Свойства алюминиевых сплавов: Свойства алюминиевых сплавов – aluminium-guide.com

Свойства алюминиевых сплавов – aluminium-guide.com

За какие свойства алюминия и алюминиевых сплавов их так охотно применяют во всех отраслях промышленности и строительстве?

Коррозионная стойкость

Тонкая естественная оксидная пленка, которая прочно «сцеплена» с основным металлом, обеспечивает многим алюминиевым сплавам значительное сопротивление коррозии во многих атмосферных и химических средах. Особенно отличаются в этом сплавы серий 1ххх, 3ххх, 5ххх и 6ххх.

Рисунок 1 – Влияние легирующих элементов алюминиевых сплавов
на их коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]

Теплопроводность

Алюминий и алюминиевые сплавы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность алюминиевых сплавов более чем в четыре раза выше, чем у углеродистых сталей. Они начинают плавиться при значительно более низкой температуре, чем стали. Температура плавления чистого алюминия составляет около 660 °С, а алюминиевые сплавы в зависимости от степени легирования начинают плавиться при более низких температурах, например, при 515 °С для сплава 2017 (Д1).

Рисунок 2 – Теплопроводность алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Электропроводность

Чистый алюминий и некоторые его сплавы имеют очень высокую электропроводность (низкое электрическое сопротивление), уступая только меди среди металлов, которые применяют в качестве проводников электричества. Вместе с тем, на высоковольтных линиях электропередач, если это позволяет степень загрязненности воздушной атмосферы, применяют именно алюминиевые провода. Они имеют большее поперечное сечение, чем эквивалентные медные провода, однако и вдвое меньший вес, что позволяет, в частности, реже ставить опоры и уменьшать их высоту.

Рисунок 3 – Электрические свойства алюминия [3]

Отношение прочности к весу

Высокое отношение прочность/вес – относительно высокая прочность при низкой плотности – определяет высокую эффективность алюминиевых сплавов и открывает много возможностей для замены более тяжелых металлов без потери (а может быть и с увеличением) несущей способности изделия или детали. Эта особенность алюминиевых сплавов в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью, а также возможности полной переработки после окончания срока службы, обеспечивает им широкое применение производстве контейнеров и в транспортном машиностроении (самолеты, автомобили, пассажирские вагоны).

Рисунок 4 – Объем на единицу веса алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Алюминий при низких температурах

Алюминиевые сплавы, особенно сплавы серий 3ххх, 5ххх и 6ххх идеально подходят для работы при низких температурах. Многочисленные данные подтверждают, что их пластичность и вязкость, также как и прочность, выше при отрицательных температурах, вплоть до абсолютного нуля, чем при «комнатной» температуре.

Рисунок 5 – Прочностные свойства алюминиевого сплава 6061 (АД33),
термически обработанного, искусственно состаренного [3]

Технологическая обработка

Алюминиевые сплавы легко обрабатываются большинством известных технологий обработки металлов и особенно легко поддаются прессованию. Прессованием называется процесс продавливания нагретого металла через матрицу, формирующую профили со сложным поперечным сечением. Иногда, это процесс называют более подходящим именем – экструзия. Это свойство алюминиевых сплавов дает возможность изготавливать из них профили с практически неограниченным разнообразием форм поперечного сечения. Это позволяет располагать металл в тех местах и таким образом, чтобы обеспечивать профилю максимальную несущую способность под воздействием заданных нагрузок.

Методы соединения алюминия

Детали из алюминиевых сплавов соединяют с помощью большого количества способов, включая, сварку, пайку, клепку, винтовые соединения, не говоря о большом разнообразии механических способов. Сварка алюминия может показаться трудной для тех, кто имеет опыт работы только со сталями и попытается перенести его на алюминий. Сварку алюминиевых сплавов считают довольно легкой, когда применяют такие проверенные методы, как дуговая сварка плавящимся электродом (MIG) и вольфрамовым неплавящимся электродом (TIG) в среде инертного газа.

Переработка лома

Важной характеристикой алюминиевых сплавов является то, что их жизненный цикл практически полностью замкнут – они легко поддаются повторному использованию – рециклингу – и, в отличие от других конструкционных материалов, они перерабатываются почти в такую же высококачественную продукцию.

Рисунок 5 – Линия по переработке использованных алюминиевых банок
в слитки для прокатки тонкого листа для изготовления новых банок [3]

Свойства типичные и нормированные

Данные о свойствах алюминия и алюминиевых сплавов, как и других промышленных материалов, бывают двух основных видов:

• типичные (номинальные) и
• нормированные (предельные).

Типичные физические свойства

Физические свойства, такие как:

• коэффициент термического расширения,
• коэффициент теплопроводности,
• электропроводимость,
• электрическое сопротивление и даже
• плотность

практически всегда являются типичными величинами. Их получают по результатам лабораторных испытаний репрезентативных промышленных партий изделий.

Типичные физические свойства алюминиевых сплавов используются как основание для сравнения сплавов и их состояний и не должны применяться для инженерных расчетов.

Типичные физические свойства не являются гарантированными величинами, поскольку в большинстве случаев представляют собой осредненные значения для изделий с различными размерами, формами, и методами изготовления и не могут быть в точности репрезентативными для изделий любых размеров и форм.

Типичные механические свойства

Механические свойства могут быть и типичными, и нормированными.

Типичные значения механических свойств:

• предела прочности,
• предела текучести,
• удлинения,
• твердости,
• усталостной выносливости

– это их средние или медианные значения вблизи пика функций распределения

.

Рисунок 6 – Влияние легирующих элементов на прочность при растяжении, твердость,
чувствительность к надрезу и пластичность [3]

Рисунок 7 – Влияние легирующих элементов алюминиевых сплавов
на их плотность и модуль упругости (модуль Юнга) [3]

Рисунок 8 – Различие явления усталости
между низкоуглеродистой сталью и алюминиевыми сплавами [3]

Эти функции распределения получают при обработке результатов стандартных испытаний выборок образцов из многих промышленных партий изделий. Типичные значения являются репрезентативными для изделий со средним поперечным сечением или толщиной. Они наиболее хорошо подходят для демонстрации соотношений между сплавами и их состояниями. Однако эти данные не годятся для прочностных расчетов конструкций и деталей. Так, типичные величины предела прочности на растяжение, например, не включают их более высоких значений (на 5-10 % выше), свойственных тонким прессованным профилям, а также более низких значений, которые характерны для очень толстых, термически упрочненных изделий.

Нормированные механические свойства

Для прочностных расчетов конструкций и деталей применяют нормированные (предельные) значения механических свойств. Нормированное значение – это значение, характеризующее свойства материала или продукта, которое имеет определенную вероятность не превышения при неограниченной серии испытаний. Это числовое значение, обычно соответствует определенной квантили принятого статистического распределения рассматриваемого материала или продукта.

Предельное значение механических свойств обычно устанавливают на базе принципа, согласно которому 99 % материала партии изделий соответствуют ему с вероятностью 0,95. В большинстве случаев эти предельные значения основаны на нормальном распределении данных. Предельные значения механических свойств обычно используют для расчета деталей или конструкций, а также для приемки промышленных партий.

Осредненные механические свойства

Некоторые прочностные параметры материала (например, модуль упругости, коэффициент ползучести, коэффициент термического расширения) используют в прочностных расчетах и в виде типичных, осредненных величин. В некоторых случаях, например, при оценке устойчивости, применяют более низкое или более высокое значение модуля упругости по отношению к его среднему значению

.

Источники:
1. Aluminium and Aluminium Alloys. – ASM International, 1993.
2. EN1990:2002 Eurocode 0: Basis of structural design.
3. TALAT 1501

 

Сплавы алюминия

Алюминий – самый распространенный металл в земной коре и 13-й элемент в таблице Менделеева. Получают его путем электролиза оксида Al2O3.

Алюминий мягкий и легкий, устойчив к коррозии, плавится при 660 °С, имеет высокую тепло- и электропроводность, серебристо-белый цвет, малую плотность и хорошие прочностные характеристики. Алюминий и сплавы на его основе хорошо поддаются обработке, холодной и горячей деформации.

