АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Наиболее распространенные алюминиевые сплавы- Деформируеммые сплавы
- Силумины (сырьевые)
- Дюралюминий
- Литейные сплавы
- Силумины (литейные)
Большинство алюминиевых предметов, на самом деле, изготовлены из алюминиевых сплавов. Механической прочности чистого алюминия, как правило, не хватает для решения даже самых простых бытовых и технических задач.
Добавление легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства. Одни качества повышаются - прочность, твердость, жаростойкость. Другие снижаются – электропроводность, коррозионная стойкость. Почти всегда в результате легирования растет плотность. Исключение составляет легирование марганцем и магнием.
По способу применения алюминиевые сплавы можно разделить на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы обладают высокой пластичностью в нагретом состоянии. Литейные - способны эффективно заполнять литейные формы.
Сырье для получения сплавов обоего типа - не только технически чистый алюминий, но и силумин - сплав алюминия с кремнием (10-13 %). Силумин в России обычно маркируют как СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2 и поставляют в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг.
Деформируемые сплавы
Их структура (гомогенный твердый раствор) обеспечивает наибольшую пластичность и наименьшую прочность при обработке давлением под нагревом. Основными легирующие элементы - медь, магний, марганец и цинк. В небольших количествах - кремний, железо, никель и т.д. Деформируемые алюминиевые сплавы обычно делят на упрочняемые и неупрочняемые. Прочность первых можно повысить термической обработкой.
Типичными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии - сплавы алюминия с медью (2.2 – 7%), содержащие примеси кремния и железа. Они могут быть легированы магнием и марганцем.
Названия марок дюралюминия состоят из буквы «Д» (она всегда первая) и номера сплава. Сейчас наиболее распространено пять основных марок дюралюминия:
| Дюралюминий | ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, % | ||||
| Cu | Mn | Mg | Si,не более | Fe,не более | |
| Д1...... | 3,8-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,7 | 0,7 |
| Д16..... | 3,8-4,9 | 0,3-0,9 | 1,2-1,8 | 0,5 | 0,5 |
| Д18..... | 2,2-3,0 | <0,2 | 0,2-0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Д19..... | 3,8-4,3 | 0,5-1,0 | 1,7-2,3 | 0,5 | 0,5 |
| Д20..... | 6,0-7,0 | 0,4-0,8 | <0,05 | 0,3 | 0,3 |
Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше 500C. При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Закалка (охлаждение в воде) позволяет сохранить такую структуру в течении нескольких суток при комнатной температуре. В этот момент дюралюминий гораздо более мягок и пластичен, чем после.
Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность. При комнатной температуре она изменяется. Атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl, но химическое соединение не образуется и не отделяется от твердого раствора. За счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора возникают искажения решетки. Они приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава.
Процесс изменения структуры закаленного дюралюминия при комнатной температуре носит название естественного старения. Оно наиболее интенсивно происходит в течение первых нескольких часов. Полностью завершается - через 4-6 суток, придавая сплаву максимальную для него прочность.
При подогреве сплава до 100-150 C происходит искусственное старение. В этом случае процесс завешается быстрее, но упрочнение меньше. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко - происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора.
Максимальное упрочнение дюралюминия может быть достигнуто методом естественного старения в течение четырех дней.
Кованый алюминий
Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состоянии более пластичными, являются алюминиевые сплавы для поковок и штамповок, маркируемые буквами АК («алюминий кованый») и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).
Высокопрочные сплавы
К группе деформируемых упрочняемых сплавов относят также более высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы Al-Cu-Mg-Zn. Названия марок начинаются буквой «В» (высокопрочные) - В93, В94, В95. Характерная особенность - сравнительно небольшое содержании меди (0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) по сравнению с цинком (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.
Неупрочняемые сплавы
В эту группу входят сплавы на основе магния и марганца. Они повышают прочность и коррозионную стойкость алюминия (при содержании магния не более 3%). Сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.
Увеличение прочности может быть достигнуто с помощью пластической деформации. Наклепанные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .
Название марок таких сплавов принято обозначать буквами АМц («алюминий-марганец») и АМг («алюминий-магний»), далее следует цифра, указывающая номер сплава.
