Алюминиевые деформируемые сплавы

Деформируемые сплавы - это сплавы, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением - прокатке, прессованию, ковке или штамповке, волочению. В результате пластической деформации из них получают различные круглые, плоские, полые полуфабрикаты: листы, ленты, прутки, плиты, профили, поковки, трубы, штамповки, проволоку. К деформируемым сплавам от­носятся также сплавы для сварки.

 

Деформируемые сплавы, полученные на основе первичного алюминия, поставляются в виде за­готовок и полуфабрикатов, приготовленные на основе вторичного алюминия - в виде чушек. Последние могут быть использованы для подшихтовки при производстве полуфабрикатов из алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы составляют основной объем производства алюминиевых сплавов (до 80%).

Отечественные марки алюминия и алюминиевых деформируемых сплавов по ГОСТу и ОСТам приведены ниже:

 

 

Для деформируемых сплавов характерна структура твердого раствора с наибольшим содержанием эвтектики.

Они подвергаются упрочнению закалкой с последующим старением как естественным путем при комнатной температуре, так и искусственным при повышенной температуре. В результате закалки образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии, из которо­го при старении выделяется избыток растворенных элементов в виде зональных метастабильных фаз и стабильных интерметаллидов.

Некоторые деформируемые алюминиевые сплавы, в частности, содержащие хром, марганец, цирконий и железо, способны закаливаться из жидкого состояния; при этом концентрация элемен­тов в пересыщенном твердом растворе может существенно превосходить максимальную равно­весную концентрацию для твердого состояния.

Принципы маркировки алюминиевых деформируемых сплавов и изготавливаемых из них полуфабрикатов

В России для обозначения алюминиевых деформируемых сплавов и полуфабрикатов исползуются буквенно-цифровая и цифровая маркировки.

Буквенно-цифровая маркировка сложилась стихийно и в ней не заложено какой-либо системы. Буквы могут символизировать: алюминий и основной легирующий компонент (например, АМц - алюминий-марганец; AMrl, АМг2 - алюминий-магний); назначение сплава (АК6, АК4-1 - алю­миний ковочный); название сплава (АВ - авиаль, Д16 - дуралюминий) или может быть связано с названием института-разработчика (ВАД1, ВАД23-ВИАМ, алюминиевый, деформируемый) и т.д.

Буквенно-цифровую маркировку применяют к сплавам, разработанным до 1970 г. (хотя этим сплавам позднее была присвоена новая цифровая маркировка, но она не «прижилась»).

Буквенно-цифровая маркировка алюминиевых полуфабрикатов (без обозначения - значит без обработки)

 

М ..................................................................................................................... .Мягкий отожженный

Н .............................................................................................................................. Нагартованный

НЗ ......................................................................................................Нагартованный на три четверти

Н2 ...................................................................................................... Нагартованный на одну вторую

HI ......................................................................................................Нагартованный на одну четверть

Т .............................................................................................Закаленный и естественно состаренный

Т1 .................................................Закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность

Т2, ТЗ ................................................Режимы искусственного старения, обеспечивающие перестарение
                                                                   материала (режимы смягчающего искусственного старения)

Т5 ..............................................  Закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки
                                       давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность

Т7 ............................................................................ Закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3%)
                                                                           и искусственное старение на максимальную прочность

 

В конце 60-х годов была введена четырехзначная цифровая маркировка, основанная на системе легирования. Первая цифра в этой маркировке обозначает основу сплава. Алюминий и сплав на его основе маркируют цифрой 1. Вторая цифра обозначает основной легирующий компонент или основные легирующие компоненты. Вторая цифра О обозначает различные марки алюминия, спе­ченные алюминиевые сплавы (САС), различные сорта пеноалюминия. Цифрой 1 обозначают сплавы системы Al-Cu-Mg, цифрой 2 - сплавы системы Al-Cu, цифрой 3 - сплавы системы Ali-Mg-Si, цифрой 4 - сплавы системы Al-Li, а также сплавы, легированные малорастворимыми компонента­ми, например, переходными металлами (марганцем, хромом, цирконием); сплавы, замаркирован­ные цифрой 5, базируются на системе Al-Mg и называются магналиями; сплавы систем Al-Zn-Mg или Al-Zn-Mg-Cu обозначаются цифрой 9. Цифры 6,7 и 8 - резервные.