Какие бывают сплавы алюминия

По принципу использования сплавы алюминия делятся на 2 группы:

1. Деформируемые – при нагреве они приобретают высокую пластичность, хорошо поддаются обработке давлением. Получают их путем добавления в алюминий растворимых в нем легирующих компонентов. Основные из них – Cu, Mn, Mg, Zn, в небольших количествах вводятся Si, Fe, Ni и другие элементы.
2. Литейные – отличаются жидкотекучестью, применяются для фасонного литья заготовок. Для усиления литейных характеристик легируются кремнием.

В зависимости от использования термообработки различают термически упрочняемые и не упрочняемые сплавы. Кроме технически чистого алюминия, для получения сплавов на его основе используются силумины – двойные сплавы с кремнием (10–13% Si) и дополнительными примесями Fe, Ca, Ti, Mn (общее содержание 0,5–1,7%).

В зависимости от используемых легирующих элементов различают:

Сплавы	Свойства
Al-магниевые	Пластичность, хорошая свариваемость, устойчивость к коррозии, высокая усталостная прочность. Содержат до 6% Mg – чем больше, тем прочнее материал.
Al-марганцевые	Прочность, пластичность, стойкость к коррозии, хорошая свариваемость. Легируются Ti, Fe, Si.
Алькусины – Al-Cu-Si	Твердость, отличные технические характеристики. Используются для производства блоков цилиндров и втулочных подшипников.
Al-медные	В термоупрочненном состоянии имеют превосходные механические свойства, но склонны к коррозии, нуждаются в защитных покрытиях. Легируются Si для придания способности к искусственному старению, Fe и Ni для усиления жаропрочности, Mn и Mg для повышения прочности и предела текучести.
Силумины – Al-кремниевые	Легируются Na или Li. Имеют выраженные литейные свойства. Востребованы при декоративном литье, производстве частей бытовых приборов и корпусов механизмов.
Al-Zn-Mg	Прочность, податливость обработке, подверженность коррозии при механическом напряжении – устраняется добавлением в состав меди.
Авиаль – Al-Mg-Si с добавлением Mn, Cu, Cr.	Пластичность, устойчивость к коррозии (повышается при снижении содержания меди до 0,1%). Авиаль подвергается искусственному состариванию и термоупрочнению путем выделения Mg2Si. Используется для изготовления корпусов смартфонов, штампованных и кованых изделий сложной геометрии.

Марки алюминия и его сплавов

Первичный алюминий, используемый для переплавки с целью получения сплавов, бывает:

1. Высокой чистоты (˃99,95% Al) – используется для получения спецсплавов авиационного и космического назначения. Включает марки А95, А97, А98, А99, А995. Числовое обозначение в маркировке обозначает сотые доли в процентном содержании алюминия.
2. Технической чистоты (99–99,85% Al) – применяется для производства сплавов общего назначения. Включает марки А0, А35, А5, А5Е, А6, А7Э, А7Е, А7, А8, А85.

Альтернативный вариант маркировки первичного алюминия – в виде обозначения Pxxxx, где указано предельное содержание кремния и железа в сотых долях процента. Например, Р0506 – первичный Al с содержанием до 0,05% Si и 0,06% Fe.

Сплавы на основе алюминия маркируются по ГОСТ 4784-97 при помощи условных обозначений:

• А – технический Al;
• АВ – авиаль;
• Д – дюраль;
• АК – ковкий;
• В – высокой прочности;
• АЛ – литейный;
• АМг – с магнием;
• АМц – с марганцем;
• САП и САС – спеченные порошки и сплавы.

Далее в маркировке указывается номер марки и литера, отражающая состояние сплава:

• М – мягкий, отожженный;
• Т – подверженный закалке и естественному состариванию;
• Т1 – подверженный закалке и искусственному состариванию при 135–180 °С;
• П – полунагартованный;
• Н – нагартованный;
• А – плакированный, с нанесением чистого слоя Al;
• ПЧ, Ч – содержащий примеси.

Применение

Алюминиевые сплавы востребованы в автомобилестроении, самолетостроении, машиностроении, судостроении, электротехнике, пищевой промышленности, энергетической и строительной отрасли. Они используются для изготовления зеркал, фольги, проводников, бижутерии, столовых приборов, посуды. Из алюминия производят пистолеты, автоматы и другое стрелковое оружие, а в ракетной технике он используется в составе топлива.

Литейные и деформируемые сплавы Al

	Литейные	Деформируемые
Марки	Силумины Al-Si: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34. Хорошо поддаются литью, сварке, анодированию, резке. Дюрали Al-Cu. Сплавы АМг.	Технический. Дюраль с Cu и Mg – Д1, Д2, Д19, Д21. Сплавы АМц. Высокопрочные сплавы с Mg, Zn, Cu – В92, В95. Авиаль АД 31, АД35, АД38. ВАД23. АМг6 и другие магниевые сплавы. Жаропрочные серии АК.
Технология производства	Расплавленный металл подается в литейную форму, соответствующую параметрам создаваемого изделия.	Изначально производятся в виде слитков, а в дальнейшем – приобретают необходимую форму при помощи обработки давлением. Для получения листов и фольги выполняется прокатка. Для получения труб, прутков, профилей – прессование. Сложные детали создают формовкой, а для улучшения механических характеристик – ковкой.

Компания «Металлист» выполняет комплекс услуг по обработке алюминия и его сплавов:

Алюминий и сплавы. Свойства.

Свойства алюминия

Алюминий и его сплавы имеют малую плотность 2,64— 2,89 г/см³. Прочностные же свойства зависят от легирования, тер­мической обработки, степени деформирования и могут достигать высоких значений. По прочности многие алюминиевые сплавы не уступают конструкционным сталям.

Чистый алюминий (суммарное содержание примесей не более 0,05%) имеет гранецентрированную кубическую решетку с пара­метрами 4,04 А. Температура его плавления 659,8—660,2° С, температура кипения 1800—2500° С.

Для сплавов алюминия электропроводность составляет 30—50% электропроводности меди, а для чистого алюминия 62—65% электропроводности меди.

Алюминий окисляется с образованием окисной пленки Аl₂0₃, которая защищает его от дальнейшего окисления,Химический состав деформируемых и литейных алюминиевых сплавов по ГОСТам 4784—65 и 2685—63.

Из алюминиевых сплавов в основном изготовляют конструк­ции, работающие при сравнительно низких температурах не свыше 350° С. Так дуралюмин используют для работы при темпе­ратурах не более 200° С, сплавы типа В95 до 125° С, авиали до 80—100° С при длительной работе и до 200° С при кратковре­менной. Специальные сплавы САП (спеченный алюминиевый поро­шок) применяют и для работы при более высоких температурах. До температуры 100° С кратковременные механические свойства меняются мало. Обращает внимание высокое относительное удли­нение алюминиевых сплавов при низких температурах.

Характеристики длительной проч­ности термически не упрочняемых сплавов обычно ниже, чем тер­мически упрочняемых.

Длительные выдержки сплавов типа авиаль при температурах свыше 80—100° С приводят к их упрочнению и снижению пласти­ческих свойств. Исследованиями, проведенными авторами, уста­новлено, что относительное удлинение снижается при указанных условиях с 20—25% (исходное состояние после закалки и есте­ственного старения) до 1—2%. Подобное ухудшение свойств, при которых возможно хрупкое разрушение конструкций, яв­ляется существенным препятствием применения сплавов такого типа для работы при температурах выше 80° С.

 

Циклическая прочность 

Циклическая прочность деформируемых сплавов при симме­тричном изгибе на базе 5*10⁸циклов составляет 3,5 кГ/мм² для сплава А ДМ, 4,2—6,3 кГ/мм² для сплава АДН, 5—6,5 кГ/мм² для сплава АМцАМ, 15 кГ/мм² для сплава В95.

Области применения литейных сплавов различны. Сплавы группы I рекомендуют для литья в песчаные формы, кокиль и для литья под давлением. Сплав АЛ22 обычно применяют в закален­ном состоянии, а сплав АЛ23 и АЛ29 — в литом. Сплавы группы II имеют высокие литейные свойства благодаря наличию в сплавах двойной эвтектики, которая уменьшает также литейную усадку и склонность к образованию горячих трещин. Сплавы AЛ2, АЛ4 и АЛ9 обладают повышенной коррозионной стойкостью, поэтому их применяют для изделий, работающих во влажной и морской средах. С целью получения заданных механических свойств отливки подвергают термической обработке по различ­ным режимам.