Общая таблица деформируемых сплавов
Обозначение марок, | Химический состав в % | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Бук- |
Циф- |
ASTM |
Al |
Cu |
Mg |
Mn |
Fe |
Si |
Zn |
Ti |
|
|
|
Примеси, не более |
|
каж- |
сум- |
||||||||||||||
АДОО |
1010 |
1260 |
99,70 |
0,015 |
0,02 |
0,02 |
0,16 |
0,16 |
0,07 |
0,05 |
|
|
|
0,02 |
0,30 |
АДО |
1011 |
1145 |
99,50 |
0,02 |
0,03 |
0,025 |
0,30 |
0,30 |
0,07 |
0,1 |
|
|
|
0,03 |
0,50 |
АД1 |
1013 |
1230 |
99,30 |
0,05 |
0,05 |
0,025 |
0,30 |
0,30 |
0,1 |
0,15 |
|
|
|
0,05 |
0,70 |
АД |
1015 |
1100 |
98,80 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,50 |
0,50 |
0,1 |
0,15 |
|
|
|
0,05 |
1,20 |
ММ |
1511 |
3005 |
ос- |
0,2 |
0,2 |
1,0 |
0,6 |
1,0 |
0,1 |
0,1 |
|
|
|
0,05 |
0,2 |
АМц |
1400 |
3003 |
ос- |
0,1 |
0,2 |
1,0 |
0,7 |
0,6 |
0,1 |
0,2 |
|
|
|
0,5 |
0,1 |
АМцС |
1403 |
|
ос- |
0,1 |
0,05 |
1,0 |
0,25 |
0,15 |
0,1 |
0,1 |
|
|
|
0,05 |
0,1 |
АМг2 |
1520 |
5052 |
ос- |
0,1 |
1,8 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
0,2 |
0,1 |
Cr 0,05 |
|
|
0,05 |
0,1 |
АМг3 |
1530 |
5154 |
ос- |
0,1 |
3,2 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,2 |
0,1 |
Cr 0.05 |
|
|
0.05 |
0.1 |
АМг4 |
1540 |
5086 |
ос- |
0,1 |
3,8 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
0,2 |
0,02 |
Cr 0.05 |
Be 0.002 |
|
0.05 |
0.1 |
АМг5 |
1550 |
5056 |
ос- |
0,1 |
4,8 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,2 |
0,02 |
|
Be 0.005 |
|
0.05 |
0.1 |
АМг6 |
1560 |
5556 |
ос- |
0,1 |
5,8 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
0,2 |
0,02 |
|
Be 0.002 |
|
0.05 |
0.1 |
АД31 |
1310 |
6063 |
ос- |
0,1 |
0,4 |
0,1 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,15 |
|
|
|
0,05 |
0,1 |
АД33 |
1330 |
6061 |
ос- |
0,15 |
0,8 |
0,15 |
0,7 |
0,4 |
0,25 |
0,15 |
Cr 0.15 |
|
|
0.05 |
0.15 |
АД35 |
1350 |
6351 |
ос- |
0,1 |
0,8 |
0,5 |
0,5 |
0,8 |
0,2 |
0,15 |
|
|
|
0,05 |
0,1 |
АВ |
1341 |
6151 |
ос- |
0,1 |
0,45 |
0,15 |
0,5 |
0,5 |
0,2 |
0,15 |
Cr |
|
|
0.05 |
0.1 |
АВч |
|
|
ос- |
0,05 |
0,06 |
0,05 |
0,12 |
0,35 |
0,05 |
|
|
|
|
0,05 |
0,1 |
Д1 |
1110 |
2017 |
ос- |
3,8 |
0,4 |
0,4 |
0,7 |
0,7 |
0,3 |
0,1 |
|
Ni 0.1 |
0,6 |
0.05 |
0.1 |
Д1ч |
|
|
ос- |
3,8 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,5 |
0,3 |
0,1 |
Ni 0.1 |
Fe |
|
0.05 |
0.1 |
Д16 |
1160 |
2024 |
ос- |
3,8 |
1,2 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,3 |
0,1 |
|
Ni 0.1 |
|
0.05 |
0.1 |
Д16ч |
|
2124 |
ос- |
3,8 |
