой. Примерами являются катаный лист (толстый, тонкий и фольга), прессованный профиль, труба, пруток и проволока. Алюминиевые сплавы, которые обрабатывают этими методами, называются деформируемыми.

Относительно небольшое количество алюминиевых сплавов и изделий из них получают специальными методами, такими как горячая изостатическая обработка, порошковые технологии, метод сверхбыстрого затвердевания и другие.

Деформируемые термоупрочняемые сплавы

Еврокод 9 рекомендует применение в строительных конструкциях деформируемые термически упрочняемые алюминиевые сплавы их двух серий – 6ххх и 7ххх.

Из алюминиевых сплавов серии 6ххх для применения в строительстве рекомендуются следующие сплавы (опускаем здесь и далее при обозначении громоздкую «приставку» EN AW): 6082. 6061, 6005А, 6106, 6063 и 6060.

Из алюминиевых сплавов серии 7ххх в строительных конструкциях применятся только сплав, 7020.

Химический состав алюминиевых сплавов

В таблице 1 показаны особенности химического состава деформируемых алюминиевых сплавов 6082. 6061, 6005А, 6106, 6063, 6060 и 7020.

Таблица 1 – Химический состав алюминиевых сплавов

Прочностные свойства профилей, листов и лент

В таблицах 2 и 3 показаны некоторые характерные прочностные свойства алюминиевой продукции из сплавов 6082. 6061, 6005А, 6106, 6063, 6060 и 7020. Подробные данные см. полном тексте EN 1999-1-1:2007.

Таблица 2 – Прочностные свойства прессованных профилей

Таблица 3 – Прочностные свойства горячекатаных листов и полос

Применение литейных алюминиевых сплавов

Сплавы серии 1хх

Сплавы серии 1хх промышленно применяется для литья роторов электрических роторов. Роторы обычно льют на вертикальных машинах для литья под высоким давлением, которые специально разработаны для этой цели. Благодаря высокой электропроводности технически чистого алюминия, его применяют для изготовления электропроводящих шин Их отливают вместе со стальной оболочкой, которую заранее устанавливают в литейной форме.

Сплавы серии 2хх

Сплавы серии 2хх включают самые высокопрочные на сегодняшний день литейные алюминиевые сплавы. Сплавы серии 2хх лучше сохраняют свою прочность при повышенных температурах, чем другие литейные алюминиевые сплавы.

Сплавы серии 3хх

Сплавы серии 3ххх являются настоящими рабочими лошадками алюминиевой литейной промышленности за счет их высоких литейных характеристик и хорошей прочности. Наиболее применяемые из них – это сплавы Al-Si-Cu, которые при повышенном содержании меди являются полностью термически упрочняемыми.

Группа сплавов 380 долгое время в подавляющем количестве применялась (свыше 85 %) для литья под высоким давлением. Эти вторичные (из алюминиевого лома) сплавы были специально разработаны для литья под высоким давлением. Они содержат больше кремния и железа, а также допускают больше примесей, чем сплавы, которые предназначены для литья другими методами. Эти сплавы обеспечивают хороший баланс между низкой стоимостью, умеренной прочностью без необходимости термической обработки и хорошими литейными характеристиками. Магний в этих сплавах обычно контролируется на очень низком уровне, чтобы минимизировать образование оксидов во время очень турбулентном наполнении литейной камеры. Однако считается, что малое содержание магния (около 0,3 %) может заметно повысить твердость и способность к механической обработке [3].

Сплавы серии 4хх

Сплавы серии 4хх применяются тогда, когда требуются хорошие литейные характеристики, а также более высокая коррозионная стойкость, чем у сплавов серии 3хх, которые содержат медь. Они применяются для изготовления отливок для работы в морской воде, оборудования для пищевой промышленности и компонентов для химической промышленности, а также таких изделий, как основания столбов уличного освещения [3].

