Я вспомнил
1metal.ru Металлургическая торговая площадка 1metal.ru Краткая информация о Алюминий и его сплавы компаний России на металлоторгующей площадке 1metal.ru 4.6 stars на основе 95
Алюминий и его сплавы

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Кристаллизуется в решетке ГЦК с периодом a  = 0,4041 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не испытывает. Алюминий обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро- и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность и малая прочность. Основные физико-механические характеристики алюминия приведены ниже.

Характеристики основных физико-механических свойств алюминия

Плотность r , (кг/м3) ∙ 10–3

2,7

Температура плавления Тпл, ° С

660

Температура кипения Ткип, ° С

2 327

Скрытая теплота плавления, Дж/г

393,6

Теплопроводность l , Вт/м × град (при 20 ° С)

228

Теплоемкость Ср, Дж/(г × град) (при 0–100 ° С)

0,88

Коэффициент линейного расширения a × 106, 1/° С (при 25 ° С)

24,3

Удельное электросопротивление r × 108, Ом× м (при 20 ° С)

2,7

Предел прочности s в, МПа

40–60

Относительное удлинение d , %

40–50

Твердость по Бринеллю НВ

25

Модуль нормальной упругости E , ГПа

70

Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и среде многих органических кислот, что обусловлено образованием на его поверхности сплошной тонкой (≈ 5 нм) и плотной оксидной пленки Al2O3. В щелочных средах и некоторых неорганических кислотах алюминий быстро разрушается.

По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа.

Отечественная промышленность выпускает первичный алюминий (ГОСТ 11069–74) трех сортов (табл. 16.1): особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995–А95) и технической чистоты (А85–А0). В обозначении марки буква «А» означает алюминий, а последующие цифры указывают десятые, сотые и тысячные доли процента содержания алюминия. Например, алюминий марки А995 содержит не менее 99,995 % Al, марки А6 — 99,6 % Al, марки А0 — 99,0 % Al.

Алюминий особой и высокой чистоты применяется для лабораторных и специальных целей, алюминий технической чистоты — для технических целей (выпуск деформируемого полуфабриката, получения сплавов и др.).

Основные примеси в алюминии — Fe и Si. Железо и кремний практически не растворимы в твердом алюминии и образуют тройные промежуточные фазы a (Fe2SiAl6) и b (FeSiAl5), которые приводят к повышению прочности и снижению пластичности.

Таблица 16.1

Марки и химический состав (%) первичного алюминия (ГОСТ 11069–74)

Обозначение марок

Al,
не менее

Примеси, не более

Fe

Si

Cu

Zn

Ti

сумма

Алюминий особой чистоты

А999

99,999

0,001

Алюминий высокой чистоты

А995

99,995

0,0015

0,0015

0,001

0,001

0,001

0,005

А99

99,99

0,003

0,003

0,003

0,003

0,002

0,010

А97

99,97

0,015

0,015

0,005

0,003

0,002

0,03

А95

99,95

0,025

0,020

0,010

0,005

0,002

0,05

Алюминий технической чистоты

А85

99,85

0,08

0,06

0,01

0,02

0,008

0,15

А8

99,8

0,12

0,10

0,01

0,04

0,01

0,20

А7

99,7

0,16

0,15

0,01

0,04

0,01

0,30

А7Е***

99,7

0,20

0,08

0,01

0,04

0,01*

0,30

А6

99,6

0,25

0,18

0,01

0,05

0,02

0,40

А5Е

99,5

0,35**

0,10

0,02

0,04

0,015*

0,50

А5

99,5

0,30

0,25

0,02

0,06

0,02

0,50

А0

99,0

0,50

0,5

0,02

0,08

0,02

1,0

* Для суммы титана, ванадия, хрома и марганца.

** Допускается массовая доля железа не менее 0,18 %.

*** «Е» — в марках с гарантированными электрическими характеристиками.

Технический алюминий

Марки и химический состав технического алюминия (ГОСТ 4784–97) приведены в табл. 16.2. Большой объем производства полуфабрикатов из технического алюминия составляют листы, проволока, прутки, трубы, которые применяются в трех состояниях: отожженном (М), полунагартованном (Н2) или нагартованном (Н), горячекатаном (ГК). Механические свойства технического алюминия приведены в табл. 16.3.

Технический алюминий и его сварные соединения обладают высокой коррозионной стойкостью к межкристаллитной, расслаивающей коррозии и не склонны к коррозионному растрескиванию.

Таблица 16.2

Химический состав (%) технического алюминия

Марка

Al,

не менее

Примеси, не более

Российская

Между–народная

Cu

Mg

Mn

Fe

Si

Zn

Ti

Cr

Буквенная

Цифровая

АД000

1080А

99,80

0,03

0,02

0,02

0,15

0,15

0,06

0,02

АД00

1010

1070А

99,70

0,03

0,03

0,03

0,25

0,20

0,07

0,03

АД00Е

1010Е

1370

99,70

0,02

0,02

0,01

0,25

0,10

0,04

*

0,01

АД0

1011

1050

99,50

0,05

0,05

0,05

0,40

0,25

0,07

0,05

АД0Е

1011Е

1350

99,50

0,05

0,01

0,40

0,10

0,05

**

0,01

АД1

1013

1230

99,30

0,05

0,05

0,025

0,30

0,30

0,10

0,15

АД

1015

1200

98,80

0,05

0,05

Fe + Si: 1,0

0,10

0,05

АД1пл

99,30

0,02

0,05

0,025

0,30

0,30

0,10

0,15

* B: 0,02 %; Ti + V: 0,02 %.

** B: 0,05 %; Ti + V: 0,02 %.

Таблица 16.3

Гарантируемые механические характеристики (не менее) листов из АД0, АД1

Состояние

Толщина листа, мм

s в, МПа

d 10, %

М

0,5

£ 60

20

От 0,6 до 0,9

£ 60

25

От 1,0 до 10,0

£ 60

28

Н*

От 0,5 до 0,8

145

3

От 0,9 до 4,0

145

4

От 4,1 до 10,0

130

5

ГК

От 5,0 до 10,5

70

15

* Для полунагартованного состояния Н2 (деформация при прокатке 40–60 %) s в = 100–135 МПа, d 10 = 8 %.

Термической обработкой алюминий не упрочняется. Для полного разупрочнения нагартованного алюминия применяют отжиг при температурах 300–500 ° С с охлаждением на воздухе или в воде. Для частичного снятия упрочнения нагартованного алюминия проводят отжиг при 150–300 ° С.

Алюминий обладает высокой технологической пластичностью, сваривается всеми методами. Обрабатываемость резанием плохая вследствие высокой вязкости.

Применение. Алюминий используется во многих отраслях промышленности и в быту. Он применяется в химической и пищевой промышленности, так как не взаимодействует с концентрированной азотной, органическими кислотами и пищевыми продуктами. Из него изготавливается различная тара, емкости, упаковочный материал и др. В отличие от плакированной жести, он легко перерабатывается. Кроме того алюминий широко применяют в строительстве, авто- и вагоностроении, электротехнике и криогенной технике. Алюминий марок АД1 и АД1пл используется в качестве плакирующего слоя на листах из сплава типа дуралюмин для защиты от коррозии.