Последние две цифры в цифровом обозначении алюминиевого сплава - это его порядковый номер. Последняя цифра несет дополнительную информацию: сплавы, оканчивающиеся на нечетную цифру - деформируемые; на четную - литейные.

Если сплав опытный и не используется в серийном производстве, то перед маркой ставится цифра О (01570; 01970) и маркировка становится пятизначной.

 

Сводный перечень марок алюминиевых деформируемых сплавов по ГОСТу, ОСТам

 Алюминий:

АДоч, АДч, АД000, АД00 (1010), АДС, АД (1015)

Сплав системы Al-Cu-Mg:

Д1 (1100), В65 (1165), Д16 (1160), Д18 (1180), АК4 (1140), АК4-1 (1141), АК6 (1360), АК8 (1380)

Сплавы системы Al-Mn:

ММ (1403), АМцС (1401), АМц (1400), Д12

Сплавы системы Al-Mg:

АМг1 (1510), АМг3 (1530), АМг3С, АМг5 (1540), АМг4,5, АМг5 (1550), АМг6 (1560), АД33 (1330), АД35 (1340)

Сплавы системы Al-Zn:

В95 (1950), 1915, 1925, 1925С

 

 Алюминиевые деформируемые сплавы делятся на две группы.

К первой группе относятся сплавы на основе алюминия, легированные марганцем и магнием. Прочностные характеристики этих сплавов невысокие. Они пластичны, отлично обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Из них изготавливают фольгу для консервных банок, пробок, молочных фляг; электропровода; оконные рамы; окантовки дверей и др. Улучшение механических свойств термически неупрочняемых сплавов достигается применением нагартовки - холодной прокатки или растяжения полуфабрикатов. При этом повышаются прочностные характеристики сплавов и особенно предел текучести и снижается их пластичность.

Ко второй группе (упрочняемые алюминиевые сплавы) практически относятся все остальные стандартные сплавы на алюминиевой основе. Для них нагартовка проводится после закалки перед старением, либо после старения, что повышает прочностные свойства. Существенное повышение пластичности и вязкости разрушения термически упрочняемых алюминиевых сплавов достигается снижением содержания железа до 0,12-0,15% и кремния до 0,1% ( в сплавах повышенной чистоты) и до сотых долей процента (в очень чистых сплавах).

Сплавы на основе алюминия, легированные медью и марганцем, имеют среднюю прочность, но хорошо выдерживают воздействия высоких и низких температур, вплоть до температуры жидкого водорода.

Сплавы системы алюминий-цинк-магний имеют высокую прочность, хорошо свариваются, но при значительной концентрации цинка и магния склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию. Надежны сплавы средней прочности и концентрации.

Сплавы системы алюминий-магний-кремний (авиали) сочетают хорошую коррозионную стойкость со сравнительно большим эффектом старения. Анодная обработка этих сплавов позволяет получать красивые декоративные окраски.

Алюминиево-литиевые сплавы характеризуются пониженной на 5-12% плотностью и на 10- 15% повышенным модулем упругости по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами при близких механических и эксплуатационных свойствах. Они используются как металлический конструкционный высокомодульный материал пониженной плотности, способный конкурировать с композиционными материалами.

Сплавы системы алюминий-литий-медь по прочности близки к сплавам алюминий-цинк-магний-медь, но имеют меньшую плотность и больший модуль упругости, жаропрочны. Эти сплавы при той же прочности, что и дуралюмины, имеют пониженную (на 11%) плотность и больший модуль упругости, не имеют аналогов за рубежом.

