Классификация алюминия и алюминиевых сплавов

По чистоте первичный алюминий делится на три класса:

- особой чистоты А999 (99,999 % А1, а сумма всех примесей не более 0,001 %);

- высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (99,995... 99,95 % А1);

- технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, АО (99,85... 99,0 % А1).

В качестве основных легирующих элементов в алюминиевых сплавах применяют медь, магний, кремний, марганец, цинк, железо; реже никель, литий, титан, бериллий, цирконий и др. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости и промежуточные фазы с алюминием и между собой (CuAl₂, Mg₂Si и др.).

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления, способности к термической обработке и свойствам. Все сплавы алюминия можно разделить на три группы:

- деформируемые сплавы (неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой (рисунке 1.1);

- литейные сплавы;

- сплавы, получаемые методом порошковой металлургии (САП — спеченные алюминиевые порошки, САС — спеченные алюминиевые сплавы).

Границей между деформируемыми и литейными сплавами является предел насыщения алюминиевого твердого раствора при эвтектической температуре, а границей между сплавами упрочняемыми и неупрочняемыми термической обработкой является предел насыщения того же раствора, при комнатной температуре. Таким образом, способность сплава деформироваться и упрочняться термической обработкой определяется положением его состава на диаграмме состояния А1 — легирующий элемент (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Диаграмма состояния А1 — легирующий элемент (область А — деформируемые сплавы: не упрочняемые (I) и упрочняемые (II) термообработкой; область В — литейные сплавы).

Из деформируемых сплавов могут быть выделены следующие группы, отличающиеся общими технологическими и эксплуатационными особенностями.

1. Сплавы для основных силовых элементов конструкций летательных аппаратов:

а) дуралюмин Д1;

б) жаропрочный дуралюмин марок Д16, ВД17, ВАД1, Д19;

в) жаропрочные алюминиевомедномарганцевые сплавы Д20 и Д21;

г) высокопрочные сплавы В95 и В96;

д) высокопрочный жаропрочный сплав ВАД23.

Сплавы этой группы обрабатывают давлением в горячем состоянии, затем подвергают термической обработке и иногда, в целях дополнительного упрочнения, нагартовке.

2. Ковочные сплавы:

а) для работы при обычной температуре — АК6, АК6-1, АК8;

б) жаропрочные — АК4, АК4-1.

Из этих сплавов изготовляют горячей обработкой давлением поковки и штамповки, которые также подвергают упрочняющей термической обработке.

3. Коррозионностойкие и высокопластичные сплавы для сварных конструкций и деталей, изготовляемых холодной штамповкой. К ним от носятся технический алюминий АД1 и АД, а также сплавы АМц, АМг, АМгб, АВ (авиаль), АД31, АДЗЗ и АД35; они хорошо свариваются и обладают повышенной коррозионной стойкостью, но по прочности уступают другим деформируемым сплавам.

4. Сплавы для заклепок — Д18П, В65, В94, АМг5П.

5. Спеченные сплавы типа САП и САС.

К литейным сплавам, не обрабатываемым давлением, но упрочняемым термической обработкой, относятся следующие:

1. Сплавы высокой герметичности — АЛ2, АЛ4, АЛ9 — силумины, в которых главными легирующим элементом служит кремний.

2. Жаропрочные сплавы — АЛ1, АЛ5, АЛ19, АЛ21, содержащие медь, а в некоторых случаях никель и другие элементы.

3. Коррозионностойкие сплавы — АЛ8, АЛ 13, АЛ22, содержащие значительное количество магния, а также самозакаливающийся свариваемый сплав АЛ24.

На рисунке 1.4 представлена сравнительная жаропрочность литейных алюминиевых сплавов

Рисунок 1.4 - Сравнительная жаропрочность литейных алюминиевых сплавов.

Механические характеристики и состав алюминиевых сплавов приведен в таблицах 1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8.

Литейные свойства алюминия не высоки (усадка при затвердевании 6 %). Он хорошо обрабатывается давлением, сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием.

