Навигация
 
альт-амап
<< В начало < Предыдущая Следующая > В конец >>

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

сплавы на основе алюминия. Первые А. с. получены в 50-х гг. 19 в.; они представляли собой сплав алюминия с кремнием и характеризовались невысокими прочностью и коррозионной стойкостью. Длит, время Si считали вредной примесью в А. с. К 1907 в США получили развитие сплавы А1-Си (литейные с 8% Си и деформируемые с 4% Си). В 1910 в Англии были предложены тройные сплавы Аl-Сu-Мn в виде отливок, а двумя годами позднее - А. с. с 10-14% Zn и 2-3% Сu. Поворотным моментом в развитии А. с. явились работы А. Вильма (Германия) (1903-11), к-рый обнаружил т. н. старение А. с. (см. Старение металлов), при-водящее к резкому улучшению их свойств (гл. обр. прочностных). Этот улучшенный А. с. был назван дуралюмином. В СССР Ю. Г. Музалевским и С. М. Вороновым был разработан сов. вариант дуралюмина - т. н. кольчугалюминий. В 1921 А. Пач (США) опубликовал метод модификации сплава Аl-Si введением микроскопич. доз Na, что привело к значит, улучшению свойств сплавов Al-Si и их широкому распространению. Исходя из механизма старения А. с., в последующие годы велись усиленные поиски хим. соединений, способных упрочнить А1. Разрабатывались новые системы А. с.: коррози-онностойкие, декоративные и электротехнические Al-Mg-Si; самые прочные Al-Mg-Si-Си, Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Сu; наиболее жаропрочные Al-Сu-Mn и Al-Сu-Li; лёгкие и высокомодульные Al-Be-Mg и Al-Li-Mg (табл. 1).

Осн. достоинства А. с.: малая плотность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность.

По способу произ-ва изделий А. с. можно разделить на 2 осн. группы: деформируемые (в т. ч. спечённые А. с.) для изготовления полуфабрикатов (листов, плит, профилей, труб, поковок, проволоки) путём деформации (прокатки, ковки и т. д.) и литейные - для фасонных отливок.

Табл. 1. - Развитие систем алюминиевых сплавов
Система Упрочняющая фаза Год открытия упрочняющего эффекта Марка сплава (СССР)
Al- Cu - Mg CuAl2, AUCuMg 1903-11 Д1, Д16, Д18, АК4-1, ВД-17, Д19, М40, ВАД1
Al- Mg - Si Mg2Si 1915-21 АД31, АДЗЗ, АВ(без Си)
Al- Mg- Si - Cu М8,Si,Шфаза (Al2CuMgSi) 1922 АВ (с Си), АК6, АК8
Al - Zn - Mg MgZn., Тфаза (Al2Mg3Zn,) 1923-24 В92. В48-4, 01915, 01911
Al - Zn - Mg - Cu MgZn2, Тфаза (Al2Mg3Zn,) Sфаза (Al,CuMa) 1932 В95, В96, В93, В94
Al - Cu - Mn CuAl2 Al12Mg2Cu 1938 Д20, 01201
Al - Be - Mg Mg,Al, 1945 Сплавы типа АБМ
Al- Cu - Li тфаза (Al7,5Cu4Li), Тфаза (Al2CuLi) 1956 ВАД23
Al - Li - Mg AULiMg 1963-65 01420

Деформируемые А. с. по объёму произ-ва составляют ок. 80% (США, 1967). Полуфабрикаты получают из слитков простой формы - круглых, плоских, полых,- отливка к-рых вызывает относительно меньшие трудности. Хим. состав деформируемых А. с. определяется гл. обр. необходимостью получения оптимального комплекса механич., физ., коррозионных свойств. Для них характерна структура твёрдого раствора с наибольшим содержанием эвтектики. Деформируемые А. с. принадлежат к различным группам (табл. 2).