Сплавы серии 5хх

Сплавы серии 5хх имеют самую высокую стойкость к коррозии из всех литейных алюминиевых сплавов. Они также хорошо полируются до зеркальной поверхности, хорошо анодируются с приятным естественным алюминиевым видом. Поэтому они применяются для изготовления декоративных отливок, а также литых изделий, которые применяются в молочном производстве и пищевой промышленности, трубных фитингов для морского и химического оборудования.

Сплавы 5хх требуют больше внимания при подготовке и литью, чем сплавы с низким содержанием магния, так они проявляют высокую реактивность в присутствии кислорода, влаги в атмосфере, смазок и т. п.

Аналогично сплавам 2хх для сплавов 5хх свойственна низкая текучестью и склонность к горячему растрескиванию. Поэтому обычные сплавы серии 5хх редко применяют для литья под высоким давлением, хотя некоторые специальные сплавы 5хх применяют и для литья под высоким давлением [3].

Сплавы серии 7хх

Сплавы серии 7хх обладают хорошей стойкостью к ударным нагрузкам и достигают достаточно высокой прочности без необходимости термической обработки. Сплавы серии 7хх постепенно состариваются при комнатной температуре, но набирают максимальную прочность в течение 20-30 суток после литья. Они популярны для изготовления крупных деталей машин, мебели, садового инструмента, деталей грузовых автомобилей и шахтного оборудования.

Сплавы серии 7хх имеют самую температуру полного затвердевания (солидус) из всех литейных алюминиевых сплавов, кроме роторных сплавов серии 1хх. Поэтому они являются подходящими для соединения деталей методом пайки [3].

Сплавы серии 8хх

Сплавы серии 8хх применяются исключительно для литья втулок и опорных подшипников. Они имеют высокую прочность на сжатие и уникальные смазывающие свойства в условиях перегрева. Единственным ингредиентом сплавов 8хх является олово. Олово находится в затвердевшей отливке в виде малых глобулей из чистого олова. Если нормальная смазка отсутствует и в подшипнике возникает перегрев, то оловянная фаза плавится при 231 ºС и просачивается из перегретой поверхности и обеспечивает аварийную смазку из жидкого олова и тем самым предотвращает катастрофическое разрушение системы [3].

Алюминиевые сплавы в Еврокоде 9

Еврокод 9 включает рекомендации по применению в строительстве:

• деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов; ; , как термически упрочняемых, так и термически не упрочняемых.

Ниже представлены рекомендации Еврокода 9 по применению деформируемых алюминиевых сплавов, которые упрочняются термической обработкой.

Применение алюминия в строительстве (Еврокод 9): часть 1

Европейский стандарт EN 1999-1-1, который входит в серию стандартов EUROCODE 9 или Еврокод 9, определяет общие правила и нормы применения алюминиевых сплавов в строительных конструкциях. Еврокод 9 является, в свою очередь, частью серии европейских стандартов для строительства под общим названием Еврокод (EUROCODE).

Европейский стандарт EN 1999-1-1 в странах бывшего СССР имеет следующий статус:

• в России – готовится национальное приложение;
• в Украине – принят cтандарт ДСТУ-Н Б EN 1999-1-1:2010
• в Беларуси – принят технический кодекс установившейся практики ТКП EN 1999-1-1-2009.

Не упрочняемые термической обработкой

К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относят сплавы с марганцем или магнием. Сплавы легко обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высокой коррозийной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Для среднена­груженных деталей и конструкций используют сплавы АМг5 и АМг6. Сплавы АМц используют для сварных деталей трубопроводов и ёмкостей для жидкостей. Сплавы АД, АДО, АД1 применяют для изготовления дета­лей с высокими пластическими свойствами.

Деформируемые сплавы

Количество деформируемых алюминиевых сплавов, которые есть в распоряжении у инженера-конструктора, является очень большим. Все деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на:

• термически неупрочняемые сплавы и
• термически упрочняемые сплавы.

Прежде чем рассматривать характеристики этих двух классов деформируемых алюминиевых сплавов, полезно напомнить современную международную систему обозначения самих деформируемых сплавов их состояний, то есть той технологической обработки, которые они получают в ходе изготовления изделий и полуфабрикатов.