Классификация алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками.

Основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются Cu, Zn, Mg, Mn, Zr. В условиях равновесия алюминиевые сплавы представляют собой равновесный твердый раствор с выделениями интерметаллидных фаз типа CuAl2
(q -фаза), Al2CuMg (S-фаза), Al6CuMg4 (Т-фаза) и др. Помимо основных элементов в сплавы вводят малые добавки Cr, Zr, Ti, Sc, V, Be и некоторые редкоземельные элементы, которые существенно влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, на процесс рекристаллизации и размер зерна, на коррозионные и технологические свойства.

Большое влияние на технологические, особенно литейные свойства, в частности на пластичность и склонность к кристаллизационным трещинам, оказывают уровень и соотношение постоянно присутствующих примесей железа и кремния. При уменьшении содержания этих примесей и, соответственно, количества грубых первичных интерметаллидов в сплавах существенно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения. Поэтому для техники ответственного назначения, в том числе для авиакосмической, разработаны сплавы с жестким ограничением по примесям, которые в марке имеют обозначение «ч» — чистые; «пч» — повышенной чистоты; «оч» — особой чистоты.

Состав промышленных алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784–97, ГОСТ 1583–93 и др.), структура и свойства изделий из них в значительной степени определяются способом производства. По способу производства алюминиевые сплавы делятся на две основные группы: деформируемые и литейные.

По способности к упрочнению термической обработкой алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые термообработкой и упрочняемые термообработкой (см рис 16.1).

Рис. 16.1 Типовая диаграмма состояния сплавов Al—легирующий элемент (схема):
Д — деформируемые сплавы; Л — литейные сплавы; I — сплавы, не упрочняемые термической обработкой; II — сплавы, упрочняемые термической обработкой

В зависимости от уровня прочности, технологических свойств и назначения алюминиевые сплавы разделяют на сплавы высокой, средней и пониженной прочности; ковочные, заклепочные, свариваемые; коррозионностойкие, жаропрочные, криогенные, со специальными физическими свойствами (например, пониженной плотности) и др.


ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Общие сведения

Из деформируемых сплавов методом полунепрерывного литья получают круглые и плоские слитки, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением (прессованию, прокатке, ковке, штамповке и др.). Главной структурной составляющей деформируемых сплавов является твердый раствор на основе алюминия, а объемная доля хрупких интерметаллидов сравнительно невелика (не более 10 %), что обеспечивает деформируемость этих сплавов.

Упрочнение деформируемых алюминиевых сплавов, а также изменение физических, технологических, коррозионных свойств достигается с помощью различных методов: нагартовки, термической обработки (закалка + старение), термомеханической обработки (сочетание термической обработки и пластической деформации), закалки из жидкого состояния и упрочнения нерастворимыми частицами оксида алюминия, интерметаллидов и др. (порошковые материалы).

Состояние полуфабрикатов из алюминиевых деформируемых сплавов обозначаются буквенно-цифровой маркировкой (табл. 16.4).

Упрочнение нагартовкой, повышающее прочностные свойства, применяется особенно широко для термически неупрочняемых сплавов и при термомеханической обработке — для термоупрочняемых сплавов. Сильная нагартовка используется для изделий простой формы (листы, плиты, иногда поковки).

Значительная часть алюминиевых деформируемых сплавов упрочняются термической обработкой: закалкой и естественным (искусственным) старением. Содержание основных легирующих элементов в таких сплавах как правило не превышает их растворимости в алюминии при высокой температуре. После закалки структура сплавов представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Такая структура, в отличие от закаленных сталей, обладает невысокой прочностью и повышенной пластичностью. При последующем старении происходит закономерное изменение структуры и свойств сплавов в результате распада пересыщенного раствора с образованием интерметаллидов.

Таблица 16.4

Состояния (обработки) полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов

Маркировка

Состояние, назначение

Россия

США

Без ТО

F

После изготовления, без дополнительной термической обработки. Степень нагартовки и механические свойства не контролируются

ГК

Горячекатаное

ГП

Горячепрессованное

М

О

Отожженное (мягкое). Наиболее высокая пластичность и стабильность размеров

Н

Нагартованное (холоднодеформированное)

Н4

Н18

Усиленно нагартованное (прокаткой листов около 20 %, для максимального упрочнения)

Н3

Н16

Нагартованное на три четверти (3/4), повышение прочности

Н2 (П)

Н14

Полунагартованное (1/2), повышение прочности

Н1

Н12

Нагартованное на одну четверть (1/4), повышение прочности

З

W

Закаленное* (нестабильное, обычно указывается длительность естественного старения после закалки), повышение прочности

Т

Т3, Т4

Закаленное + естественно состаренное. Получение достаточно высокой прочности, повышенной пластичности, трещиностойкостии, сопротивления усталости

Т1

Т6

Закаленное + искусственно состаренное на максимальную прочность

Т12

Т77

Закаленное + искусственно состаренное. Улучшение характеристик сопротивления коррозии, трещиностойкости, пластичности при некотором снижении прочности. В русской маркировке возрастание первой цифры при букве указывает на увеличение степени перестаривания и разупрочнения

Т2

Т76

Т3

Т73

ТН**

Т31, Т36,
Т37, Т39

Закаленное + естественно состаренное + нагартованное. На степень деформации нагартовки указывает вторая цифра. Повышение прочности при снижении характеристик пластичности, трещиностойкости

Т1Н**

Т81, Т83,
Т86, Т87

Закаленное + нагартованное + искусственно состаренное. На степень деформации (нагартовки) указывает вторая цифра. Повышение прочности

Т1Н1**

Т9

Закаленное + искусственно состаренное + нагартованное. Повышение прочности особенно при совмещении с процессом формообразования детали

* В свежезакаленном состоянии длинномерные полуфабрикаты (катаные, прессованные), как правило, подвергаются регламентированному растяжению со степенью остаточной деформации 1–3 % для правки и снижения закалочных напряжений, а также некоторого повышения прочности, особенно предела текучести. Для этих же целей кованые полуфабрикаты (поковки, штамповки) в ряде случаев подвергаются обжатию или обжатию–растяжению с остаточной деформацией 1–5 %.

** Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).

Для всех алюминиевых сплавов этот процесс имеет общие закономерности. На первой стадии старения возникают зоны Гинье—Престона (ГП), в которых в результате повышенной концентрации легирующего элемента наблюдается сильное искажение кристаллической решетки, приводящее к увеличению прочности и твердости. Эта стадия называется стадией зонного старения. При повышении температуры старения (или увеличении его продолжительности при достаточно высокой температуре) возникают частицы метастабильных фаз, когерентно связанных с матрицей твердого раствора, — стадия фазового старения. Затем появляются более крупные частицы метастабильных фаз — стадия коагуляции. В дальнейшем частицы метастабильных фаз обособляются и укрупняются — стадия отжига. При этом искаженность решетки снижается и, следовательно, снижаются прочность и твердость.