Сплавы группы III обладают высокими механи­ческими свойствами, особенно пределом текучести и повышенной жаропрочностью. У этих сплавов пониженные литейные свойства и коррозионная стойкость, кроме того, они склонны к образова­нию горячих трещин. Для выполнения отливок сложной формы такие сплавы не рекомендуют. Сплав АЛ7 применяют для деталей, испытывающих средние нагрузки и температуры не свыше 200° С. Сплав АЛ 19 по сравнению с АЛ 17 имеет более высокую жаропроч­ность (в 2 раза), и применяют его для силовых деталей в условиях статических и ударных нагрузок при температурах до 300° С.

Сплавы группы IV применяют для всех способов литья. По ли­тейным свойствам они менее технологичны, чем сплавы II.

Сплавы группы V применяют для самых разнообразных дета­лей, работающих при высоких температурах. К этой группе относятся также самозакаливающиеся сплавы.

 

Механические свойства

Механические свойства всех вышеуказанных, литейных спла­вов зависят от режимов термической обработки, определяющей структурное и фазовое состояние сплавов.

Высокая коррозионная стойкость алюминия объясняется обра­зованием окисиой пленки Аl₂0₃. Коррозионная стойкость алю­миния зависит от влияния агрессивной среды на растворимость защитной окисной пленки, от чистоты обработки поверхности и режима термической обработки. Чистый алюминий обладает высокой стойкостью в сухом и влажном воздухе. В азотной кислоте концентрации 30—50% при увеличении температуры скорость коррозии алюминия возрастает. При концентрации азотной кис­лоты выше 80% коррозия резко снижается. Алюминий обладает высокой стойкостью в разбавленной серной кислоте и в концен­трированной при 20° С. Средние концентрации серной кислоты (более 40%) наиболее опасны для алюминия. При комнатных тем­пературах алюминий устойчив в фосфорной и уксусных кислотах. Такие, как муравьиная, щавелевая, трихлоруксусная и другие хлороорганические кислоты значительно разрушают алюминий. В растворах едких щелочей окисная пленка алюминия раство­ряется. Растворы углекислых солей калия и натрия оказывают меньшее влияние на скорость коррозии алюминия.

Алюминий при температурах до 300° С обладает хорошей стойкостью в жидких металлических средах, например, натрии.

Коррозионная стойкость алюминия в воде и водяном паре при повышенных температурах (выше 200° С) зависит от чистоты алюминия. Если происходит движение среды, то скорость корро­зии повышается в 10—60 раз.

Основными видами коррозии алюминиевых сплавов является межкристаллитная коррозия и коррозия под напряжением. Для повышения коррозионных свойств применяют защитные покрытия, такие, как плакирование, оксидные пленки, лакокрасочные по­крытия, смазки, хромовые или никель-хромовые гальванические покрытия.

 

Технология производства

Технология производства и термическая обработка могут оказывать существенное влияние на коррозионные свойства спла­вов. Сплавы АД, АД1, АМц, АМг2 и АМгЗ мало чувствительны к методам производства. Коррозионная стойкость сплавов АМг5, АМгб во многом зависит от методов производства. У этих сплавов при длительном нагреве на 60—70° С проявляется склонность к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением.

Сплавы Д1, Д18, Д16 и типа В95 имеют пониженную корро­зионную стойкость. Подобные сплавы применяют с соответствую­щей защитой от коррозии. Сплавы типа авиаль обладают высокой коррозионной стойкостью в воде высокой чистоты с до­бавлением углекислого газа при температурах до 100° С.

При изучении влияния облучения на некоторые характеристики алюминия установлено, что после облучения интегральным пото­ком 1,1 х 10¹⁹ нейтрон/см² при 80° С критическое напряжение сдвига увеличивается в 5 раз. При этом электросопротив­ление алюминия повышается на 30%. Влияние облучения на электрическое и критическое сопротивления сдвигу снимается при температуре около 60° С.

Из разработанных свариваемых, термически обрабатываемых, самозакаливающихся при сварке сплавов, наиболее характерны сплавы системы Аl—Zn—Mg. Однако, обладая удовлетвори­тельными прочностными свойствами, они склонны к коррозии под напряжением и замедленному разрушению. Такая склонность вызвана переходом от зонной к фазовой стадии старения даже при комнатных температурах эксплуатации сварных соединений. Поэтому сплавы системы Аl—Zn-Mg можно применять в усло­виях низких температур, исключающих переход к фазовому ста­рению при низком уровне сварочных напряжений. Содержание цинка и магния должно быть при этом минимальным.

 

Высокая стойкость 

К самозакаливающимся сплавам относится сплав 01911, по химическому составу он является среднелегированным сплавом системы Аl—Zn-Mg. Высокая стойкость против коррозии под напряжением обеспечивается суммарным содержанием цинка и магния до 6,5% и дополнительным введением марганца, хрома, меди и циркония. Причем медь ухудшает свариваемость сплава, поэтому для его сварки применяют проволоку марки 01557, аналогичную по химическому составу сплаву АМг5, но с добавкой циркония й хрома. Сплавы Д20 и АК8 достаточно прочны, но имеют низкую общую коррозионную стойкость. Они обладают высокой стойкостью против коррозии под напряжением и замедленного разрушения.

Перспективными являются спеченные сплавы. К числу жаро­стойких относятся сплавы типа САП, которые можно применять для конструкций, работающих при температурах до 400—500° С. САП содержит до 13% тугоплавкой окисной фазы, поэтому тем­пература плавления его очень высокая (2000° С).

Из сплавов САП-1 (6,0—9,0% А1₂0₃) и САП-2 (9,1 — 13,0% А1₂0₃) изготовляют такие же полуфабрикаты, как из алю­миниевых сплавов. Сплав САП-3 применяют только для прессо­ванных полуфабрикатов. Наибольшая масса прессованных полу­фабрикатов до 400 кг. Размеры изготовляемых листов 1000 X Х7000 мм при толщине от 0,8 до 10 мм.

Сплавы имеют высокие прочностные свойства. Так у сплава САП-1 при 20° С о_в = 35 кГ/мм², а у САП-3  40 кГ/мм². Подобными свойствами обладает сплав САС-1 (25—30% Si и 7% Nі), получаемый из распыленного порошка. Он износостоек, достаточно прочен (<т_а = 25,0-28,0 кГ/мм²), имеет коэффициент линейного расширения, близкий к стали, и высокий модуль упру­гости.

Сплавы САС-1 и САП не склонны к коррозии под напряжением и замедленным разрушениям. Сплав САП можно применять при сравнительно высоких температурах эксплуатации. При сварке этих сплавов обычно применяют присадочную проволоку марки АМг6.

 

Материалы с сатйа: http://ruswelding.com

 

Алюминий: опыт применения

В последние годы алюминий получил широкое применение в промышленности благодаря своему низкому весу и ряду других качеств, которые делают его привлекательной альтернативной стали. Более того, по прогнозам рынок сварки алюминия будет продолжать расти со скоростью 5,5% в год, в частности, из-за продолжающегося распространения алюминия в автомобильной области.

В том, что касается сварки, алюминий уникален. Он имеет свои особенности и не стоит надеяться, что для работы с алюминием Вам хватит опыта работы со сталью. Например, алюминий имеет высокую теплопроводимость и низкую температуру плавления, которые при несоблюдении должных процедур сварки легко приводят к прожиганию и деформациям.

В этой статье мы рассмотрим различные легирующие элементы и их влияние на свойства алюминия, затем поговорим о сварочных процедурах и оптимальных параметрах сварки. Наконец, мы рассмотрим несколько технологических инноваций, которые могут сделать сварку алюминия немного проще.

Легирующие элементы

Чтобы понять алюминий, сначала нужно разобраться с металлургией алюминиевых сплавов. Алюминий может иметь множество первичных и вторичных легирующих элементов, которые придают ему улучшенные механические характеристики, коррозионную стойкость и/или упрощают сварку.
Первичные легирующие элементы алюминиевых сплавов — это медь, кремний, марганец, магний и цинк. Перед тем, как начать говорить о них более подробно, нужно отметить, что сплавы делятся на два типа: пригодные к тепловой обработке и не пригодные.