Двойные сплавы на основе системы Al-Mg (т. н. магналии) не упрочняются термич. обработкой. Они имеют высокую коррозионную стойкость, хорошо свариваются; их широко используют при про-из-ве морских и речных судов, ракет, гидросамолётов, сварных ёмкостей, трубопроводов, цистерн, ж.-д. вагонов, мостов, холодильников и т. д.

Сплавы Аl-Mg-Si (т. н. авиали) сочетают хорошую коррозионную стойкость со сравнительно большим эффектом старения; анодная обработка позволяет получать красивые декоративные окраски этих сплавов.

Тройные Al-Zn-Mg сплавы имеют высокую прочность, хорошо свариваются, но при значит, концентрации Zn и Mg склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию. Надёжны сплавы средней прочности и концентрации.

Четверные сплавы Al-Mg-Si-Си сильно упрочняются в результате старения, но имеют пониженную (из-за Си) коррозионную стойкость; из них изготовляют силовые узлы (детали), выдерживающие большие нагрузки. Четверные сплавы А1-Zn-Mg-Си обладают самой высокой прочностью (до 750 Мн/м2 или до 75 кгс/мм2) и удовлетворительно сопротивляются коррозионному растрескиванию; они значительно более чувствительны к концентрации напряжений и повторным нагрузкам, чем дуралюмины (сплавы Аl-Сu-Mg), разупрочняются при нагреве св. 100°С. Наиболее прочные из них охрупчиваются при температурах жидкого кислорода и водорода. Эти сплавы широко используют в.самолётных и ракетных конструкциях. Сплавы Аl-Сu-Мn имеют среднюю прочность, но хорошо выдерживают воздействие высоких и низких темп-р, вплоть до темп-ры жидкого водорода. Сплавы А1-Си-Li по прочности близки сплавам А1-Zn-Mg-Сu, но имеют меньшую плотность и больший модуль упругости; жаропрочны. Сплавы Аl-Li-Mg при той же прочности, что и дуралюмины, имеют пониженную (на 11%) плотность и больший модуль упругости. Открытие и разработка сплавов Al-Li-Mg осуществлены в СССР. Сплавы Al-Be-Mg имеют высокую уд. прочность, очень высокий модуль упругости, свариваются, обладают хорошей коррозионной стойкостью, но их применение в конструкциях связано с рядом ограничений.

В состав деформируемых А. с. входят т. н. спечённые (вместо слитка для дальнейшей деформации используют брикет, спечённый из порошков) А. с. (в 1967 в США объём произ-ва составил ок. 0,5% ). Имеются 2 группы спечённых А. с. пром. значения: САП (спечённая алюминиевая пудра) и САС-1 (спечённый алюминиевый сплав).

САП упрочняется дисперсными частицами окиси алюминия, нерастворимой в алюминии. На частицах чрезвычайно дисперсной алюминиевой пудры в процессе помола её в шаровых мельницах в атмосфере азота с регулируемым содержанием кислорода образуется тончайшая плёнка окислов А1. Помол осуществляется с добавкой стеарина, по мере его улетучивания наряду с дроблением первичных порошков происходит их сращивание в более крупные конгломераты, в результате чего образуется не воспламеняющаяся на воздухе т. н. тяжёлая пудра с плотностью св. 1000 кг/м3. Пудру брикетируют (в холодном и горячем виде), спекают и подвергают дальнейшей деформации - прессованию, прокатке, ковке. Прочность САП возрастает при увеличении содержания первичной окиси алюминия (возникшей на первичных порошках) до 20-22%, при большем содержании снижается. Различают (по содержанию А12О3) 4 марки САП (6-9% - САП1; 9,1-13% - САП2; 13,1-18% - САПЗ; 18,1-20% - САП4). Длит, выдержки САП ниже темп-ры плавления мало влияют на его прочность. Выше 200-250°С, особенно при больших выдержках, САП превосходит все А. с., напр, при 500°С предел прочности сигмаb = 50-80 Мн/м2 (5- 8 кгс/мм ). В виде листов, профилей, поковок, штамповок САП применяется в изделиях, где нужна высокая жаропрочность и коррозионная стойкость. САП содержит большое количество влаги, адсорбированной и прочно удерживаемой окисленной поверхностью порошков и холоднопрессованных брикетов. Для удаления влаги применяется нагрев в вакууме или нейтральной среде неск. ниже темп-ры плавления алюминиевых порошков или холоднопрессованных брикетов. Дегазация САП повышает его пластичность, и он удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой.