Для каждой стадии старения независимо от систем алюминиевых сплавов характерен определенный комплекс свойств. Зонному старению свойственны относительно низкий предел текучести (s 0,2/s в = 0,6–0,7), высокое относительное удлинение (d  >  10–15%), высокая коррозионная стойкость, в том числе и стойкость против коррозии под напряжением, высокая вязкость разрушения, низкая чувствительность к трещине.

Для фазового старения характерны высокий предел текучести (s 0,2/s в = 0,9–0,95), низкая пластичность, пониженные вязкость разрушения, сопротивление коррозии под напряжением и расслаивающей коррозии.

На стадии коагуляции прочностные свойства, достигнув максимума, снижаются, при этом значительно улучшается сопротивление коррозии под напряжением и замедленному разрушению.

Для каждого стареющего алюминиевого сплава имеются свои температурно-временные области зонного и фазового старения. Для сплавов систем Al—Cu—Mg, Al—Mg—Si, Al—Cu—Mg—Si и Al— Zn—Mg—Cu зонное старение протекает при 20 ° С. Для сплавов системы Al—Zn—Mg при 20 ° С наблюдается фазовое старение. Сплавы систем Al—Cu—Li, Al—Mg—Li при 20 ° С практически не старятся; для осуществления зонного старения их необходимо подогревать. Поэтому термины «естественное старение» и «искусственное старение» следует употреблять только для указания условий старения — без подогрева или с подогревом. Для характеристики структурного состояния и соответствующего ему комплекса свойств надо использовать термины «зонное старение», «фазовое старение» и «коагуляция при старении».

Маркировка сплавов

Для деформируемых алюминиевых сплавов изначально принята и в настоящее время в основном применяется смешанная буквенная и буквенно-цифровая маркировка. Происхождение букв и цифр довольно случайное и строгой системы обозначения нет.

Позднее (в 1960-х годах) была введена единая цифровая маркировка алюминиевых сплавов, которая постепенно внедряется в практику, введена в стандарты и присваивается всем новым сплавам. Для обозначения марок сплавов применяют систему в основном из четырех цифр (табл. 16.5). Первая цифра 1 обозначает основу сплавов — алюминий. Вторая цифра в марке несет главную смысловую нагрузку, указывая систему легирования. Пока использованы семь вторых цифр, а из них, цифры 6, 7 и 8 — резервные для возможных новых систем.

Последние две цифры в марке указывают номер сплава, причем последняя из них имеет дополнительный смысл: все деформируемые сплавы обозначаются нечетными цифрами, включая и ноль. Порошковые сплавы обозначаются последней цифрой 9. Опытные сплавы обозначаются цифрой 0, которая ставится перед единицей.

Таблица 16.5

Цифровая маркировка деформируемых  алюминиевых сплавов

Марка

Группа сплавов, основная система легирования

1000–1018

Технический алюминий

1019, 1029 и т.д.

Порошковые сплавы

1020–1025

Пеноалюминий

1100–1190

Al—Cu—Mg, Al—Cu—Mg—Fe—Ni

1200–1290

Al—Cu—Mn, Al—Cu—Li—Mn—Cd

1300–1390

Al—Mg—Si, Al—Mg—Si—Cu

1319, 1329 и т. д.

Al—Si, порошковые сплавы САС

1400–1419

Al—Mn, Al—Be—Mg

1420–1490

Al—Li

1500–1590

Al—Mg

1900–1990

Al—Zn—Mg, Al—Zn—Mg—Cu

 

Термически неупрочняемые коррозионностойкие и свариваемые сплавы

Сплавы системы Al—Mn

Сплавы алюминия с марганцем, а в ряде случаев с добавкой магния (табл. 16.6), отличаются невысокой прочностью и высокой пластичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Таблица 16.6

Химический состав (масс. %) деформируемых сплавов системы Al—Mn
(остальное — Al) (ГОСТ 4784–97)

Марка сплава

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Si

Fe

Российская

Международная

ММ
1403

3005

0,30

1,0–1,5

0,20–0,60

0,10

0,25

0,10

0,6

0,7

АМц
1400

3003

0,05–0,20

1,0–1,5

0,10

0,6

0,7

АМцС
1401

0,10

1,0–1,4

0,05

0,10

0,10

0,15–0,35

0,25–0,45

Д12
1521

3004

0,25

1,0–1,5

0,8–1,3

0,25

0,30

0,7

 

Эффект твердорастворного упрочнения в этих сплавах невелик, и для дополнительного упрочнения используют холодную деформацию. Из этих сплавов производят различный полуфабрикат: листы, трубы, плиты, проволоку и др. Механические характеристики сплава АМц приведены в табл. 16.7.

Технологические свойства. Сплавы Al—Mn не упрочняются термической обработкой. Для полного разупрочнения нагартованного материала проводится отжиг при температуре 300–500 ° С с охлаждением на воздухе. Для частичного разупрочнения и повышения пластичности проводится низкотемпературный отжиг при 200–290 ° С.

При производстве полуфабрикатов эти сплавы деформируются в горячем (при 320–470 ° С) и холодном состоянии. Температура ковки и штамповки 420–470 ° С, охлаждение на воздухе.

Параметры штампуемости листов из сплава АМц в отожженном состоянии при операциях формообразования деталей следующие: при вытяжке Квыт = 1,8–1,9; при отбортовке Котб = 1,4–1,5; при выдавливании Квыд = 18–22 %; минимальный радиус гиба Rmin = (0,8–0,555) × s (s — толщина листа).

Сплавы Al—Mn хорошо свариваются аргонодуговой, газовой и контактной сваркой. Обрабатываемость резанием неудовлетворительная, особенно в отожженном состоянии.

Применение. Эти сплавы используются в различных отраслях промышленности: для малонагруженных деталей (сварные баки, бензо- и маслопроводы и др.), изготовляемых глубокой вытяжкой; для радиаторов тракторов и автомобилей, в строительстве, для упаковочных материалов, заклепок и т. д.

Таблица 16.7

Гарантируемые механические характеристики полуфабрикатов из сплава АМц

Полуфабрикаты

Состояние

s в , МПа

d , %

t ср, МПа

не менее

Листы толщиной, мм:

М

     

0,3–3,0

£ 100–150

22

3,0–6,0

£ 100–150

20

0,3–6,5

Н2 (П)

150–220

6

0,3–0,5

Н

190

1

0,5–0,8

190

2

0,8–1,2

190

3

30

1,2–1,6

190

4

40

Трубы всех размеров

М

£ 130

Н

140

Профили всех размеров

М

£ 170

16

160

Прутки

ГП

170

16

Проволока для заклепок

Без ТО

70

Плиты толщиной 11–25 мм

ГК

120

15

Сплавы системы Al—Mg (магналии)

Алюминиевые деформируемые сплавы на основе системы Al—Mg являются термически неупрочняемыми. Они имеют невысокие прочностные характеристики — временное сопротивление и, в особенности, предел текучести, но отличаются высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью в различных средах и хорошо свариваются аргонодуговой сваркой.

ГОСТ 4784–97 определяет марки и химический состав этих сплавов (табл. 16.8), называемых магналиями.