 

Пригодность к тепловой обработке
Сплавы, пригодные к тепловой обработке, после сварки можно нагреть до определенной температуры, чтобы восстановить утраченные во время сварки механические характеристики. Тепловая обработка сплава подразумевает нагревание до достаточно высокой температуры, чтобы легирующие элементы перешли в состояние твердого раствора, и затем контролируемого охлаждения для образования перенасыщенного раствора. Следующий этап процесса — поддерживание низкой температуры в течение времени, достаточного для отложения нужного объема легирующих элементов.

В случае сплавов, непригодных к тепловой обработке, механические характеристики можно улучшить за счет холодной обработки или упрочнения под механическими нагрузками. Для этого в структуре металла должны произойти механические деформации, которые вызывают повышение сопротивления деформации и снижение жидкотекучести.

 

 

Другие различия
Алюминиевые сплавы могут иметь следующие обозначения  в зависимости от состояния термообработки: F = после отливки, O = отожженное, H = после механического упрочнения; W = с тепловым растворением и T = после термообработки, которая может подразумевать собственно температурную обработку или старение холодной обработкой. Например, сплав может иметь обозначение 2014 T6. Это значит, что в его состав входит медь (серия 2XXX), а T6 указывает на то, что сплав прошел термообработку и искусственное старение.

В рамках этой статьи мы будем говорить только о пластичных сплавах, то есть алюминиевых сплавах, раскатанных из заготовки или отштампованных по формам заказчика. Учтите, что сплавы также могут быть литыми. Литые сплавы используются для изготовления деталей из расплавленного металла, который заливают в формы. Литые сплавы могут быть дисперсионно-твердеющими, но никогда — твердеющим под механическими нагрузками. Пригодность к сварке таких сплавов зависит от типа литья — в многократную форму, под давлением или в песчаную форму — так как для сварки важна поверхность материала. Литые сплавы обозначаются трехзначным числом с одним десятичным знаком, например, 2xx.x. Для сварки пригодны алюминиевые литые сплавы 319.0, 355.0, 356.0, 443.0, 444.0, 520.0, 535.0, 710.0 и 712.0.

Легирующие элементы
Теперь, когда мы разобрались с основной терминологией, давайте поговорим о различных легирующих элементах.:

Медь (имеет обозначение серии пластичных сплавов 2XXX) обеспечивает алюминию улучшенные механические характеристики. Эта серия сплавов пригодна для тепловой обработки и в основном используется для изготовления деталей авиационных двигателей, заклепок и крепежа. Большинство сплавов серии 2ХХХ плохо подходит для дуговой сварки из-за склонности к горячему растрескиванию. Эти сплавы серий обычно сваривают материалами серий 4043 или 4145, которые имеют низкую температуру плавления и снижают вероятность горячего растрескивания. Исключениями из этого правила являются сплавы 2014, 2219 и 2519, для которых хорошо подходит проволока 2319.

Марганец (серия 3XXX) при добавлении в алюминий образует непригодные к тепловой обработке сплавы для наплавки и производства общего назначения. Сплавы серии 3ХХХ имеют средние механические характеристики и используются для производства формовкой, в том числе листового алюминия для автотрейлеров и бытового применения. С помощью упрочнения под механическими нагрузками этим сплавам можно придать нужную жидкотекучесть и антикоррозионные свойства. Сплавы серии 3ХХХ не склонны к образованию горячих трещин и хорошо поддаются сварке. Для этого обычно используются материалы серий 4043 или 5356. Впрочем, невысокие механические характеристики не позволяют использовать их для изготовления металлоконструкций.

Кремний (серия 4XXX) позволяет снизить температуру плавления алюминия и улучшить жидкотекучесть. В основном эта серия используется в качестве присадочного материала. Сплавы 4ХХХ отличаются высокими сварочно-технологическими характеристиками и считаются не пригодными к термообработке. В частности, сплав 4047 стал предпочтительным выбором в автомобильной промышленности, потому что он обладает очень высокой жидкотекучестью и хорошо подходит для пайки и сварки.

Магний (серия 5XXX) при добавлении в алюминий обеспечивает высокие сварочно-технологические характеристики с минимальным снижением механических свойств и устойчивость к образованию горячих трещин. Более того, серия 5ХХХ имеет самые высокие сварочно-технологические характеристики среди всех алюминиевых сплавов, не пригодных к тепловой обработке. Благодаря коррозионной устойчивости эти сплавы используют для изготовления резервуаров для химикатов и сосудов высокого давления и температуры, а также металлоконструкций, железнодорожных вагонов, самосвалов и мостов. При сварке с присадочными материалами серии 4ХХХ они теряют жидкотекучесть из-за образования Mg2Si.

Кремний и магний (серия 6XXX) — в этой серии сплавов используются оба этих легирующих элемента. В основном они применяются в автомобильной, трубной, железнодорожной и строительной отрасли, а также для штамповки выдавливанием. Серия 6ХХХ несколько склонна к горячему растрескиванию, но эту проблему можно решить, правильно подобрав сварочные материалы. Сплавы этой серии можно сваривать материалами серий 5XXX и 4XXX без риска трещин – однако для этого необходимо обеспечить должное разбавление основного материала присадочным. Чаще всего для этого используют материалы 4043.

 

 

Цинк (серия 7XXX) при добавлении в алюминий вместе с магнием и медью образует пригодный к тепловой обработке сплав с самыми высокими механическими характеристиками. В основном используется в авиационной отрасли. Сплавы серии 7ХХХ часто плохо подходят для сварки из-за склонности к образованию трещин (из-за широкого температурного интервала плавления и низкого солидуса). Сплавы 7005 и 7039 пригодны для сварки присадочными материалами серии 5ХХХ.

Другие элементы (серия 8XXX) — в эту серию включены все остальные легирующие элементы алюминиевых сплавов (например, литий). Большинство из этих сплавов редко подвергаются сварке, хотя они отличаются очень высокой жесткостью и в основном используются в аэрокосмической отрасли. В качестве присадочного материала для этих сплавов используется серия 4ХХХ.

Чистый алюминий (серия 1XXX) — алюминий без легирующих элементов считается непригодным к тепловой обработке и в основном используется для изготовления резервуаров и труб для химикатов ввиду его высокой коррозионной устойчивости. Эти материалы также часто используют в электрических шинах благодаря высокой электропроводимости. Для сварки серии 1ХХХ хорошо подходят сплавы 1070, 1100 и 4043.

Помимо основных легирующих элементов, также существует и множество вторичных, куда входят хром, железо, цирконий, ванадий, висмут, никель и титан. Эти элементы могут придать алюминию коррозионную устойчивость, повышенные механические характеристики и пригодность к тепловой обработке.

Физические свойства
После того, как мы разобрались с металлургией алюминиевых сплавов, давайте рассмотрим физические свойства алюминия и того, как они соотносятся с другими металлами, например, сталью.

 

 

 

Главная причина настолько широкого распространения алюминия — это его физические свойства. Например, алюминий в три раза легче стали и в то же время при соответствующем легировании имеет более высокую прочность. Он проводит электричество в шесть раз лучше углеродистой стали и почти в 30 раз лучше нержавеющей стали. Высокая проводимость делает влияние вылета проволоки в режиме MIG менее значительной по сравнению со сталью.

 

Кроме того, алюминий имеет высокую коррозионную устойчивость, легко меняет форму и соединяется, а также нетоксичен и может использоваться в пищевой отрасли. Так как это немагнитный металл, во время сварки можно не опасаться отклонения дуги. Благодаря в 5 раз более высокой теплопроводимости по сравнению со сталью алюминий легко поддается сварке в сложных пространственных положениях. Впрочем, алюминий имеет свои недостатки, так как он быстро отводит тепло, что затрудняет сплавление и снижает глубину проплавления.

Так как алюминий имеет низкую температуру плавления — 660 градусов Цельсия (в два раза меньше, чем у стали) — при том же диаметре проволоки для его плавления требуется намного меньшая сила тока. Более того, при равной силе сварочного тока скорость расплавления проволоки примерно в два раза выше стали.