САС-1, содержащий 25% Si и 5% Ni (или Fe), получают распылением жидкого сплава, брикетированием пульверизата, прессованием и ковкой прутков. Мельчайшие кристаллики Si и FeAl3(NiAl3), воздействуя на матрицу, упрочняют сплав, повышают модуль упругости и пластичность, снижают коэфф. линейного расширения; этот эффект тем больше, чем мельче твёрдые частицы и меньше просвет между ними. Этот А. с. характеризуется низким коэфф. линейного расширения и повыш. модулем упругости. По этим характеристикам порошковые сплавы заметно превосходят соответствующие литейные А. с.

Литейные А. с. по объёму произ-ва составляют ок. 20% (США, 1967). Для них особенно важны литейные характеристики - высокая жидкотекучееть, малая склонность к образованию усадочных и газовых пустот, трещин, раковин. А. А. Бочвар установил, что эти свойства улучшаются при сравнительно высоком содержании в сплаве легирующих элементов, образующих эвтектику, что приводит, однако, к нек-рому повышению хрупкости сплавов. Важнейшие литейные А. с. содержат св. 4,5% Si (т. н. силумивы). Введение гомеопатич. (сотые доли процента) доз Na позволяет модифицировать структуру доэвтектических и эвтектических силуминов: вместо грубых хрупких кристаллов Si появляются кристаллы сфероидальной формы и пластичность сплава существенно возрастает. Силумины (табл. 3) охватывают двойные сплавы системы Al-Si (АЛ2) и сплавы на основе более сложных систем: Al-Si-Mg (АЛ9), Al-Si-Cu (АЛЗ, АЛ6); Al-Si-Mg-Си (АЛ5, АЛЮ). Сплавы этой группы характеризуются хорошими литейными свойствами, сравнительно высокой коррозионной стойкостью, высокой плотностью (герметичностью), средней прочностью и применяются для сложных отливок. Для борьбы с газовой пористостью силуминов Бочвар и А. Г. Спасский разработали оригинальный и эффективный способ кристаллизации отливок под давлением.