Обозначение деформируемых сплавов

Международная система обозначения деформируемых алюминиевых сплавов подразделяет все деформируемые сплавы на восемь классов (серий, групп) по основным легирующим элементам (таблица 1).

Таблица 1 – Международная классификация и
система обозначений деформируемых алюминиевых сплавов [1]

В этой международной системе обозначений деформируемых алюминиевых сплавов, которая состоит из четырех цифр:

• первая цифра идентифицирует главные легирующие элементы
• остальные три цифры применяются как серийные цифры для идентификации различных отдельных сплавов.

Серия 1ххх формально включает не сплавы (нет легирующих элементов), а марки алюминия. В обозначении марок алюминия включена определенная информация. Например, в обозначении марок алюминия промышленной чистоты последние три цифры ххх обозначают степень чистоты марки: 1080 указывает на чистоту алюминия 99,80 %. В остальных сериях алюминиевых сплавов (2ххх, 3ххх, 4ххх, 5ххх, 6ххх, 7ххх и 8ххх) цифры ххх не несут прямой информации о химическом составе конкретного сплава. Для этого нужно обращаться к стандартам и другим нормативным документам.

Состояния алюминиевых сплавов

Один и тот же сплав может подвергаться обработке различным технологическим операциям: термической обработке, холодной деформационной обработке (нагартовке) и их комбинациям. В результате такой обработки сплав может получать различные механические свойства, микроструктуру и другие служебные характеристики. Эти особенности технологической обработки алюминиевого сплава и полученные им в результате этой обработки свойства отражает характеристика сплава, которая называется «состояние сплава».

Международная классификация состояний алюминиевых сплавов представлена в таблице 2.

Таблица 2 – Международная классификация
состояний алюминиевых сплавов [1, 2]

Группы состояний (базовые состояния) деформируемых алюминиевых сплавов

• Применяется к изделиям и полуфабрикатам из деформируемых сплавов и литым изделиям, которые изготавливают без специального контроля термических условий или степени нагартовки. Для изделий из деформируемых сплавов механические свойства не контролируются.

• Применяется к изделиям из деформируемых сплавов, которые отжигают, чтобы получить состояние с минимальной прочностью и к литым изделиям, которые отжигают, чтобы улучшить пластические свойства и стабилизировать размеры. За буквой О может следовать цифра, отличная от нуля.

• Применяется только к изделиям из деформируемых сплавов. Оно указывает изделия, которые получили деформационное упрочнение путем холодной деформации с дополнительной термической обработкой для некоторого снижения прочности или без нее. За буквой Н всегда следует две или более цифр, которые отражают степень нагартовки и дополнительные операции. Например, Н24 указывает что алюминиевое изделие (полуфабрикат) подвергалось нагартовке до степени ½, затем частичному восстановительному отжигу. См. подробнее здесь.

• Применяется для изделий из термически упрочняемых деформируемых и литых сплавов. За буквой Т может следовать от одной до четырех цифр. Например, Т64 – обработка (нагрев) на твердый раствор и неполное искусственное старение (для повышения пластичности по сравнению с состоянием Т6). См. подробнее здесь.

Справка

Термическая обработка на твердый раствор [2]:

• Чтобы максимально повысить эффективность термического упрочнения за счет выделения упрочняющих фаз, необходимо сначала получить твердый раствор. Процесс, в результате которого это достигается, называется термической обработкой на твердый раствор. Цель этой обработки – перевести в твердый раствор максимальное количество растворимых упрочняющих элементов сплава. Она заключается в выдержке сплава при достаточно высокой температуре и в течение времени, которого достаточно для получения почти гомогенного твердого раствора.

Стабилизационная термическая обработка (стабилизация) [2]:

• Эта обработка применяется, чтобы стабилизировать свойства алюминиевого изделия при температуре несколько выше, чем реальная температура, при которой это изделие будет применяться. Это предотвращает изменение свойств изделия при его нагреве в эксплуатации. Такая обработка применяется также для литых изделий для снижения остаточных напряжений.