Таблица 16.8

Марки и химический состав (масс. %) деформируемых сплавов системы Al—Mg

Марка сплава

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Другие элементы

Al

Плотность, (кг/м3) ∙
∙ 10–3

Российская

Международная

Буквенная

Цифровая

АМг0,5

1505

5005, 5110

0,10

0,10

0,10

0,20

0,4–0,8

Остальное

2,7

АМг1

1510

5305

0,30

0,70

0,20

0,20

0,50–1,1

0,10

0,25

То же

2,69

АМг1,5

5050

0,40

0,70

0,20

0,10

1,1–1,8

0,10

0,25

То же

2,69

АМг2

1520

5251

0,40

0,50

0,15

0,10–0,50

1,7–2,4

0,05

0,15

0,15

То же

2,69

АМг2,5

5052

0,25

0,40

0,10

0,10

2,2–2,8

0,15–0,35

0,10

То же

2,68

АМг3

1530

5754, 5954

0,5–0,8

0,50

0,10

0,3–0,6

3,2–3,8

0,05

0,2

0,10

То же

2,66

АМг3,5

5154

0,25

0,40

0,10

0,10

3,1–3,9

0,15–0,35

0,20

0,20

0,0008 Be;
0,10–0,50 (Mn + Cr)

То же

2,66

АМг4

1540

5086

0,40

0,50

0,10

0,20–0,7

3,5–4,5

0,05–0,25

0,25

0,15

То же

2,66

АМг4,5

5083

0,40

0,40

0,10

0,40–1,0

4,0–4,9

0,05–0,25

0,25

0,15

То же

2,66

АМг5

1550

5056

0,50

0,50

0,10

0,3–0,8

4,8–5,8

0,20

0,02–0,10

0,0002–0,005 Be

То же

2,65

АМг6

1560

0,40

0,40

0,10

0,5–0,8

5,8–6,8

0,20

0,02–0,10

0,0002–0,005 Be

То же

2,64

АМг61

1561

0,40

0,40

0,10

0,7–1,1

5,5–6,5

0,20

0,0001–0,003 Be;
0,02–0,12 Zr

То же

2,64

01570

0,20

0,30

0,10

0,2–0,6

5,3–6,3

0,10

0,0002–0,005 Be;
0,05–0,15 Zr;
0,15–0,35 Sc

То же

2,64

 

Промышленные сплавы этой системы в соответствии с равновесной диаграммой состояния (рис. 16.2) представляют собой a -твердый раствор с частицами второй фазы Al3Mg2. Кроме того в сплавах могут присутствовать фазы, содержащие марганец, и фаза Mg2Si.

Магналии содержат добавки марганца и иногда — титана. Марганец способствует повышению прочностных свойств полуфабрикатов и с этой целью вводится в количестве 0,2–0,8 %; титан используется в качестве модификатора литой зеренной структуры в слитках непрерывного литья, в сварных швах, уменьшая тем самым склонность сплавов к кристаллизационным трещинам при литье и аргонодуговой сварке. При содержании в сплаве ³ 5 % магния в состав сплавов вводят добавку бериллия, назначение которого — предохранить алюминиевый расплав от интенсивного окисления во время плавки и литья, в процессе сварки полуфабрикатов, при горячей обработке давлением.

Рис. 16.2. Равновесная диаграмма состояния Al—Mg (заштрихованная зона — область составов
промышленных сплавов)

Разработана серия новых сплавов системы
Al—Mg с добавкой скандия — 01570, 01545, 01535, 01523, 01515. Эти сплавы различаются содержанием магния, которое меняется от 6 до 1 %. Основное отличие этих сплавов от традиционных магналиев — значительно более высокие прочностные характеристики. Самым распространенным является сплав 01570.

Промышленность выпускает все виды деформированных полуфабрикатов, прежде всего катаные — плиты, листы, ленты, а также прессованные панели, профили, прутки, трубы и кованые — поковки, штамповки. Полуфабрикаты выпускаются в термически необработанном состоянии, после отжига, а некоторые виды полуфабрикатов изготавливаются холодной обработкой давлением (в нагартованном состоянии). Нагартовка повышает прочностные характеристики, особенно предел текучести, но снижает пластичность. Последующая сварка устраняет нагартовку в зоне термического влияния сварного соединения, и механические свойства в указанной зоне соответствуют свойствам в отожженном состоянии.

Гарантируемые механические характеристики полуфабрикатов из промышленных сплавов в различных состояниях представлены в табл. 16.9–16.11.

Деформированные полуфабрикаты из сплавов системы Al—Mg в большинстве случаев имеют рекристаллизованную структуру, кроме прессованных полуфабрикатов из сплава АМг6 с содержанием марганца ближе к верхнему пределу и полуфабрикатов из сплава 1561, имеющего повышенное содержание марганца и дополнительно легированного цирконием.

Исключением из этого правила является сплав 01570, легированный скандием и цирконием. Все виды полуфабрикатов из этого сплава имеют нерекристаллизованную (полигонизированную) структуру и благодаря этому обладают повышенными прочностными свойствами.

Таблица 16.9

Гарантируемые (не менее) механические характеристики катаных полуфабрикатов
из сплавов системы Al—Mg

Сплав

Состояние

Полуфабрикат

Толщина, мм

sв

s0,2

d, %

МПа

АМг2

М

Листы

0,5–1,0

£ 165

16

1,0–10,5

£ 65

18

Н2

0,5–1,0

234–15

145

5

1,0–5,0

234–15

145

6

5,0–10,0

225

135

6

Н

0,5–1,0

265

215

3

1,0–10,5

265

215

4

ГК, без ТО

5,0–10,5

175

7

Плиты

11,0–25,0

175

7

25,0–80,0

155

6

АМг3

М

Листы

0,5–0,6

£ 195

£ 90

15

0,6–5,5

£ 135

£ 100

15

4,5–10,5

£ 185

£ 80

15

Н2

0,5–1,0

245

195

7

1,0–5,0

245

195

7

5,5–10,5

235

175

6

Без ТО

5,0–6,0

185

80

12

6,0–10,5

185

80

15

Без ТО

Плиты

11,0–25,0

185

70

12

25,0–80,0

165

60

11

АМг5

М

Листы

0,5–0,6

£ 275

£ 135

15

0,6–4,5

£ 275

£ 145

15

4,5–10,5

£ 275

£ 130

15

Без ТО

5,0–6,0

275

130

12

6,0–10,5

275

130

15

Плиты

11,0–25,0

265

115

13

25,0–80,0

255

105

12

АМг6

М

Листы

0,5–0,6

£ 305

£ 145

15

0,6–10,5

£ 315

£ 155

15

Без ТО

5,0–10,5

315

155

15

Плиты

11,0–25,0

305

145

11

25,0–50,0

295

135

6

50,0–80,0

275

125

4

01570

М

Листы

0,8–2,3

£ 400

£ 270

13

2,5–4,5

£ 360

£ 240

13

Н2

0,8–2,3

410

320

6

Н

0,8–2,3

460

410

4 £

Таблица 16.10

Гарантируемые механические характеристики прессованных прутков, труб и профилей из сплавов системы Al—Mg в состоянии без термической обработки