Химические свойства
В том, что касается химического состава, алюминий имеет высокую способность к растворению атомов водорода в жидкой форме и низкую — при температуре затвердевания. Это означает, что даже небольшое количество растворенного в жидком наплавленном металле водорода после затвердевания алюминия будет стремиться выйти из металла, что приведет к образованию пористости.

Кроме того, при механической обработке алюминий вступает в реакцию с кислородом и мгновенно образует слой оксида алюминия. Этот слой очень пористый и может легко удерживать в себе влагу, масло и другие материалы. Пленка оксида обеспечивает хорошую коррозионную устойчивость, но перед сваркой ее следует удалить, так как из-за высокой температуры плавления (2050°C) она ограничивает глубину проплавления. Для этого применяются механическая очистка, растворители, химическая очистка и травление.

 

 

Механические свойства
Механические свойства алюминия, например, предел текучести, предел прочности и относительное удлинение, зависят от комбинации основного металла и сварочных материалов. При сварке шва с разделкой кромок прочность соединения зависит от зоны теплового воздействия. В случае непригодных к тепловой обработке сплавов зона теплового воздействия окажется полностью отожжена и зона теплового воздействия станет самым слабым местом. Для полного отжига пригодных к тепловой обработке сплавов требуется намного больше времени при температуре отжига в сочетании с медленным охлаждением, поэтому надежность сварного шва в этом случае падает меньше. Такие аспекты, как предварительный подогрев, отсутствие охлаждения меду проходами сварки и лишнее тепло из-за низкой скорости сварки или поперечных колебаний, увеличивают как пиковую температуру, так и длительность воздействия повышенной температуры, что увеличивает риск падения механических характеристик.

При угловой сварке механические характеристики зависят от состава используемых сварочных материалов. При изготовлении металлоконструкций использование 5ХХХ вместо 4ХХХ может обеспечить в два раза более высокую прочность.

Сплавы, непригодные к тепловой обработке, имеют высокую жидкотекучесть при использовании сварочных материалов той же серии, хотя при сварке материалами серии 4ХХХ жидкотекучесть становится меньше. Пригодные к тепловой обработке сплавы обычно имеют из-за нее низкую жидкотекучесть.

 

   

 

О металлургии подробнее
После того, как мы обсудили основные положения о металлургии алюминия, давайте применим эту информацию к практической сварке сплава. Сначала мы рассмотрим технологию, которая позволяет получить наилучшее качество сварки алюминия и решить такие распространенные проблемы, как недостаточное проплавление, высокий уровень разбрызгивания, прожигание и пористость.

Современные инверторные сварочные аппараты с запатентованной технологией управления формой волны сварочного тока компании Линкольн позволяют точно регулировать характеристики формы волны, чтобы оптимальным образом контролировать перенос капель расплавленного металла. Это помогает снизить разбрызгивание из-за низкой плотности алюминия, в то время как импульсы пикового тока обеспечивают должную глубину проплавления.

Кроме того, так как изменение химического состава оказывает большое влияние на физические характеристики сплава, эта возможность позволяет индивидуально подобрать форму волны для каждого конкретного сплава с учетом физических характеристик металла.

Так как алюминий имеет высокую способность к растворению водорода в жидком виде и низкую — при застывании, можно разработать пульсирующую форму волны, которая позволит сократить длину волны за счет снижения силы сварочного тока и риска возникновения пористости.

Недавно компания Линкольн вывела эту технологию на новый уровень благодаря программе Wave Designer Software®. Она позволяет сварочным инженерам и сварщикам в реальном времени корректировать и изменять текущую форму волны сварочного тока подключенного к сети аппарата на собственных персональных компьютерах. При использовании в сочетании с инверторными сварочными аппаратами это позволяет обеспечить высокое качество сварки в любых условиях.

Новые методы сварки
Применение источников питания на падающей ВАХ для сварки алюминия в защитном газе имеет долгую и успешную историю. При сварке алюминия падающая ВАХ позволяет обеспечить высокоэнергетический струйный перенос металла, который стабильно и равномерно реагирует на изменения собственно силы сварочного тока, несмотря на колебания длины дуги. В результате падающая ВАХ обеспечивает равномерную глубину проплавления по всей длине шва.

Совершенствование контроля дуги привело к появлению инверторных источников питания с программным управлением. «Оптимизация» характеристик дуги программными методами при MIG-сварке алюминия вышла на новый уровень благодаря разработанной компанией Линкольн Электрик технологии управления формой волны. В этом импульсном режиме с высокоскоростным синергетическим управлением падающая вольт-амперная характеристика модифицируется так, чтобы обеспечить несколько преимуществ при сварке алюминия. Например, сюда входит повышенный сварочный ток в момент пика импульса. Пики импульсов позволяют обеспечить равномерный профиль проплавления по всей длине шва. Также при этом снижается разбрызгивание, улучшается жидкотекучесть сварочной ванны, что позволяет увеличить скорость сварки, и снижается тепловложение и связанный с ним риск деформаций.

Технология управления формой волны выводит импульсную сварку на новый уровень. Она позволяет пользователю создать индивидуальную, «идеальную» для каждой конкретной задачи форму волны. Эта технология и ее возможности индивидуальной настройки поддерживается высокотехнологичными источниками питания, например, инверторными моделями семейства Power Wave®. Аппараты Power Wave можно использовать двумя способами. Оператор может выбрать предустановленную форму волны для сварки алюминия или же создать собственную с помощью программы Wave Designer™. Индивидуально разработанные формы волны затем переносятся с компьютера на аппарат Power Wave.

Анатомия формы волны
Но что именно представляет собой технология управления программы Wave Designer Pro? Благодаря этой технологии источник питания мгновенно регулирует сварочный ток по заданной программе. Учтите, что «форма волны» позволяет влиять на поведение каждой отдельной капли расплавленного присадочного материала. Область ниже формы волны отражает энергию, прилагаемую к этой капле. При струйном переносе металла сила тока на несколько миллисекунд увеличивается настолько, чтобы расплавить металл. В этот момент формируется и отделяется капля металла, которая затем начинает движение вдоль дуги. Теперь в период спуска капли к ней можно приложить дополнительную энергию, которая позволила бы сохранить или увеличить ее жидкотекучесть. После этого импульс переходит в фазу фонового тока, которая позволяет поддержать дугу, охладить материал и подготовиться к следующему пику.

Давайте рассмотрим форму волны подробнее. Фаза возрастания (А) — это период увеличения силы тока до пиковой (измеряется в амперах в миллисекунду), в течение которого формируется расплавленная капля на кончике электрода. По достижении пикового значения капля отделяется. Процентная доля «превышения» (B) придает дуге дополнительную жесткость и способствует отделению расплавленной капли от электрода. Длительность пиковой фазы (C) влияет на размер капли: чем она меньше, тем больше становится капля. С этого момента отделившаяся капля зависит от энергии, подаваемой на фазе убывания. Эта фаза состоит из периодов снижения пикового тока (D) и финального тока (E). Период снижения пикового тока позволяет при необходимости увеличить энергию расплавленной капли. Это улучшает жидкотекучесть сварочной ванны в период снижения пикового тока. Фаза финального тока начинается после снижения пикового. Она влияет на стабильность анода и регулировка силы финального тока может помочь избавиться от избыточного распыления мелких капель. С этого момента ток переходит к фоновому значению (F), которое позволяет сохранить дугу. Чем меньше длительность фазы фонового тока, тем больше частота пульсации. Чем выше частота пульсации, тем выше становится средняя сила тока. С другой стороны, увеличение частоты приведет к более сфокусированной дуге.

Форма волны также зависит от «адаптивной характеристики» импульсной MIG-сварки с синергетическим управлением. Адаптивность подразумевает способность дуги сохранять заданную длину дуги несмотря на изменения вылета электрода. Это важный аспект для стабильной сварки и надежности соединения.