Табл. 2.- Химический состав и механические евойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов (1Мн/м2~0,1 кгс/мм2; 1 кгс/мм2 ~ 10 Мн/м2)
Марка сплава Основные элементы (% по массе)1 Полуфабрикаты2 Типичные механич. свойства3
Си Mg Zn Si Mn предел прочност и сигмаb Мн/мг предел текучести сигма0,2 относит, удлинение дельта, %
АМг1 < 0,01 0,5-0,8 _ < 0,05   л 120 50 27,0
АМг6 < 0,1 5,8-6,8 < 0,2 < 0,4 0,5-0,8 Л, Пл, Пр, Пф 340 170 20,0
АД31 < 0,1 0,4-0,9 < 0,2 0,3-0,7 < 0,1 Пр (Л, Пф) 240 220 10,0
АДЗЗ 0,15-0,4 0,8-1,2 < 0,25 0,4-0,8 <0,15 Пф (Пр, Л) 320 260 13,0
АВ 0,2-0,6 0,45-0,9 < 0,2 0,5-1,2 0,15-0,35 Л, Ш, Т, Пр, Пф 340 280 14,0
АК6 1,8-2,6 0,4-0,8 < 0,3 0,7-1,2 0,4-0,8 Ш, Пк, Пр 390 300 10,0
АК8 3,9-4,8 0,4-0,8 < 0,3 0,6-1,2 0,4-1,0 Ш, Пк, Пф, Л 470 380 10,0
Д1 3,8-4,8 0,4^0,8 < 0,3 < 0,7 0,4-0,8 Пл (Л, Пф, Т), Ш, Пк 380 220 12,0
Д16 3,8-4,9 1,2-1,8 < 0,3 < 0,5 0,3-0,9 Л (Пф, Т, Пв) 440 290 19,0
Д19 3,8-4,3 1,7-2,3 < 0,1 < 0,5 0,5-1,0 Пф (Л) 460 340 12,0
В65 3,9-4,5 0,15-0,3 < 0,1 < 0,25 0,3-0,5 Пв 400   20,0
АК4-14 1,9-2,5 1,4-1,8 < 0,3 < 0,35 < 0,2 Пн, Пф (Ш, Пл, Л) 420 350 8,0
Д20 6,0-7,0 < 0,05 < 0,1 < 0,3 0,4-0,8 Л, Пф (Пн, Ш, Пк, Пр) 400 300 10,0
ВАД236 4,9-5,8 < 0,05 < 0,1 < 0,3 0,4-0,8 Пф (Пр, Л) 550 500 4,0
014206 < 0,05 5,0-6,0 -- < 0,007 0,2-0,4 Л (Пф) 440 290 10,0
В92 < 0,05 3,9-4,6 2,9-3,6 < 0,2 0,6-1,0 Л (Пл, Пс, Пр, Пк), Ш, Пф 450 320 13,0
0,19157 < 0,1 1,3-1,8 3,4-4,0 < 0,3 0,2-0,6 Л, (Пф) 350 300 10,0
В93 0,8-1,2 1,6-2,2 6,5-7,3 < 0,2 < 0,1 Ш, (Пк) 480 440 2,5
В95 1,4-2,0 1,8-2,8 5,0-7,0 < 0,5 0,2-0,6 Л, Пд, Пк, Ш, Пф, Пр 560 530 7,0
В96 2,2-2,8 2,5-3,5 7,6-8,6 < 0,3 0,2-0,5 Пф (Пн, Пк, Ш) 670 630 7,0
Примечания. 1 Во всех сплавах в качестве примесей присутствуют Fe и Si; в ряд сплавов вводятся малые добавки Cr, Zr, Ti, Be. 2 Полуфабрикаты: Л - лист; Пф - профиль; Пр - пруток; Пк - покввка; Ш - штамповка; Пв - проволока; Т - трубы; Пл - плиты; Пн - панели; Пс - полосы; Ф - фольга. 3 Свойства получены по полуфабрикатам, показанным без скобок. 4 С добавкой 1,8 - 1,3 % Ni и 0,8 - 1,3 % Fe. 5 С добавкой 1,2 - l,4% Li. 0С добавкой 1,9 - 2,3% Li. 7C добавкой 0,2 - 0,4% Fe.

К сплавам с высоким содержанием Mg (свыше 5% ) относятся двойные А1-Mg (АЛ8), сплавы системы Al-Mg-Si с добавкой Мп (АЛ 13 и АЛ28), Be и Ti (АЛ22). Сплавы этой группы коррозион-ностойки, высокопрочны и обладают пониженной плотностью. Наиболее высокопрочен сплав АЛ8, но технология его изготовления сложна. Для уменьшения окис-ляемости в жидком состоянии в него вводится 0,05-0,07% Be, а для измельчения зерна - такое же количество Ti, в формовочную смесь для подавления реакции металла с влагой добавляется борная к-та. Сплав АЛЗ отливается гл. обр. в земляные формы. Сплавы АЛ13 и АЛ28 имеют лучшие литейные свойства, но меньшую прочность и не способны упрочняться термич. обработкой; они отливаются в кокиль под давлением и в землю. Длит, низкотемпературные нагревы могут привести к ухудшению коррозионной стойкости литейных А. с. с высоким содержанием Mg.