Сплав

Полуфабрикаты

s в, МПа

s 0,2, МПа

d , %

не менее

АМг2

Прутки

175

13

Трубы

155

60

10

АМг3

Профили

175

75

12

Прутки

175

75

13

Трубы

180

70

15

АМг5

Профили

255

115

15

Прутки

265

118

15

Трубы

255

110

15

АМг6

Профили, прутки

315

155

15

Панели

315

155

15

Трубы

315

145

15

АМг61

(1561)

Профили

330

205

11

Прутки

330

155–205

11

Панели

330

185

11

01570

Прутки

402

245

14

Профили

392

255

14

Таблица 16.11

Гарантируемые механические характеристики поковок и штамповок из сплавов системы Al—Mg в отожженном состоянии в зависимости от направления волокна (Д, П, В)

Сплав

Толщина,
мм

s в, МПа

s 0,2, МПа

d , %

НВ

Д

П

В

Д

П

Д

П

В

Поковки

АМг2

До 75

165

145

135

15

13

11

44,0

АМг3

До 75

185

165

155

70

15

12

10

44,0

АМг6

До 75

316

305

305

135

130

15

14

14

63,5

76–100

295

295

295

130

130

14

14

14

63,5

100–300

285

285

285

120

120

11

11

11

63,5

Штамповки

АМг2

До 75

165

145

135

15

12

10

44,0

АМг3

До 75

185

165

155

70

15

12

10

44,0

АМг5

До 75

275

145

15

63,5

АМг6

До 75

315

305

305

155

130

15

14

14

63,5

76–100

295

295

295

130

130

14

14

14

63,5

100–300

285

285

285

120

120

11

11

11

63,5

Примечание. Направление волокна: Д — долевое; П — поперечное; В — высотное (по толщине).

Таблица 16.12

Показатели штампуемости листов толщиной 2 мм при различных операциях формообразования

Сплав и состояние

Вытяжка

Отбортовка

Выдавка

Радиус при гибке на 90°

Кпр

Краб

Кпр

Краб

Кпл

Ксф

Rmin, мм

Rраб, мм

АМг1М

2,02–2,05

1,65–1,70

0,29–0,30

0,4–0,39

(0,7–0,9) ∙ s

АМг2М

2,0–2,6

1,8–1,85

1,52–1,56

1,32–1,40

0,23–0,26

0,36–0,42

(0,6–1,0) ∙ s

(1,0–1,5) ∙ s

АМг3М

1,92

1,86

1,86

1,63

0,22–0,25

0,36–0,32

1s

2 ∙ s

АМг4М

1,85–1,90

1,65–1,70

1,5–1,65

1,35–1,45

0,17–0,19

(1,0–1,55) ∙ s

(1,5–2,5) ∙ s

АМг5М

1,7–1,87

1,85–2,02

1,3–1,5

1,42–1,62

0,24–0,29

0,37–0,46

(0,6–1,0) ∙ s

(2,0–2,5) ∙ s

АМг6М

2,0–2,06

1,8–1,85

1,52–1,56

1,32–1,40

0,22–0,25

0,35–0,40

(0,6–1,0) ∙ s

2 ∙ s

АМг6Н

1,4

1,16

5 ∙ s

 

Примечание. Кпр и Краб — предельный и рабочий коэффициенты вытяжки; Кпл и Ксф — коэффициенты плоского и сферического выдавливания; Rmin и Rраб — соответственно минимальный и рабочий радиусы гиба.

Термическая обработка. Полуфабрикаты из сплавов Al—Mg подвергаются только отжигу для снятия нагартовки и перевода их в мягкое отожженное состояние. Кроме того, отжиг как холоднодеформированных, так и горячедеформированных полуфабрикатов с содержанием магния более 5 % повышает их сопротивление расслаивающей коррозии и коррозии под напряжением. Сплавы с более низким содержанием магния обладают высокой устойчивостью против любых видов коррозии как в отожженном, так и в нагартованном состоянии.

Отжиг полуфабрикатов и изделий из магналиев необходимо проводить при температуре 310–335 ° С в течение 1–2 ч с последующим охлаждением на воздухе. Для сплавов АМг5, АМг6, АМг61, 01570 при охлаждении после отжига необходимо делать выдержку при 250–260 ° С в течение 1 ч, затем охлаждать с нерегламентированной скоростью. При невозможности осуществления ступенчатого охлаждения следует вести охлаждение со скоростью не более 30 ° С/ч.

Технологические свойства. Основные показатели технологической пластичности листов из сплавов системы Al—Mg при холодной штамповке приведены в табл. 16.12. Листы обладают в отожженном состоянии удовлетворительной штампуемостью, повышение содержания магния не ухудшает этих показателей. Нагартовка заметно снижает штампуемость листов.

Технологическая штампуемость листов сплава 01570 в отожженном состоянии сравнительно низкая и проведение штамповки вызывает определенные трудности. Эта операция может быть заменена пневмоформовкой в состоянии сверхпластичности, которая проявляется при 450–500 ° С в достаточно широком деформационно-скоростном интервале. После сверхпластической деформации прочностные характеристики листов снижаются незначительно.

Сплавы системы Al—Mg обладают хорошей свариваемостью. С повышением содержания магния коэффициент трещинообразования при сварке уменьшается (табл. 16.13). Однако, в связи с увеличением температурного интервала плавления и повышением концентрации водорода, с ростом содержания магния пористость сварных соединений возрастает.

Сварные соединения этих сплавов ослаблены по сравнению с основным материалом. Это относится к характеристикам прочности, пластичности и стойкости против коррозии. Сварные соединения низколегированных сплавов АМг1, АМг2, АМг3 обладают высокой стойкостью против коррозии. Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений сплавов АМг5, АМг6, 01570 полуфабрикаты перед сваркой необходимо подвергать ступенчатому отжигу (см. выше).

Таблица 16.13

Характеристики сварных соединений листов
толщиной 2 мм сплавов системы Al—Mg

Сплав

МПа

Коэффициент
ослабления сварного шва /s в

Коэффициент трещинообразования Ктр, %

Угол загиба, град

АМг1

90

0,9

15

120

АМг2

170

0,9

10

120

АМг3

210

0,9

5

120

АМг5

240

0,9

10

90

АМг6

290

0,85

5

90

01570

400

0,85

0

100

 

Применение. Полуфабрикаты из сплавов АМг1, АМг0,5 используются в изделиях, где требуется повышенная декоративность и высокая отражательная способность.

Сплавы АМг2, АМг3 применяются в слабонагруженных сварных конструкциях, способных работать длительное время в достаточно агрессивной коррозионной атмосфере. Эти сплавы наиболее широко используются и главным образом в виде листов.

Сплавы АМг5, АМг6 применяются в сварных конструкциях для изготовления емкостей, используемых в том числе и при криогенных температурах.

Полуфабрикаты из сплава АМг61 нашли применение в судостроении. Сплав 01570 является сравнительно новым, и полуфабрикаты из этого сплава (наряду со сплавами АМг5, АМг6) применяются в ракетно-космической технике, а также опробуются для других целей.