Оптимизация сварки через регулировку формы волны
Регулировка формы волны сварочного тока позволяет получить необходимую скорость сварки, хороший внешний вид шва, упростить очистку поверхности после сварки и сократить уровень выделения дыма. Настоящая сила этой технология заключается в возможности самому настраивать форму волны  в программе Wave Designer Pro и том, насколько легко это сделать. Пользователь может в реальном временем менять дугу простым движением мыши в привычной среде PC Windows™. Пятиканальная панель ArcScope позволяет просматривать сделанные изменения, в том числе пиковые значения тока и напряжения, а также расчетное тепловложение. ArcScope собирает данные с частотой 10 КГц. «то ценное опциональное дополнение к программе Wave Designer. ArcScope дает сварочному инженеру визуальное представление разработанной им формы волны. После проведения оценки он может внести поправки.

Например, при сварке тонколистового алюминия технология управления формы волны поможет уменьшить тепловложение, деформации, разбрызгивание, устранить несплавление и прожигание. Это уже смогли подтвердить на своем опыте многие компании. Пользователь может составить программы сварки для определенного диапазона скорости подачи проволоки и/или силы тока и благодаря этому работать с очень широким диапазоном толщин материалов и скорости подачи проволоки.

Заключение
Алюминий имеет целый ряд отличительных особенностей, которые делают его привлекательным выбором для многих задач несмотря на то, что его сварка может быть связана с определенными сложностями. Тем не менее, хорошее понимание его металлургии и знание доступных на современном рынке инструментов и технологий позволят вам справиться с этой задачей.

Сравнительное исследование характеристик современных алюминиевых сплавов | Нестеренко

1. Фридляндер И. Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970 – 2000 и 2001 – 2015 гг. / Технология легких сплавов. 2002. № 4. С. 12 – 17.

2. Nesterenko B. G., Nesterenko G. I. Analysis of requirements on fatigue and damage tolerance for civil transport airplanes / Proc. of the 26th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF), 1 – 3 June 2011, Montreal, Canada. P. 39 – 59.

3. Басов В. Н., Нестеренко Б. Г., Нестеренко Г. И. Разрушение высокопрочных алюминиевых сплавов / В сб.: Полет (90 лет ЦАГИ). — Машиностроение, 2008. С. 87 – 92.

4. Нестеренко Б. Г. Трещиностойкость материалов обшивки конструкции гражданских самолетов / Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 153. С. 7 – 14.

5. Басов В. Н., Нестеренко Г. И. Прочность и усталость материалов обшивки конструкций гражданских самолетов / Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 153. С. 15 – 23.

6. Rambabu P., Prasad N. E., Kutumbarao V. V., Wanhill R. J. H. Aluminium Alloys for Aerospace Applications / Aerospace Materials and Material Technologies. Vol. 1 // Prasad N., Wanhill R., eds. — Springerhink, 2017. P. 29 – 52.

7. Giummarra C., Thomas B., Rioja R. J. New Aluminum Lithium Alloys for Aerospace Applications / Proc. of the 3rd International Conference on Light Metals Technology. September 24 – 26, 2007, Saint-Saveur, Quebec, Canada.

8. Антипов В. В. Металлические материалы нового поколения для планера перспективных изделий авиационно-космической техники / Новости материаловедения. Наука и техника. 2013. № 4. С. 2 – 10.

Свойства алюминиевых бронз напрямую зависят от содержания в сплаве легирующих добавок

Алюминиевые бронзы представляют собой сплавы на основе меди, в которых главным легирующим металлом является алюминий. Материал обладает повышенными прочностными свойствами, не поддается коррозии и имеет небольшой коэффициент трения. Содержание алюминия в таких сплавах достигает 11%-12%.

Механические свойства алюминиевых бронз

В зависимости от содержания алюминия, готовые материалы имеют различные механические свойства:

• При увеличении доли алюминия в сплаве до 10-11% механическая прочность материала заметно возрастает вплоть до 600 МПа.
• Если доля легирующей добавки продолжает увеличиваться, прочностные свойства алюминиевых бронз заметно снижаются.
• Однофазные бронзы имеют высокий показатель пластичности, а двухфазные – твердости.

Наиболее качественной бронзой с добавкой алюминия, физические свойства и прочностные характеристики которой обеспечивают ей широкое применение в промышленности, является высоколегированный сплав БрА7.

Физические свойства алюминиевых бронз

Физические свойства алюминия, входящего в состав сплава, обеспечивают готовому материалу следующие характеристики:

• Чем больше в сплаве алюминия, тем меньше его плотность и, соответственно, масса. Данное свойство алюминиевого сплава существенно расширяет сферу его применения, особенно в авиастроении и космической технике.
• При полировке поверхность алюминиевой бронзы имеет высокую светоотражающую способность.
• Увеличение процентного содержания алюминия в сплаве снижает теплопроводность материала. Если к составу добавляются дополнительные легирующие добавки – никель, железо или марганец, то теплопроводность снижается еще больше.
• При повышенном содержании алюминия изменяется такое свойство, как электропроводимость металла. Это достигается за счет снижения процентного содержания меди, которая лучше пропускает электрический ток. При введении же в состав материала марганца сплав будет обладать самым высоким электрическим сопротивлением.

Антикоррозионные свойства алюминия позволяют получить двухкомпонентную деформируемую бронзу с маркировкой БрА5, которая нашла широкое применение при изготовлении деталей для морских судов из-за стойкости металла к воздействию агрессивной водной среды.

Изменение свойств алюминиевых бронз при введении дополнительных легирующих добавок

Чтобы улучшить свойства алюминия и его сплавов, в состав готового материала вводятся дополнительные легирующие добавки:

• При введении железа наблюдается резкое повышение прочности в ущерб пластичности материала и снижения его ударной вязкости.

• При введении марганца в количестве от 3% до 4% значительно повышаются основные антикоррозионные свойства алюминия. Кроме того, возрастают прочностные характеристики и пластичность сплава.
• Оптимальной легирующей добавкой считается никель, который улучшает все качественные характеристики сплава. При добавлении этого элемента повышается жаропрочность материала, снижается коэффициент трения, возрастает пластичность. При экстремально низких температурах кристаллическая решетка не становится хрупкой.

В последние годы ученые начали производить многокомпонентные алюминиевые бронзы. В стандартный сплав подмешиваются одновременно никель и железо в определенных пропорциях, что повышает все качественные характеристики готового изделия.

Механические свойства алюминиевых литейных сплавов

Механические свойства алюминиевых литейных сплавов устанавливаются в соответствии с ГОСТ 1583-93. Далее приводится выдержка из стандарта содержащая значения основных механических свойств для распространенных литейных сплавов.

Изменение механических свойств сплавов производится в ходе термической обработки. Подробнее Вы можете узнать из раздела термическая обработка отливок.

Алюмлит проводит испытания, предусмотренные техническими требованиями чертежей или отраслевыми стандартами для отливок. Проводятся испытания относительного удлинения и временного сопротивления разрыву по ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» и испытания твердости по ГОСТ 9012-59 «Металлы. Методы измерения твердости по Бринеллю». Полученные свойства указываются в паспорте отливки.

Для проведения испытаний на растяжение изготавливаются отдельно отлитые образцы по ГОСТ 1583-93 (тип 2) либо образцы по ГОСТ 1497-84 (тип III номер 6). Для измерения твердости используются образцы-свидетели изготовленные совместно с отливкой.

Контроль механических свойств проводится в соответствии с требованиями чертежа, как правило изготавливается и испытывается не менее 3-х образцов для плавки или для садки (загрузка печи термической обработки).

ГОСТ 1583-93. Алюминиевые литейные сплавы. Технические требования. Механические свойства сплавов. Свойства указаны для литья в формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС).