Полное обозначение алюминиевого сплава

Полная запись обозначения сплава состоит из обозначения сплава и обозначения его состояния. Эта запись в различных регионах и странах пишется по-разному:

• Через дефис: 6060-Т6 – Северная Америка
• Через пробел: 6060 Т6 – Европа
• Через точку: АД31.Т5 – например, ГОСТ 8617-2018
• Слитно: АД31Т5 – например, СНиП 2.03.06-85 Алюминиевые конструкции (СП 128.13330.2011).

Обозначение сплавов деформируемых алюминиевых (ГОСТ 4784-97)

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относят:

• дюралюмины,
• сплавы авиаль (авиационные сплавы),
• высокопрочные сплавы для ковки и штамповки,
• жаропрочные сплавы.

В маркировке сплавов приняты специальные обозначения:

По­сле условного номера следуют обозначения, характеризующие состояние сплава:

В сплавах типа АМг цифра после букв означает среднее содержание магния в процентах.

Дюралюмины

Высокопрочные сплавы

Высокопрочные сплавы, например, В95, обладают высокой прочностью, но меньшей пластичностью. В горячем состоянии имеют хорошую пластичность. Легко деформируются в холодном состоянии после отжига. Сплав В95 хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой, но не сваривается аргоно-дуговой и газовой.

Сплавы для ковки и штамповки

Жаропрочные сплавы

Жаропрочные сплавы, например, Д20 используют для деталей, работающих при температуре до 300°С. Жаропрочные сплавы дополнительно легируют железом, никелем и титаном.

Алюминиевый сплав 6005А

Прямой отечественный аналог для сплава 6005А отсутствует.

Алюминиевая продукция из сплава 6005А

Сплав 6005А, который также рекомендуется для строительных конструкций, применяется только в виде прессованных профилей.

Свойства сплава 6005А

Этот сплав имеет довольно высокую прочность и, в тоже время, может прессоваться в более сложные профили, чем сплавы 6082 и 6061. Это особенно относится к тонкостенным полым профилям.

Коррозионная стойкость сварных и несварных конструкционных элементов из сплава 6005А аналогична стойкости сплава 6082. Остальные свойства сплава 6005А аналогичны свойствам сплава 6082.

Сварка сплава 6005А

Аналогично сплавам 6082 и 6061 сплав 6005А хорошо поддается сварке методами TIG и MIG и имеет аналогичную потерю прочности в зоне термического влияния сварного шва: для состояния Т6 – около 40 % (см. таблицы 2 и 3).

Выбор деформируемых алюминиевых сплавов

Деформируемый алюминиевые сплавы для изделий выбирают на основании:

• свойств, которые требуются для изделия в течение срока службы
• степень сложности изготовления изделия
• общая стоимость сплава, его доступность на рынке, технология термической обработки и отделка поверхности

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на:

• Термически неупрочняемые сплавы
• Термически упрочняемые сплавы

Термически неупрочняемые сплавы

Термически неупрочняемые сплавы могут упрочняться путем обработки на твердый раствор и/или путем холодной деформационной обработки (нагартовкой), но не способны упрочняться за счет механизма старения, то есть выделения упрочняющих фаз.

• Марки алюминия 1ххх: технически чистый алюминий (электрические проводники, химическое оборудование, декоративные архитектурные элементы). Прочность на растяжение в отожженном состоянии является низкой (около 50 МПа) и может быть удвоена путем холодной деформационной обработки.
• Сплавы 3ххх: алюминий-марганец («пивные» банки, автомобильные радиаторы). Применяются для изделий с умеренной прочностью (около 180 МПа) при хорошей пластичности (для легкости формовки изделий) и хорошей коррозионной стойкости. Сплав 3003 в виде листов применяется для изготовления автомобильных радиаторов. Сплав 3004, с марганцем и магнием, применяется для изготовления банок для прохладительных напитков и пива.
• Сплавы 5ххх: алюминий-магний: применяется в транспортном машиностроении, судостроении, автомобилестроении, в декоративных строительных элементах. Имеют высокую прочность и высокую стойкость к коррозии. Хорошо свариваются.