Сплавы повышенной пластичности и ковочные

Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности системы Al—Mg—Si

Сплавы системы Al—Mg—Si относятся к термически упрочняемым сплавам. Они обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичностью в металлургическом и машиностроительном производстве, способностью подвергаться цветному анодированию, эмалированию (покрытие пленкой из эмалевого лака или смолы) и электрохимическому оксидированию для получения непрозрачной эмалевидной пленки молочного цвета с окрашиванием в любой цвет.

Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет изготовлять из них сложные по конфигурации тонкостенные полые полуфабрикаты. Высокую пластичность сплавы имеют в отожженном, свежезакаленном и естественно состаренном состоянии, что позволяет подвергать их штамповке, вытяжке и другим операциям со значительными степенями деформации. При этом материал сравнительно мало упрочняется и допускает значительно большие вытяжки, чем сплавы АМг5 и АМг6 системы Al—Mg, которые быстро наклепываются при холодной пластической деформации.

Марки и химический состав сплавов этой системы приведены в табл. 16.14 (эти сплавы называют авиалями).

Сплав АД31 характеризуется минимальной прочностью, не содержит элементов антирекристаллизаторов (Mn, Cr), что повышает однородность и устойчивость твердого раствора и улучшает декоративный вид полуфабрикатов.

Таблица 16.14

Марки и химический состав (масс. %) сплавов системы Al—Mg—Si (остальное — Al) (ГОСТ 4784–97)

Марка сплава

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Другие элементы

Российская

Между–народная

АД31
1310

6063

0,20–0,60

0,5

0,10

0,10

0,45–0,9

0,10

0,20

0,15

АД31Е
1310Е

6101

0,3–0,70

0,50

0,10

0,03

0,35–0,8

0,03

0,10

B: 0,06

АД33
1330

6061

0,4–0,80

0,70

0,15–0,40

0,15

0,8–1,2

0,04–0,35

0,25

0,15

АД35
1350

6082

0,70–1,3

0,50

0,10

0,40–1,0

0,6–1,2

0,25

0,20

0,10

АВ
1340

6151 6351

0,50–1,2

0,50

0,1–0,5

0,15–0,35

0,45–0,90

0,25

0,20

0,15

Примечание. «Е» — для алюминиевого сплава с электротехническими характеристиками.

Сплав АД33 кроме Mg и Si содержит Cu и Cr, что обеспечивает более высокую прочность, чем у АД31. Сплав обладает высоким сопротивлением коррозионной усталости.

По уровню прочности сплавы АД35 и АВ близки, но достигается этот уровень различными способами. В сплаве АД35 предусмотрено высокое содержание марганца, а в сплаве АВ дополнительно введена медь. Сплав АД35 имеет высокую коррозионную стойкость.

В системе Al—Mg—Si существует квазибинарное сечение Al—Mg2Si (рис. 16.3), которое делит диаграмму состояния на две самостоятельные системы Al—Si—Mg2Si и Al—Mg5Al8—Mg2Si. В равновесии с алюминиевым твердым раствором находятся три фазы: Si, Mg5Al8, Mg2Si.

Рис. 16.3. Алюминиевый угол диаграммы Al—Mg—Si. Распределение фазовых областей в твердом состоянии

Квазибинарный разрез отвечает соотношению концентраций Mg / Si = 1,73. В зависимости от концентрации магния и кремния сплавы могут располагаться в фазовых областях: a + Mg2Si или a +  Mg2Si + Si. Сплавы АД31, АД35 и АВ имеют фазовый состав a + Mg2Si +Si, а сплав АД33 — фазовый состав a + Mg2Si. Растворимость магния и кремния с понижением температуры уменьшается, что лежит в основе термического упрочнения.

Уровень механических свойств в основном определяется содержанием Mg2Si, однако добавки марганца, хрома и меди вносят дополнительное упрочнение.

Термическая обработка. Сплавы упрочняются термической обработкой по следующим режимам:

  • закалка (нагрев до 510–535 ° С и последующее охлаждение в холодной воде) + естественное старение в течение 10–15 сут.;
  • закалка + искусственное старение при 160–170 ° С в течение 10–12 ч.

Процесс естественного старения сплавов системы Al—Mg—Si замедленный по сравнению со сплавами типа дуралюмина. Эффект естественного старения достаточно высок и составляет 30–40 % от s в и около 50 % от s 0,2 в свежезакаленном состоянии. Максимальные прочностные свойства при удовлетворительной пластичности обеспечиваются искусственным старением.

Упрочнение при старении сплавов системы Al—Mg—Si вызывается зонами Гинье—Престона и метастабильными выделениями фазы b ¢ на базе соединения Mg2Si. В процессе распада пересыщенного твердого раствора последовательно выделяются зоны игольчатой формы с последующим упорядочением структуры b ¢ ¢ , метастабильная фаза b ¢ , стабильная фаза b пластинчатой формы.

Максимальное упрочнение обусловлено преимущественно выделениями b ¢ или b ¢ ¢ + b ¢ — фаз с размером частиц около 0,03 мкм, что на порядок меньше, чем в других стареющих сплавах. Упрочнение в сплавах системы Al—Mg—Si является в основном следствием химических эффектов, поскольку значительных когерентных напряжений на межфазных границах не обнаружено.

Важно отметить, что искусственное старение необходимо проводить не позднее 20–30 мин после закалки. В противном случае эффект упрочнения уменьшается (в частности, s в и s 0,2 снижаются на 30–50 МПа при перерыве между закалкой и искусственным старением более 1 ч). Для предотвращения этого явления (в случае технологической невозможности проведения искусственного старения сразу после закалки) рекомендуется кратковременное искусственное старение при 150–180 ° С в течение 5–20 мин сразу после закалки. Это обеспечивает максимальное упрочнение при искусственном старении независимо от продолжительности предшествующего вылеживания.

Отжиг полуфабрикатов рекомендуется проводить при температурах 350–370 ° С (АД35, АВ), 350–400 ° С (АД31), 380–420 ° С (АД33). Охлаждение производится в печи со скоростью 30° /ч до температуры 250 ° С, дальнейшее охлаждение — на воздухе.

Технологические свойства. Сплавы АД31, АД33, АД35 и АВ хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Пластичность сплавов при температуре обработки давлением 450–500 ° С высокая. Допустимая степень деформации за один прогрев 85 %.

Для обеспечения высокой пластичности при холодной деформации сплавы отжигают (см. выше). Для снятия технологического наклепа, полученного в результате холодной деформации, рекомендуется проводить отжиг при 350–370 ° С в течение 0,5–1,5 ч, охлаждение на воздухе.

Пластичность сплавов системы Al—Mg—Si в отожженном состоянии хорошая, в естественно и искусственно состаренном состояниях удовлетво-рительная (табл. 16.15).

Обрабатываемость резанием сплавов Al—Mg—Si в отожженном состоянии неудовлетворительная, в естественно и искусственно состаренном состояниях удовлетворительная.