Марка сплава	Вид термической обработки	Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	Твердость по Бринеллю, НВ
		не менее
АК12(АЛ2)	—	147(15,0)	4,0	50,0
	Т2	137(14,0)	4,0	50,0
АК9(АК9)	—	157(16,0)	1,0	60,0
	Т6	235(24,0)	1,0	80,0
АК9ч(АЛ4)	—	147(15,0)	2,0	50,0
	Т1	196(20,0)	1,5	60,0
	Т6 (М)	225(23,0)	3,0	70,0
	Т6	225(23,0)	2,0	70,0
АК7(АК7)	—	127(13,0)	0,5	60,0
	Т5	176(18,0)	0,5	75,0
АК7ч(АЛ9)	—	157(16,0)	2,0	50,0
	Т2	137(14,0)	2,0	45,0
	Т4	176(18,0)	4,0	50,0
	Т5	196(20,0)	2,0	60,0
	Т5 (М)	196(20,0)	2,0	60,0
	Т6	225(23,0)	1,0	70,0
	Т7	196(20,0)	2,0	60,0
	Т8	157(16,0)	3,0	55,0
АК5М(АЛ5)	Т1	157(16,0)	0,5	65,0
	Т5	196(20,0)	0,5	70,0
	Т6	225(23,0)	0,5	70,0
	Т7	176(18,0)	1,0	65,0
АК12М2(АК12М2)	—	186(19,0)	1,0	70,0
	Т1	260(26,5)	1,5	83,4
АМ4,5Кд(ВАЛ10)	Т4	294(30,0)	10,0	70,0
	Т5	392(40,0)	7,0	90,0
	Т6	421(43,0)	4,0	110,0
	Т7	323(33,0)	5,0	90,0

Режимы обозначенные (М) применяются для модифицированных сплавов.

Алюмлит проводит термическую обработку отливок для получения заданных механических свойств.

Чтобы узнать больше, звоните +7 (495) 789-01-90

Алюминиевые сплавы 101 | The Aluminium Association

Quick Read

Алюминиевый сплав — это химический состав, в котором к чистому алюминию добавляются другие элементы для улучшения его свойств, в первую очередь для повышения его прочности. Эти другие элементы включают железо, кремний, медь, магний, марганец и цинк в количествах, которые вместе могут составлять до 15 процентов сплава по весу. Легирование требует тщательного смешивания алюминия с этими другими элементами, пока алюминий находится в расплавленной — жидкой — форме.

Заключительные факты

• В области химии
  На свойства алюминия, такие как прочность, плотность, обрабатываемость, электропроводность и коррозионная стойкость, влияет добавление других элементов, таких как магний, кремний или цинк.
• Боевая машина Bradley
  Военная боевая машина Bradley изготовлена ​​из двух различных алюминиевых сплавов: серии 7xxx и серии 5xxx. Алюминий, которому доверяют обеспечивать безопасность и мобильность солдат, также используется во многих других военных транспортных средствах.
• Наша любимая тара для напитков
  Самая любимая в Америке тара для напитков — алюминиевая банка — изготавливается из различных алюминиевых сплавов. Оболочка банки состоит из 3004, а крышка — из 5182. Иногда для изготовления одного повседневного предмета требуется более одного сплава.
• Горячий и холодный
  Алюминиевые сплавы можно сделать более прочными путем термической обработки или холодной обработки. Свойства конкретного сплава различны из-за их добавок и обработки.

Алюминиевый сплав 101

Что такое алюминиевый сплав

Алюминиевый сплав — это химический состав, в котором к чистому алюминию добавляются другие элементы для улучшения его свойств, в первую очередь для повышения его прочности. Эти другие элементы включают железо, кремний, медь, магний, марганец и цинк в количествах, которые вместе могут составлять до 15 процентов сплава по весу. Сплавам присваивается четырехзначный номер, в котором первая цифра обозначает общий класс или серию, характеризующуюся его основными легирующими элементами.

Технически чистый алюминий

1xxx Серия

Сплавы серии 1xxx состоят из алюминия чистотой 99% или выше. Эта серия имеет отличную коррозионную стойкость, отличную обрабатываемость, а также высокую тепло- и электропроводность. Вот почему серия 1xxx обычно используется для линий электропередачи или линий электропередач, которые соединяют национальные сети по всей территории Соединенных Штатов. Стандартные обозначения сплавов в этой серии — 1350 для электрических применений и 1100 для лотков для упаковки пищевых продуктов.

Термообрабатываемые сплавы

Некоторые сплавы упрочняются термообработкой на твердый раствор с последующей закалкой или быстрым охлаждением. При термической обработке твердый легированный металл нагревается до определенной точки. Элементы сплава, называемые растворенными веществами, равномерно распределяются с алюминием, превращая их в твердый раствор. Затем металл закаливают или быстро охлаждают, в результате чего растворенные атомы замерзают на месте. Следовательно, растворенные атомы объединяются в мелкодисперсный осадок.Это происходит при комнатной температуре, которая называется естественным старением, или при низкотемпературной работе печи, которая называется искусственным старением.

2xxx Серия

В серии 2xxx в качестве основного легирующего элемента используется медь, которая может быть значительно усилена за счет термообработки на твердый раствор. Эти сплавы обладают хорошим сочетанием высокой прочности и ударной вязкости, но не обладают такой стойкостью к атмосферной коррозии, как многие другие алюминиевые сплавы. Поэтому эти сплавы обычно окрашивают или плакируют для таких воздействий.Обычно они плакированы сплавом высокой чистоты или сплавом серии 6ххх, чтобы значительно противостоять коррозии. Сплав 2024, пожалуй, самый широко известный авиационный сплав.

6xxx Серия

Серия 6xxx универсальна, поддается термообработке, легко поддается формованию, сварке и имеет умеренно высокую прочность в сочетании с отличной коррозионной стойкостью. Сплавы этой серии содержат кремний и магний для образования силицида магния внутри сплава. Экструзионные продукты серии 6xxx — лучший выбор для архитектурных и строительных приложений.Сплав 6061 является наиболее широко используемым сплавом этой серии и часто используется в рамах грузовиков и морских судов. Кроме того, в некоторых версиях iPhone использовались алюминиевые профили серии 6xxx.

7xxx Серия

Цинк является основным легирующим агентом для этой серии, и когда магний добавляется в меньшем количестве, в результате получается термически обрабатываемый высокопрочный сплав. Другие элементы, такие как медь и хром, также могут быть добавлены в небольших количествах. Наиболее широко известны сплавы 7050 и 7075, которые широко используются в авиастроении.Алюминиевые часы Apple®, выпущенные в 2015 году, были изготовлены из специального сплава серии 7xxx.

Сплавы без термической обработки

Сплавы без термической обработки упрочняются холодной обработкой. Холодная обработка происходит во время методов прокатки или ковки и представляет собой действие по «обработке» металла, чтобы сделать его более прочным. Например, при прокатке алюминия до более тонких толщин он становится прочнее. Это связано с тем, что холодная обработка приводит к образованию дислокаций и вакансий в структуре, что затем препятствует перемещению атомов друг относительно друга.Это увеличивает прочность металла. Легирующие элементы, такие как магний, усиливают этот эффект, что приводит к еще большей прочности.

3xxx Серия

Марганец является основным легирующим элементом в этой серии, часто с добавлением меньшего количества магния. Однако только ограниченный процент марганца может быть эффективно добавлен в алюминий. 3003 — популярный сплав общего назначения, поскольку он имеет умеренную прочность и хорошую обрабатываемость и может использоваться в таких устройствах, как теплообменники и кухонная утварь.Сплав 3004 и его модификации используются в корпусах алюминиевых банок для напитков.

4xxx Серия

Сплавы серии

4ххх комбинируются с кремнием, который может быть добавлен в достаточных количествах для снижения температуры плавления алюминия без образования хрупкости. Благодаря этому серия 4xxx производит превосходную сварочную проволоку и припои там, где требуется более низкая температура плавления. Сплав 4043 — один из наиболее широко используемых присадочных сплавов для сварки сплавов серии 6ххх в конструкционных и автомобильных приложениях.

5xxx Серия

Магний является основным легирующим агентом серии 5xxx и одним из наиболее эффективных и широко используемых легирующих элементов для алюминия. Сплавы этой серии обладают прочностными характеристиками от умеренных до высоких, а также хорошей свариваемостью и устойчивостью к коррозии в морской среде. Из-за этого алюминиево-магниевые сплавы широко используются в строительстве, резервуарах для хранения, сосудах высокого давления и морских применениях. Примеры распространенных применений сплавов включают: 5052 в электронике, 5083 в судостроении, анодированный лист 5005 для архитектурных применений и 5182 для изготовления алюминиевых крышек банок для напитков.Боевая машина США Брэдли изготовлена ​​из алюминия серий 5083 и 7ххх.