1,2 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
Ni 0.05 |
|
|
0.05 |
0.1 |
ВАД1 |
|
|
ос- |
3,8 |
2,3 |
0,35 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,03 |
|
Zc 0.07 |
Be 0.002 |
0.05 |
0.1 |
Д19 |
|
|
ос- |
3,8 |
1,7 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,1 |
0,1 |
|
|
Be 0.002 |
0.05 |
0.1 |
Д19Ч |
|
|
ос- |
3,8 |
1,7 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
|
|
Be 0.002 |
0.05 |
0.1 |
|
1163 |
|
ос- |
3,8 |
1,2 |
0,4 |
0,15 |
0,1 |
0,1 |
0,01 |
Ni 0.05 |
|
|
0.05 |
0.1 |
САВ1 |
|
|
ос- |
0,012 |
0,45 |
0,012 |
0,2 |
0,7 |
0,03 |
0,012 |
Ni 0.03 |
Cd 0.001 |
Be 0.012 |
0.03 |
0.07 |
АК6 |
1360 |
|
ос- |
1,8 |
0,4 |
0,4 |
0,7 |
0,7 |
0,3 |
0,1 |
Ni 0.1 |
|
|
0.05 |
0.1 |
АК8 |
1380 |
2014 |
ос- |
3,9 |
0,4 |
0,4 |
0,7 |
0,6 |
0,3 |
0,1 |
Ni 0.1 |
|
|
0.05 |
0.1 |
АК4 |
1140 |
|
ос- |
1,9 |
1,4 |
0,2 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
0,1 |
Ni 0.8 |
|
|
0.05 |
0.1 |
АК4-1 |
1141 |
2618 |
ос- |
1,9 |
1,2 |
0,2 |
0,8 |
0,35 |
0,3 |
0,02 |
Ni 0.8 |
Cr 0.01 |
|
0.05 |
0.1 |
АК4-1ч |
|
|
ос- |
2,0 |
1,2 |
0,1 |
0,9 |
0,1 |
0,1 |
0,05 |
Ni 0.9 |
Cr 0.1 |
|
0.05 |
0.1 |
Д20 |
1120 |
|
ос- |
6,0 |
0,05 |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,1 |
0,1 |
|
Zc 0.2 |
|
0.05 |
0.1 |
|
1105 |
|
ос- |
2,0 |
0,4 |
0,3 |
1,5 |
3,0 |
1,0 |
Ti |
Ni 0.2 |
|
|
0.05 |
0.2 |
Литейные сплавы
Легко плавятся и текут, эффективно заполняют литейную форму. Обычно их делят на пять типов в зависимости основного легирующего элемента – магния, кремния, меди и т.д. Независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ («алюминиевый литейный») и номером.
| Группа сплава | Сплавы | ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ,% | Перечень марок входящих в группу | ||||
| Mg | Si | Cu | Zn | Ni | |||
| 1 | АЛ8 | 9,5-11,5 | - | - | - | - | АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ28, АЛ29, |
| 2 | АЛ2 | - | 10-13 | - | - | - | АЛ4, АЛ9 |
| 3 | АЛ7 | - | - | 4-5 | - | - | АЛ19 |
| 4 | АЛ3 | 0,35-0,6 | 4,5-5,5 | 1,5-3,0 | - | - | АЛ5,АЛ6, АЛ10, АЛ14, АЛ15 |
| 5 | АЛ1 | 1,2-1,75 | - | 3,75-4,5 | - | 1,75-2,3 | АЛ16, АЛ17, АЛ18, |
| АЛ11 | 0,1-0,3 | 6,0-8,0 | - | 7-12 | - | АЛ20, АЛ21, АЛ24, | |
| АЛ26 | 0,4-0,7 | 20-22 | 1,5-2,5 | - | 1,0-2,0 | АЛ25, | |
Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает наиболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди литейных сплавов. Его литейные свойства существенно хуже.