Таблица 16.15

Параметры штампуемости листов из сплавов системы Al—Mg—Si

Сплав

Состояние

Квыт

Котб

Квыд, %

Rmin , мм

АД33

М

1,8–1,95

1,35–1,55

12–15

(0,8–1,25) × s

АД35

З*

1,7–1,8

1,3–1,5

10–12

(1,0–1,55) × s

АВ

Т1

(2,0–2,5) × s

* Свежезакаленное состояние.

Сплавы АД31, АД33 и АД35 при сварке плавлением и контактной сварке обладают удовлетворительной свариваемостью. Сплав АВ хорошо сваривается дуговой и контактной сваркой.

Для указанных сплавов рекомендуется присадочная проволока СвАК5. Временное сопротивление s в сварного соединения с предварительной закалкой и искусственным старением материала не ниже 0,7 от s в основного материала. Искусственное старение сварного соединения повышает его s в до 0,8–0,9 от s в основного материала.

Применение. Из сплавов АД31, АД33 и АД35 выпускаются преимущественно прессованные полуфабрикаты и штамповки, а из сплава АВ — плиты, листы, прессованные полуфабрикаты и штамповки. Механические характеристики полуфабрикатов сплавов приведены в табл. 16.16.

Сплав АД31 применяется для деталей невысокой прочности (s в £ 200 МПа) с хорошей коррозионной стойкостью и декоративным видом, работающих в интервале температур от –70 до 50 ° С. Сплав применяется с различными цветовыми покрытиями, в том числе для ювелирных изделий «под золото», отделки кабин самолетов и вертолетов. Цветовые покрытия на изделиях из сплава АД31 (и других алюминиевых сплавов) получают двумя способами:

– непосредственно при электрохимическом оксидировании в растворе щавелевой кислоты. При этом декоративная окраска образующейся оксидной пленки зависит от плотности тока I и может иметь цвет серебристый при I = 1,5–2,0 A/дм2, желтый (под латунь) при I = 3,0 A/дм2 или коричневый при I = 5 A/дм2;

– адсорбционным окрашиванием пористых оксидных пленок, полученных химическим оксидированием в растворе серной кислоты. Процесс окрашивания основан на способности оксидных пленок впитывать и удерживать в себе красящие вещества (органические красители или минеральные пигменты). Получаемая цветовая гамма покрытий в данном случае может меняться от черного до золотисто-желтого цвета.

Таблица 16.16

Гарантируемые механические характеристики полуфабрикатов из сплавов системы Al—Mg—Si

Сплав

Полуфабрикат

Состояние

Толщина (s) или диаметр (d), мм или масса (m), кг

Направление вырезки
образцов

s в, МПа

s 0,2, МПа

d , %

не менее

АД31

Прессованный профиль

Т

s £ 125

Д

140

70

13

Пруток

5 £ d £ 300

Прессованный профиль

Т1

s £ 125

200

150

8

Пруток

5 £ d £ 300

АД33

Прессованный профиль

Т

Всех размеров

Д

180

110

15

Пруток

5 £ d £ 300

180

110

15

Прессованный профиль

Т1

s £ 10

260

230

10

Пруток

5 £ d £ 300

270

230

10

Штамповка

m £ 10

270

200

8

30 £ m £ 425

250

190

6

АВ

Прессованный профиль

Т

s £ 125

Д

180

14

Пруток

5 £ d £ 300

180

14

Труба прессованная

s ³ 5 (стенка)

210

14

Труба катаная, тянутая

Всех размеров

210

14

АВ

Прессованный профиль

Т1

s £ 125

Д

300

230

10

Пруток

5 £ d £ 300

300

12

Труба прессованная

s ³ 5 (стенка)

310

230

8

Труба катаная, тянутая

Всех размеров

310

8

Поковка

m £ 1500

280

10

Штамповка

m £ 200

Д

300

220

12

П

270

4

АВ

Лист неплакированный

М

0,5 £ s £ 5

П

150

20

5 £ s £ 10,5

150

15

Т

0,6 £ s £ 0,3

200

20

3 £ s £ 5

200

18

5 £ s £ 10,5

180

16

Т1

0,4 £ s £ 5

300

10

5 £ s £ 10,5

300

8

АВ

Плита

Т

11 £ s £ 25

П

180

14

25 £ s £ 40

170

12

40 £ s £ 80

170

10

Т1

11 £ s £ 25

П

300

7

25 £ s £ 40

290

6

40 £ s £ 80

280

6

Сплав широко используется в гражданском строительстве для оконных витражей, дверных рам, перегородок, эскалаторов, а также в мебельной, автомобильной, легкой промышленностях. При применении специальной термомеханической обработки сплав АД31Е приобретает высокие электрические свойства при относительно высоких прочностных свойствах.

Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности (s в £ 270 МПа), от которых требуется удовлетворительная коррозионная стойкость во влажной воздушной и морской средах (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов). Сплав АД33 и его сварные конструкции успешно работают при температурах до 200 ° С, а также в криогенной технике (трубопроводы, патрубки), в судостроении и гражданском строительстве.

Сплав АД35 применяется для деталей средней прочности (s в ³ 300 МПа) в закаленном и искусственно состаренном состояниях или при s в ³  200 МПа в закаленном и естественно состаренном состояниях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и равномерная структура, практически без крупнокристаллического ободка (см. гл. 3). В судостроении для различных деталей и конструкций используются профили из этого сплава в закаленном и естественно состаренном состояниях.

Сплав АВ (s в ³ 300 МПа) применяется для деталей самолетов, двигателей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях, лопастей вертолетов, штампованных и кованых деталей сложной формы.

 

Ковочные сплавы системы Al—Cu—Mg—Si

К этой системе принадлежат сплавы АК6 и АК8 (табл. 16.17), которые обладают хорошей пластичностью и стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. Их применяют для изготовления штамповок и поковок. Эти сплавы термически упрочняемые.

Дополнительное легирование сплавов медью повышает эффект упрочнения по сравнению с авиалями при некотором снижении относительного удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию.

Небольшие добавки титана (0,10–0,15 %) и хрома (≈ 0,01 %) позволяют устранить столбчатую структуру слитков и повысить пластичность в горячем состоянии. После термообработки сплавы с этими добавками имеют сильно измельченную структуру и повышенные механические свойства.

Распад твердого раствора при старении в сплавах системы Al—Cu—Mg—Si протекает по двум направлениям: b ¢ ¢ ® b ¢ ® b (Mg2Si) и q ¢ ¢ ® q ¢ ® q (CuAl2). При наибольшем упрочнении сплава АК6 наблюдается фаза q ¢ ¢ , сплава АК8 — фаза q ¢ . В сплавах АК6 и АК8 могут присутствовать частицы избыточной фазы Mg2Si, а в сплаве АК8 — также фазы W (AlCuMgSi) и частицы нерастворимого соединения AlFeMnCuSi.

Термическая обработка. Сплавы АК6 и АК8 применяются в закаленном и, как правило, в искусственно состаренном состоянии. Режимы их термической обработки приведены в табл. 16.18.