Табл. 3. - Химический состав и механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов ( 1 Мн/м2 ~ 0 , 1 кгс/мм2 ; 1 кгс/мм2 ~10 Мн/м2)
  Элементы (% по массе)   Типичные механич. свойства
Марка сплава         Вид литья1 предел прочности Мн/мг предел текучести Мн/м2 относит, удлинение , %
  Си Mg Мп Si
АЛ8   9,5-11,5 0,1 0,3 3, В, О 320 170 11,0
АЛ 2 0,8   0,5 10-13 Все виды литья 200 110 3,0
АЛ9 0,2 0,2-0,4 0,5 6-8 " " " 230 130 7,0
АЛ 4 0,3 0,17-0,3 0,25-0,5 8-10,5 " " " 260 200 4,0
АЛ5 1,0-1,5 0,35-0,6 0,5 4,5-5,5 " " " 240 180 1,0
АЛЗ 1,5-3,5 0,2-0,8 0,2-0,8 4,0-6,0 Все виды литья, кроме Д . 230 170 1,0
АЛ25 1,5-3,0 0,8-1,2 6,3-0,6 11-13 К 200 180 0,5
АЛЗО 0,8-1,5 0,8-1,3 0,2 11-13 К 200 180 0,7
АЛ 7 4-5 0,03   1,2   230 150 5,0
АЛ1 3,75-4,5 1,25-1,75   0,7 Все виды литья, кроме Д 260 220 0,5
АЛ19 4,5-5,3 20,95 0,6-1,0 0,3 3, О, В 370 260 5,0
АЛ242 0,2 1,5-2,0 0,2-0,5 0,3 3, О, В 290   3,0
Примечание. 1 Виды литья: 3 - в землю; В - по выплавляемым моделям; О - в оболочковые формы; К - в кокиль; Д - под давлением. 2 Zn 3,5-4,5%

Сплавы с высоким содержанием Zn (св. 3%) систем Al-Si-Zn (АЛИ) и А1-Zn-Mg-Си (АЛ24) имеют повышенную плотность и пониженную коррозионную стойкость, но обладают хорошими литейными свойствами и могут применяться без термич. обработки. Широкого распространения они не получили.

Сплавы с высоким содержанием Си (св. 4% ) - двойные сплавы А1-Си (АЛ7) и сплавы тройной системы Аl-Сu-Мn с добавкой Ti (АЛ19) по жаропрочности превосходят сплавы первых трёх групп, но имеют неск. пониженные коррозионную стойкость, литейные свойства и герметичность.

Сплавы системы А1-Сu-Mg-Ni и Al-Cu-Mg-Mn-Ni (АЛ1, АЛ21) отличаются высокой жаропрочностью, но плохо обрабатываются.

Свойства литейных сплавов существенно меняются в зависимости от способа литья; они тем выше, чем больше скорость кристаллизации и питание кристаллизующегося слоя. Как правило, наиболее высокие характеристики достигаются при кокильном литье. Свойства отдельно отлитых образцов могут на 25-40% превосходить свойства кристаллизовавшихся наиболее медленно или плохо питаемых частей отливки. Нек-рые элементы, являющиеся легирующими для одних сплавов, оказывают вредное влияние на другие. Кремний снижает прочность сплавов систем А1-Mg и ухудшает механич. свойства сплавов систем Аl-Si и Аl-Сu. Олово и свинец даже в десятых долях процента значительно понижают темп-ру начала плавления сплавов. Вредное влияние на силумины оказывает железо, вызывающее образование хрупкой эвтектики Al-Si-Fe, кристаллизующейся в виде пластин. Содержание железа регулируется в зависимости от способа литья: оно максимально при литье под давлением и в кокиль и сильно снижено при литье в землю. Уменьшением вредных метал-лич. и неметаллич. примесей в сплавах с применением чистой шихты и рафинирования, введением малых добавок Ti, Zr, Be, модифицированием сплавов и их термич. обработкой можно существенно повысить свойства фасонных отливок из А. с. Рафинирование осуществляется: продувкой газом (хлором, азотом, аргоном); воздействием флюсов, содержащих хлористые и фтористые соли; выдерживанием в вакууме или сочетанием этих способов.