Ввиду низкой прочности алюминий применяется для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется легкость, свариваемость, пластичность, коррозионная стойкость.

Таблица 1.3 - Механические характеристики высокопрочных алюминиевых сплавов  

Марка	Состояние материала или термообработка	Механические характеристики, не менее
, Н/мм^2	, %	НВ, Н/мм^2
В94	Закалка с 470 °С и ступенчатое старение: первое при 100 °С 3 ч и второе при 168° С 3 ч			–
В95	Закалка с 470 °С и старение при 120 °С 24 ч			–
В95М	Отожженный	не более 250—280		–
В95	Закалка с 470 °С и старение при 140 °С 16 ч			–
B95TI	Закаленный и искусственно состаренный	490-580	6-7
В96	Закалка с 470 °С и старение при 140 °С 16 ч			–
В96Т1	Закаленный и состаренный искусственно	700-720	7-8

Примечание: высокая прочность указанных в таблице сплавов обеспечивается введением цинка, магния и меди, которые входят в твердый раствор и образуют в процессе старения металлические соединения, упрочняющие сплав.

Сплав В94 поставляется в виде проволоки для изготовления заклепок, сплав В95 – виде листов, панелей и профилей, а сплав В96 - главным образом в виде панелей, профилей, поковок и штамповок и редко в виде листов. Сплавы обладают характерной структурой, состоящей из твердого раствора и металлических соединений.

Таблица 1.4 -Механические характеристики дюралюминия    

Марка	Состояние материала или термообработка	Механические характеристики, не менее
, Н/мм^2	, %	НВ, Н/мм^2
Д1	Отожженный (Д1АМ) Закаленный и естественно состаренный (Д1АТ).	не более 210
Д1Т	Закалка с 500 °С в воде, естественное старение.			–
Д16	Отожженный (Д16АМ) Закаленный и естественно состаренный (Д16АТ).	не более 230
Д16Т	Закалка с 500 °С в воде, естественное старение.			–
Д19ТН	Закалка с 500 °С в воде, естественное старение, нагартовка 6 - 7%.			–
Д18П-Т	Закалка с 500 °С в воде, естественное старение.			–
В65	Закалка с 515 — 520 °С в воде, старение при 75 °С 24 ч			–

Таблица 1.5 - Состав и свойства коррозионных сплавов  

Марка сплава	Содержание элементов в %	Механические свойства
Mg	Si	Прочие элементы	, кГ/мм^2	, %
АД31	0,6	0,5	–
АДЗЗ	1,0	0,6
АД35	1,1	1,0

Таблица 1.6 - Характеристика некоторых марок САПа  

Марка	Содержание А12О3, %	Механические свойства
, кГ/мм^2	, %	Температура кратковременной эксплуатации, °С
САП-1	6,0-9,0	7-8	2-3	700-900
САП-2	0 9,1-13,0	10-11	1,5-2,5	800-1000
САП-3	13,1-18,0	12-12,5	1,5-1,8	1000-1100

Таблица 1.7 - Состав и механические свойства коррозионностойких литейных алюминиевых сплавов  

Марка	Содержание элементов в %	Механические свойства
Mg	Si	Mn	Be	, кГ/мм^2	, %
АЛ8	10,5	–	–	–
АЛ13		1,0	0,3	0,5
АЛ22		1,0	–	–

Таблица 1.8 - Механические характеристики ковочных сплавов для работы при комнатной температуре  

Марка	Механические характеристики
, Н/мм^2	, Н/мм^2	, %	НВ, Н/мм^2	Пластичность в горячем состоянии
АК4	360-380		3-8		Пониженная
АК4-1	380-400		4-5	1090-1480	Удовлетворительная
АК5
АК6					Высокая
АК6-1					»
АК8					Удовлетворительная
В93					Термообработка: закалка с 460 ^0С воде и двухступенчатое старение: первое при 120 °С 3 ч и второе при 165 °С 4 ч.

Дата добавления: 2015-07-12