Для получения высоких механических свойств полуфабрикатов и деталей из этих сплавов охлаждение при закалке проводят в воде с температурой не выше 40 ° С. Для снижения закалочных напряжений и коробления при закалке массивных, сложных по конфигурации деталей и полуфабрикатов из сплавов АК6 с толщиной стенки до 30 мм допускается охлаждение в воде, нагретой до 80–90 ° С, а с толщиной до 150 мм — до 70–80 ° С. Закалка в горячей воде вызывает снижение прочностных характеристик на ≈ 5 %, но не ухудшает другие свойства. При этом наблюдается некоторое повышение сопротивления коррозионному растрескиванию.

Таблица 16.17

Марки и химический состав (масс. %) сплавов системы Al—Cu—Mg—Si
(остальное — Al) (ГОСТ 4784–97)

Марка сплава

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Ni

Другие
элементы

Российская

Международная

АК6
1360

0,7–1,2

0,7

1,8–2,6

0,4–0,8

0,4–0,8

0,3

0,1

0,1

АК6ч

0,7–1,2

0,4

1,8–2,6

0,4–0,8

0,4–0,8

0,3

0,1

0,1

АК8
1380

2014

0,5–1,2

0,7

3,9–5,0

0,4–1,0

0,2–0,8

0,1

0,25

0,15

Ti + Zr: 0,2

Таблица 16.18

Рекомендуемые режимы термической обработки сплавов АК6 и АК8

Сплав

Полуфабрикат

Закалка

Старение

температура, ° С

закалочная среда

вид

температура, ° С

выдержка, ч

АК6, АК6ч

Все виды

505–525

Вода

Естественное Т

20

96

Т1

155–165

10–15

Т2

195–205

11–13

АК8

Поковки,
штамповки

495–505

Вода

Естественное Т

20

96

Т1

155–165

10–15

Т2

195–205

11–13

Прессованные

Естественное Т

20

96

Т1

165–175

10–12

 

Сплав АК6, так же, как сплавы системы Al—Mg—Si, чувствителен к перерыву между закалкой и искусственным старением (см. выше). Сплав АК8 к такому перерыву не чувствителен, и его вылеживание после закалки не сказывается на механических свойствах после последующего искусственного старения.

Старение при 20 ° С (естественное) сплавов АК6 и АК8 обеспечивает высокую пластичность и сопротивление коррозионному растрескиванию при пониженных прочностных свойствах по сравнению с искусственным старением. Режим Т1 применяют для получения высокой прочности и удовлетворительной пластичности. Для сплава АК6 допускается применение сокращенного режима Т1: 170–175 ° С, 3 ч. Режим Т2 обеспечивает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию при некотором снижении механических свойств по сравнению с режимом Т1 и применяется для деталей из сплавов АК6 (АК6ч) и АК8, испытывающих постояннодействующие растягивающие напряжения, в частности от постановки болтов или втулок с натягом.

Типичные механические свойства поковок, штамповок и полуфабрикатов из сплавов приведены в табл. 16.19 и 16.20.

Технологические свойства. Сплавы АК6 и АК8 имеют высокие технологические свойства при непрерывном литье, горячей обработке давлением (свободной ковке, штамповке, прессовании). Сплавы хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей деформации составляет 420–470 ° С.

Сплав АК6 может успешно деформироваться и в более высоком температурном интервале. Деформация сплава при 505–525 ° С с непосредственной закалкой в воде и последующее старение (ВТМО) приводят к некоторому повышению прочности и является перспективным технологическим процессом.

Таблица 16.19

Гарантируемые механические свойства при растяжении
(не менее) полуфабрикатов из сплавов АК6, АК6ч

Характеристика

Пруток прессованный

Труба
прессованная

Штамповка

Поковка

Диаметр или толщина, мм

10 £ d £ 28

28 £ d £ 54

54 £ d £ 300

стенка

s £ 5

s > 5

Масса, кг

До 350

До 1500

До 200

Состояние

Т1

Т

Т1

Т1

Т1

Т

Направление вырезки образца

Д

Д

Д

П

В

Д

П

В

Д

s в, МПа

375

390

430

285

315

355

380

365

345

365

345

335

325

s 0,2, МПа

265

275

325

275

245

155

d , %

10

10

10

8

10

10

10

7

5

8

6

4

16

Таблица 16.20

Гарантируемые механические характеристики при растяжении
(не менее) полуфабрикатов из сплава АК8

Характеристика

Пруток прессованный

Штамповка

Поковка

Диаметр,
мм

10–28

св. 28–150

св. 150–250

св. 250–300

Масса, кг

до 200

до 2000

до 750

св. 750–2000

Состояние

Т1

Т1

Т

Т1

Т

Направление вырезки образца

Д

Д

П

В

Д

П

В

Д

П

В

Д

П

В

Д

П

В

s в, МПа

460

460

460

460

410
(430)

390

355

380

365

345

380
(410)

355

335

380

365

325

375

355

325

s 0,2, МПа

335

365

345

335

295
(315)

245

235

245

235

d 5, %

8

8

8

8

8 (10)

6

3(4)

11

8

6

6 (8)

4

2 (3)

10

8

4

8

7

4

Примечание. В скобках указаны свойства поковок и штамповок массой до 30 кг.

Все сплавы удовлетворительно свариваются точечной и роликовой сваркой, а сплав АК8 — аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой СвАК5. Прочность сварных соединений составляет 0,6–0,7 от прочности основного металла.

Сплавы хорошо обрабатываются резанием.

Сплавы АК6 (АК6ч) и АК8 обладают пониженной коррозионной стойкостью. Сопротивление коррозионному растрескиванию s кр сплава АК6 в состоянии Т1 в условиях заданной деформации при переменном погружении в 3 %-ный раствор NaCl составляет в направлении по толщине листа (В) 120 МПа, в поперечном (П) — 150 МПа, в продольном (Д) — 200 МПа. При перестаривании эти показатели повышаются.

Технологические и эксплуатационные нагревы не приводят к ухудшению коррозионной стойкости сплавов. Защита от коррозии в зависимости от назначения деталей осуществляется анодно-оксидными химическими и лакокрасочными покрытиями.

Применение. Сплав АК8 вошел в международные стандарты под маркой 2014. Он особенно широко применяется за рубежом, причем не только в виде кованых, но и катаных, и прессованных полуфабрикатов.

Сплав АК6 — высокотехнологичный оригинальный российский ковочный сплав средней прочности с хорошими характеристиками вязкости и пластичности. Из него изготовляют стыкующие детали планера пассажирских самолетов длительного ресурса. Отечественные авиастроители на основании продолжительного опыта отдают предпочтение этому сплаву для применения в сложных штампованных деталях, требующих повышенной выносливости.

Сплавы АК6 и АК8 используются для ответственных силовых деталей авиационной техники, в частности в крыльях пассажирских самолетов.

Сплав АК6 применяют для изготовления сложных штамповок: крыльчаток компрессора, крыльчаток вентилятора для компрессоров реактивных двигателей, корпусных деталей агрегатов.

Кроме того эти сплавы широко используют в строительстве, транспорте, электротехнике и других отраслях промышленности.