Табл. 4.- Распределение потребления алюминиевых сплавов по отраслям промышленности в США (тыс. т)
Область применения 1962 1965 1967
Строительство 613 846 862
Транспорт 612 838 862
Предметы длительного потребления 290,2 383 381
Электропромышлен- 485 490 576
Машиностроение и приборостроен ие 190,5 258,5 279
Контейнеры и упаковка 175 298 397
Экспорт 188 260,2 415
Всего 2553,7 3373,7 3772

С каждым годом увеличивается объём потребления А. с. в различных отраслях техники (табл. 4). За 5 лет применение А. с. в США увеличилось примерно в 1,6 раза и превышает (1967) по объёму 10% от потребления стали (в СССР за 1966-70 намечено увеличение произ-ва А. с. более чем в 2 раза). Наряду с транспортом (авиация, суда, вагоны, автомобили) А. с. находят огромное применение в строительстве - оконные рамы, стенные панели и подвесные потолки, обои; бурно расширяется использование А. с. для производства контейнеров и др. упаковки, в электропром-сти (провода, кабели, обмотки электродвигателей и генераторов).

Большой интерес представляет распределение произ-ва А. с. по различным видам полуфабрикатов (табл. 5).

Табл. 5.- Объём производства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов в США (тыс. т)
Вид полуфабриката 1955 1960 1965
Листы и плиты 610 630 1238
Фольга 89,9 131,1 184,1
Другие катаные полуфабрикаты 49,9 42,2 74,8
Проволока 28 25,1 38,6
Кабель 71,2 83 195,2
Проволока и кабель с покрытием 18 27,4 58,7
Прессованные полуфабрикаты 309,5 386 700
Волочёные трубы 30,5 27,4 37,6
Сварные трубы 11,6 11,7 42,5
Порошки 16,2 14,9 27,2
Поковки, штамповки 31,9 22,7 43,2
Литьё в землю 75 58,9 124,5
Литьё в кокиль 135,2 117 150
Литьё под давлением 161,1 175 365
Всего 1638 1752,4 3279,4

Лит.: Сваривающиеся алюминиевые сплавы. (Свойства и применение), Л., 1959; Добаткин В. И., Слитки алюминиевых сплавов, Свердловск, 1960; Фридляндер И. Н., Высокопрочные деформируемые алюминиевые сплавы, М., 1960; Колобнев И. Ф., Термическая обработка алюминиевых сплавов, М., 1961; Строительные конструкции из алюминиевых сплавов [Сб. ст.], М., 1962; Алюминиевые сплавы в. 1 - 6, М., 1963 - 69; Альтман М. Б. Лебедев А. А., Чухров М. В. Плавка и литье сплавов цветных металлов М., 1963; Воронов С. М., Металловедение легких сплавов, М., 1965; Аltеnpohl D., Aluminium und Aluminiumle-fierungftn, В.- [и. а.], 1965; L'Alumimum, d. P. Barrand, R. Gadeau, t. 1 - 2, P., 1964; Aluminium, ed. R. Kent Van Horn, v. 1-3, N. Y., 1967. Я. Н. Фридляндер.



 
Большая советская энциклопедия
  [ АННОТАЦИЯ]   [а-абон]   [аборд-авар]   [авач-австрич]   [австрия - автомот]   [автомут-аграм]   [агран-аджз]   [аджи-азер]   [азеф-айя]   [ака-акоп]   [акост-акур]   [акус-алейж]   [алейк-ален]   [алеп-алле]   [алли-альбен]   [альбер-альп]   альт-амап   [амар-амим]   [амин-амуд]   [амул-анан]   [анап-андез]   [андер-анип]   [анис-антен]   [антер-антон]   [антоф-апел]   [апен-апшер]   [ар-аргум]   [аргун-аркт]   [арл-арсен]   [арсин-арха]   [архе-аса]   [асб-ассиз]   [ассим-астроп]   [астрос-атол]   [атом-афил]   [афин-ацет]   [ацид-аяч]