Силумины литейные
Литейные сплавы с высоким содержанием кремния часто называют силуминами, также как и сплавы алюминия с кремнием, используемые в производстве дюралюминия. Силумин АЛ2 (10-13% Si) является сплавом с прекрасными литейными свойствами, но обладает меньшей, по сравнению с другими сплавами прочностью, причем ее нельзя увеличить термической обработкой - кремний почти нерастворим в алюминии. В структуре сплава на фоне грубой эвтектики находятся крупные твердые включения первичного кремния. Это делает сплав малопластичным. Чтобы избежать этого, структуру модифицируют – вводят в отливку в незначительных количествах специальные вещества (например, натрий). Такой сплав называют модифицированным силумином.
Для повышения прочности силумина содержание кремния в нем снижают до 4,5-5,5% и вводят легирующие добавки меди, марганца и магния (марка АЛЗ). Это повышает прочность и позволяет упрочнять изделия закалкой и старением.
Силумин марки АЛ11, в состав которого входит цинк, обладает особенно высокой текучестью. Его применяют для получения отливок сложной конфигурации.
| Группа I. Алюминий чистый (нелегированный). | Содержание алюминия не менее 99,0%. Примесей не более 1,0%, в том числе: кремния - 0,5%; меди - 0,05%; железа - 0,5%; цинка - 0,1%. | А999, А995, А99, А97, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0, АД0, АД1, АД00 |
Группа II. Сплавы алюминиевые деформируемые с низким содержанием магния (до 0,8%) |
Содержание в сплаве не более: цинка - 0,3%; кремния - 0,7%; меди - 4,8%; железа - 0,7%. |
Д1, В65, Д18, Д1П, АД31, АД. |
Группа III. Сплавы алюминиевые деформируемые с повышенным содержанием магния (до 1,8%) |
Содержание в сплаве не более: цинка - 0,3%; кремния - 0,7%; меди - 4,9%; железа - 0,7%. |
Д12, Д16, АМг1, Д16П. |
Группа IV. Сплавы алюминиевые литейные с низким содержанием меди (до 1,5%) |
Содержание в сплаве не более: цинка - 0,5%; магния - 0,6%; кремния - 13,0%; железа - 1,5%. |
АЛ5, АЛ32, АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ9, АЛ9-1, АЛ34 (ВАЛ5), АК9 (АЛ4В), АК7 (АЛ9В), АЛ5-1. |
Группа V. Сплавы алюминиевые литейные с высоким содержанием меди |
Содержание в сплаве не более: цинка - 0,6%; магния - 0,8%; кремния - 8,0%; железа - 1,6%. |
АЛ3, АЛ6, АК5М2 (АЛ3В), АК7М2 (АЛ14В), АЛ7, АЛ19, АК5М7 (АЛ10В), АЛ33 (ВАЛ1). |
Группа Vа. Сплавы алюминиевые литейные с высоким содержанием кремния |
Содержание в сплаве не более: меди - 6,0%, никеля - 3,6%, цинка - 0,5%; железа - 0,9%. |
АЛ1, АЛ21, АЛ25, АЛ30, АК21М2,5Н2,5, АК18, КС-740. |
Группа VI. Сплавы алюминиевые деформируемые с высоким содержанием магния |
Содержание в сплаве не более: меди - 0,2%, магния - 6,8%, цинка - 0,2%; железа - 0,5%; кремния - 0,8%. |
АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг5п, АМг6. |
Группа VII. Сплавы алюминиевые литейные с высоким содержанием магния |
Содержание в сплаве не более: меди - 0,3%, магния - 13,0%, цинка - 0,2%; железа - 1,5%; кремния - 1,3%. |
АЛ8, АЛ27, АЛ27-1, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28. |
Группа VIII. Сплавы алюминиевые деформируемые с высоким содержанием цинка |
Содержание в сплаве не более: меди - 2,0%, магния - 2,8%, цинка - 7,0%; железа - 0,7%; кремния - 0,7%. |
В95, 1915 и 1925. |
Группа IX. Сплавы алюминиевые литейные с высоким содержанием цинка |
Содержание в сплаве не более: меди - 5,0%, магния - 0,3%, цинка - 12,0%; железа - 1,3%; кремния - 8,0%. |
АЛ11, АК4М4, АК4М2Ц6. |