Термически упрочняемые сплавы

Это – сплавы серий 2ххх, 6ххх, 7ххх и 8ххх, что дает широкие возможности для выбора подходящего сплава весьма широкие.

• Сплавы серии 2ххх, особенно те, которые основаны на системе алюминий-медь-магний, нашли применение в несущих конструктивных элементах самолетов.
• Сплавы серии 6ххх (алюминий-магний-кремний) широко применяются в качестве профилей с умеренной прочностью в строительстве, машиностроении и других областях промышленности.
• Сплавы серии 7ххх (алюминий-цинк-магний) обеспечивают высокую прочность для ответственных конструкций и сооружений.
• Специальные термически упрочняемые сплавы серии 8ххх включают сплав 8001 (Al-1,1Ni-0,6Fe) для атомных станций для работы в воде при высоких температурах и высоком давлении и сплав 8011 (Al-0,75Fe-0,7Si), который способен к глубокой вытяжке для изготовления, например, пробок для бутылок [1].

Литейные сплавы

Международная система обозначений литейных алюминиевых сплавов

Международная классификация и система обозначений литейных алюминиевых сплавов представлена в таблице 3.

Как и деформируемые сплавы литейные сплавы также подразделяются на:

• термически неупрочняемые и
• термически упрочняемые.

При выборе литейного сплава рассматривают следующие факторы:

• тип литейной технологии
• требования к механическим и другим свойствам
• стоимость

Литейные сплавы, в которых главным легирующим элементом служит кремний, являются наиболее важными для применения в различных инженерных областях. Эти сплавы характеризуются высокой текучестью, так как по содержанию кремния они находятся вблизи эвтектического химического состава. Эти отливки имеют высокую стойкость к коррозии в сочетании с низким коэффициентом термического расширения и хорошей свариваемостью.

Цифра после точки в обозначении литейного алюминиевого сплава

Цифра, которая идет в обозначении литейного сплава после точки, указывает на форму продукции [3]:

• Цифра нуль (0) после точки указывает на само литое изделие (отливку)
• Цифра один (1) после точки указывает пределы химического состава для слитка, который применяется для изготовления литого изделия ххх.0.
• Цифра два (2) после точки указывает на слиток, который применяется для изготовления изделия ххх.0, но слиток другого химического состава (обычно более узкого), чем слиток ххх.1. Хотя и не всегда, ххх.1 часто указывает пределы химического состава для вторичного сплава, тогда как ХХХ.2 указывает пределы химического состава для первичного сплава.

Важно помнить, что «0» после точки указывает на литейное изделие, тогда как «1» или «2» указывают на химический состав слитков, который требуется для изготовления этого литейного изделия (отливки).

Поскольку плавление и обработка расплава могут изменять химический состав сплава, который приготовлен для изготовления отливок, требования к химическому составу ххх.1 или ххх.2 всегда являются в определенной степени жестче, чем для требования к химическому составу ххх.0 для готовой отливки. Согласно принятой договоренности слитки ххх.2 всегда имеют более жесткие пределы по химическому составу, чем слитки ххх.1.

Не все сплавы имеют обе формы слитков – ххх.1 и ххх.2. Многие более традиционные сплавы для литья под высоким давлением будут имеют только слиток из вторичного металла ххх.1, а многие сплавы для литья высококачественных отливок имею только слиток ххх.2.

Буквы в обозначении литейного алюминиевого сплава

Перед цифровым обозначением литейного сплава может быть буква, например, А360.0. Буквы указывают некоторые отклонения от первоначально разработанного сплава, возможно версия с более низким содержанием примесей или дополнительным контролируемым элементом.

Читайте также:

  
• Аренда виллы в апулии
  
• Парк развлечений xplor мексика
  
• Аренда автомобиля в торонто
  
• Приложение для аренды авто в сша
  
• Бизнес центр базель аренда