Алюминий и сплавы на основе алюминия

Алюминий относится к легким металлам, он почти в 3 раза легче железа. Низкая плотность, невысокая стоимость, большой объем производства (второе место после железа) обусловили широкое применение его в авиационной промышленности. Высокая электропроводность (65% от меди) позволяет применять алюминий для электротехнических целей как проводниковый металл. Провод из алюминия равной электропроводности легче, чем из меди.

Алюминий – химически активный металл, но пленка окиси на поверхности алюминия надежно защищает металл от дальнейшей коррозии. Азотная и органические кислоты не действуют на алюминий. Отсюда широкое применение алюминия в химической промышленности и в быту для хранения и транспортировки продуктов питания.

Высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия различной формы изделия и профили, вплоть до тончайшей фольги, порошка, пудры.

Качество алюминия определяется степенью чистоты и по этому признаку он подразделяется на три группы по ГОСТ 11069-74:

1. Алюминий особой чистоты марки:

А999 содержит 99, 999% АI и 0,001% примесей

2. Алюминий высокой чистоты марок:

3. Алюминий технической чистоты марок: А85, А8, А7, А6, А5, А0 содержит от 0,15 до 1,0% примесей.

Применять чистый алюминий в качестве конструкционного материала в промышленности нецелесообразно, так как он имеет низкие прочностные свойства: s_в»60 МПа, s_0,2»20 МПа. Существенно повысить свойства можно путем сплавления алюминия с кремнием, магнием, марганцем, медью, цинком, причем последние два элемента позволяют упрочнять сплавы закалкой до s_в»700 МПа.

Технические алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые, при этом и те и другие могут использоваться без термического упрочнения или с применением закалки.

1. Сплавы деформируемые не упрочняемые термической обработкой легированы марганцем и магнием: АМц1 (1% Мn), АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, содержат магния от 1 до 6%, остальное алюминий.

2. Сплавы деформируемые упрочняемые термической обработкой обозначаются буквой Д (дюралюминий) или В (высокопрочный) и условным порядковым номером.

Таблица 11.1. Состав и свойства деформируемых алюминиевых, упрочняемых термообработкой сплавов (ГОСТ 4784-74)

3. Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок должны иметь кроме высоких механических свойств хорошую пластичность в горячем состоянии. В таких случаях применяют сплавы по составу близкие к дюралюминию. Обозначаются эти сплавы буквами АК и условным порядковым номером.

Более низкие свойства сплавов типа АК по сравнению с дюралюминием объясняются более грубой структурой этих сплавов. Из дюралей изготавливают более тонкие профили с большей степенью деформации; структура их более однородна, мелкозерниста, имеет более высокую прочность и пластичность. Полуфабрикаты из сплавов АК испытывают меньшую степень деформации. Улучшают структурное состояние и упрочняют сплавы АК модифицированием и применением различных видов термообработки. Модифицированные сплавы имеют индекс М после номера сплава, а вид термообработки указывается цифрой от 1 до 8 после буквы М: АК4М4, АК6М7, АК8М3, АК7М2.

Таблица 11.2. Состав и свойства сплавов АК (ГОСТ 4784-74)

4. Для фасонного литья разработаны 3 вида литейных алюминиевых сплавов. Самыми распространенными являются силумины – сплавы алюминия с кремнием. Нормальный силумин содержит 10-13% Si, другие силумины содержат пониженное (8-10%) и низкое (4-6%) количества кремния. Вторая группа литейных сплавов близка по составу к дюралям и содержит в своем составе Сu-Мg-Мn. Последние сплавы называются магналии, т.к. содержат 9,5-11,5% магния.

Литейные сплавы для отливок обозначаются буквами АЛ и цифрой: А – алюминиевый сплав, Л – литейный, цифра – порядковый номер в ГОСТе: АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ11, АЛ12.

Механические свойства этих сплавов меняются в широких пределах, т.к. зависят от способа литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Кроме того, отливки могут подвергаться различным видам термообработки.

Помимо вышеперечисленных сплавов для фасонных отливок выплавляются сплавы, которые отливаются в чушках. Сплавы в чушках используют в качестве шихты при выплавке других сплавов. Обозначаются сплавы в чушках по ГОСТ 1583-89 с использованием буквенно-цифровой схемы, аналогичной для сталей. При этом вводимые в алюминий элементы обозначаются следующим образом: К – кремний, М – медь, Мг – магний, Ц – цинк.

Таблица 11.3. Марки и состав алюминиевых сплавов в чушках

Магний и сплавы на основе магния

Среди промышленных сплавов магний обладает наименьшей плотностью (1,7 г/см³), что и обусловило применение его сплавов главным образом в авиационной технике. Магний неустойчив против коррозии. При повышении температуры самовозгорается, поэтому используется в качестве твердого топлива в реактивной технике.

Магний первичный (ГОСТ 804-72) выпускается трех марок в соответствии со степенью очистки: Мг96 (содержит 99,96% Мg), Мг95 (99,95% Мg) и Мг90 (99,90% Мg).

Чистый магний в качестве конструкционного материала почти не используется, так как имеет низкую прочность и твердость, но является основой эффективных магниевых сплавов. Как алюминиевые сплавы, сплавы магния также подразделяются на деформируемые и литейные. Первые маркируются буквами МА, вторые МЛ, после этих букв стоит цифра, показывающая порядковый номер сплава в ГОСТе.

Таблица 12.1. Свойства и состав некоторых марок деформируемых

магниевых сплавов (ГОСТ 14957-76)

Если деформируемые магниевые сплавы имеют плотность около 1,8 г/см³, то группа магниево-литиевых деформируемых сплавов имеет плотность 1,4-1,65 г/см³ . За это они названы сверхлегкими. Таких сплавов 3, они содержат от 5 до 18% лития: ИМВ1, ИМВ2, ИМВ3.

Химический состав литейных магниевых сплавов близок к составу деформируемых, но по свойствам они заметно им уступают, особенно по плластичности. Это явление связано с более грубой структурой литейных сплавов. Даже упрочняющая термическая обработка (закалка со старением) не исправляет структуру и не позволяет получить максимально возможные свойства.

Литейные магниевые сплавы поставляются по ГОСТ 2856-68, выпускаются 14 марок и обозначаются МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6…МЛ15, где цифра – порядковый номер сплава в ГОСТе.

Таблица 12.2. Механические свойства литейных магниевых сплавов