Сплавы на основе алюминия, легированные магнием, кремнием и медью сильно упрочняются в результате старения, но имеют пониженную (из-за меди)коррозионную стойкость. Из них изготав­ливают силовые узлы (детали), выдерживающие большие нагрузки.

Сплавы алюминия с добавками меди , магния и марганца (Д1, Д1П, Д16, Д16П) отличаются по­вышенными прочностными характеристиками. Термически обработанные сплавы этого типа при­меняют в конструкциях, работающих при температуре до 200°С.

Сплавы на основе алюминия, легированные магнием, марганцем, кремнием и медью (АК6, АК8) наряду с высокими прочностными характеристиками (после термической обработки) обла­дают весьма хорошими литейными свойствами и применяются для изготовления крупных (массой несколько тонн) штамповок и поковок.

Более сложные алюминиевые сплавы АК4 и АК4-1 отличаются высокими механическими свой­ствами и применяются для изготовления особо сложных проволок и штамповок. Эти сплавы обла­дают повышенной энергостойкостью. Сплав АК4-1 может применятся в конструкциях, работаю­щих при температуре до 250°С.

Алюминиевые сплавы с добавками цинка, меди, магния и других элементов (В95) являются наиболее прочными из алюминиевых сплавов и широко применяются в ответственных конструк­циях в виде кованых и прессованных полуфабрикатов и листов. Однако эти сплавы имеют пони­женную коррозионную стойкость и рекомендуются для применения в конструкциях, работающих при температуре не выше 120°С.

В состав деформированных алюминиевых сплавов входят спеченные сплавы (вместо слитка для дальнейшей деформации используют брикет, спеченный из порошков). Имеются две группы спеченных алюминиевых сплавов промышленного значения: САП (спеченная алюминиевая пудра) и САС-1 (спеченный алюминиевый сплав).

САП упрочняется дисперсными частицами оксида алюминия, нерастворимого в алюминии. На частицах дисперсной алюминиевой пудры в процессе помола ее в шаровых мельницах в атмосфе­ре азота с регулируемым содержанием кислорода образуется тончайшая пленка оксидов алюми­ния. Помол осуществляется с добавкой стеарина, по мере его улетучивания наряду с измельчени­ем первичных порошков происходит их сращивание в более крупные конгломераты, в результате чего образуется не воспламеняющаяся на воздухе, так называемая тяжелая, пудра с плотностью более 1г/см³. Пудру брикетируют (в холодном и горячем виде), спекают и подвергают дальнейшей деформации - прессованию, прокатке, ковке.

Прочность САП возрастает при увеличении содержания первичного оксида алюминия io 20- 22% и снижается при большем его содержании.

 

В зависимости от содержания Аl₂Оз различают 4 марки САП:

 

Марка         Содержание Аl₂O₃, %    

САП-1                      6-9                                           

САП-2                      9,1-13 

САП-3                     13,1-18

САП-4                     18,1-20                                   

Длительная выдержка САП при температуре ниже плавления мало влияет на его прочность. При температуре 500°С предел временного сопротивления разрыву (сг_в) САП составляет 49-78,4 МПа. В виде листов, профилей, поковок, штамповок САП применяется в изделиях, где нужны вы­сокая жаропрочность и коррозионная стойкость. САП содержит большое количество влаги. Для ее удаления применяется нагрев в вакууме или нейтральной среде при температуре ниже температу­ры плавления алюминиевых порошков или холоднопрессованных брикетов. Дегазация САП по­вышает пластичность сплава и он удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой.

Сплав САС-1, содержащий 25% Si и 5% Ni (или Fe), получают распылением жидкого сплава, брикетированием пульверизата, прессованием и ковкой прутков. Мельчайшие кристаллики крем­ния и FeAh (NiAb). воздействуя на матрицу, упрочняют сплав, повышают модуль упругости и пластичность, снижают коэффициент линейного расширения. Данный алюминиевый сплав харак­теризуется низким коэффициентом линейного расширения и повышенным модулем упругости. По этим характеристикам порошковые сплавы заметно превосходят соответствующие литейные алюминиевые сплавы.