Создание новых сплавов

Более 60 лет назад Алюминиевая ассоциация через свой Технический комитет по стандартам на продукцию (TCPS) установила систему обозначения деформируемых сплавов, которая была принята в США в 1954 году. Три года спустя система была утверждена как американский национальный стандарт h45. 1. Эта система обозначений была официально принята странами, подписавшими Декларацию согласия в 1970 году, и стала международной системой обозначений.В том же году Комитет по стандартам h45 по алюминиевым сплавам был уполномочен Американским национальным институтом стандартов (ANSI), при этом Ассоциация выполняла функции секретариата. С тех пор Ассоциация является основной организацией, устанавливающей стандарты для мировой алюминиевой промышленности.

Система регистрации сплавов в настоящее время управляется TCPS Ассоциации. Весь процесс, от регистрации нового сплава до присвоения нового обозначения, занимает от 60 до 90 дней. Когда нынешняя система была первоначально разработана в 1954 году, список включал 75 уникальных химических составов.На сегодняшний день зарегистрировано более 530 активных композиций, и это число продолжает расти. Это подчеркивает, насколько универсальным и повсеместным стал алюминий в нашем современном мире.

Понимание алюминиевых сплавов

По мере роста производства алюминия в сварочной промышленности и признания его в качестве отличной альтернативы стали для многих областей применения возрастают требования к тем, кто занимается разработкой алюминиевых проектов, поближе познакомиться с этой группой. материалов.Чтобы полностью понять алюминий, рекомендуется начать с ознакомления с системой идентификации / обозначения алюминия, множеством доступных алюминиевых сплавов и их характеристиками.

Система закалки и обозначения алюминиевых сплавов — В Северной Америке Aluminium Association Inc. отвечает за распределение и регистрацию алюминиевых сплавов. В настоящее время в Алюминиевой ассоциации зарегистрировано более 400 деформируемых алюминиевых и деформируемых алюминиевых сплавов и более 200 алюминиевых сплавов в виде отливок и слитков.Пределы химического состава сплавов для всех этих зарегистрированных сплавов содержатся в Бирюзовой книге Алюминиевой ассоциации под названием «Международные обозначения сплавов и предельные значения химического состава для деформируемого алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов» и в ее розовой книге под названием «Обозначения и химические Пределы состава алюминиевых сплавов в виде отливок и слитков. Эти публикации могут быть чрезвычайно полезны инженерам-сварщикам при разработке процедур сварки, а также в тех случаях, когда важно учитывать химический состав и его связь с чувствительностью к трещинам.

Алюминиевые сплавы можно разделить на несколько групп в зависимости от характеристик конкретного материала, таких как его способность реагировать на термическую и механическую обработку и первичный легирующий элемент, добавляемый в алюминиевый сплав. Когда мы рассматриваем систему нумерации / идентификации, используемую для алюминиевых сплавов, вышеупомянутые характеристики идентифицируются. Кованый и литой алюминий имеют разные системы идентификации. Кованая система представляет собой 4-значную систему, а отливки — 3-значную и 1-значную систему после запятой.

Система обозначения кованого сплава — Сначала мы рассмотрим 4-значную систему идентификации кованого алюминиевого сплава. Первая цифра ( X xxx) указывает на основной легирующий элемент, который был добавлен в алюминиевый сплав и часто используется для описания серии алюминиевых сплавов, то есть серии 1000, серии 2000, серии 3000, до серии 8000 ( см. таблицу 1).

Вторая отдельная цифра (x X xx), если она отличается от 0, указывает на модификацию конкретного сплава, а третья и четвертая цифры (xx XX ) представляют собой произвольные числа, присвоенные для обозначения конкретного сплава в ряд.Пример: В сплаве 5183 цифра 5 указывает на то, что он относится к серии магниевых сплавов, 1 указывает на то, что это модификация 1 ^st по сравнению с исходным сплавом 5083, а цифра 83 идентифицирует его в серии 5xxx.

Единственное исключение из этой системы нумерации сплавов — это алюминиевые сплавы серии 1ххх (чистые алюминиевые), в этом случае последние 2 цифры обеспечивают минимальное процентное содержание алюминия выше 99%, т. Е. Сплав 13 (50) (99,50%). минимум алюминия).

СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

.000% Минимум Алюминий

Серия сплавов	Основной легирующий элемент
1xxx
2xxx	Медь
3xxx	129121		Марганец Кремний
5xxx	Магний
6xxx
Цинк
8xxx	Другие элементы

Таблица 1

Литой сплав Обозначение — Система обозначения литого сплава основана на системе обозначения литого сплава -plus десятичное обозначение xxx.x (т.е. 356,0). Первая цифра ( X xx.x) указывает на основной легирующий элемент, который был добавлен в алюминиевый сплав (см. Таблицу 2).

СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

901

5xx.x

9xx.x

2

Другие элементы Вторая и третья цифры (x XX . X) — это произвольные числа, присвоенные для обозначения конкретного сплава в серии. Число после десятичной точки указывает, является ли сплав отливкой (.0) или слиток (.1 или .2). Префикс заглавной буквы указывает на модификацию конкретного сплава.
Пример: сплав — A356.0 заглавная буква A ( A xxx.x) указывает на модификацию сплава 356.0. Число 3 (A 3 xx.x) указывает, что это кремний плюс медь и / или магний. Цифра 56 дюймов (Ax 56 .0) обозначает сплав в пределах серии 3xx.x, а .0 (Axxx. 0 ) указывает, что это отливка окончательной формы, а не слиток.

Система обозначения закалки алюминия — Если мы рассмотрим различные серии алюминиевых сплавов, мы увидим, что существуют значительные различия в их характеристиках и, как следствие, применении.Первое, что следует признать после понимания системы идентификации, — это то, что в упомянутой выше серии есть два совершенно разных типа алюминия. Это термически обрабатываемые алюминиевые сплавы (те, которые могут приобретать прочность за счет добавления тепла) и нетермообрабатываемые алюминиевые сплавы. Это различие особенно важно при рассмотрении влияния дуговой сварки на эти два типа материалов.

Деформируемые алюминиевые сплавы серий 1ххх, 3ххх и 5ххх не подлежат термообработке и поддаются только деформационному упрочнению.Деформируемые алюминиевые сплавы серий 2ххх, 6ххх и 7ххх поддаются термообработке, а серия 4ххх состоит как из термически обрабатываемых, так и нетермообрабатываемых сплавов. Литые сплавы серий 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x и 7xx.x поддаются термообработке. Деформационное упрочнение отливок обычно не применяется.

Термообрабатываемые сплавы приобретают свои оптимальные механические свойства в процессе термической обработки, наиболее распространенными из которых являются термообработка в растворе и искусственное старение. Термообработка в растворе — это процесс нагрева сплава до повышенной температуры (около 990 градусов Цельсия).F) для растворения легирующих элементов или соединений. Затем следует резкое охлаждение, обычно в воде, для получения перенасыщенного раствора при комнатной температуре. После термообработки раствора обычно следует старение. Старение — это осаждение части элементов или соединений из перенасыщенного раствора с целью получения желаемых свойств.

Сплавы без термической обработки приобретают оптимальные механические свойства благодаря деформационному упрочнению. Деформационное упрочнение — это метод увеличения прочности за счет холодной обработки.Т6, 6063- Т4 , 5052- х42 , 5083- х212 .

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРА

Серия сплавов	Основной легирующий элемент
1xx.x
	% 2xx.x	Медь
3xx.x	Silicon Plus Медь и / или магний
4xx.x124	Магний
6xx.x	Неиспользуемая серия
7xx.x	Цинк
8xx.x	Олово
9xx.x

Письмо	Значение
F	как процесс формовки — применяется специальный контроль за условиями термического или деформационного упрочнения
O	Отожженный — Относится к продукту, который был нагрет до состояния самой низкой прочности для повышения пластичности и стабильности размеров
H	Деформационная закалка — Применяется к изделиям, упрочненным в результате холодной деформации.За деформационным упрочнением может последовать дополнительная термическая обработка, которая приводит к некоторому снижению прочности. За буквой «H» всегда следуют две или более цифр (см. Подразделы категории H ниже)
W	Термообработанный раствор — нестабильный режим, применимый только к сплавам, которые самопроизвольно стареют при комнатной температуре. температура после термообработки на твердый раствор
T	Термическая обработка — для получения стабильных температур, отличных от F, O или H.Применимо к продукту, прошедшему термообработку, иногда с дополнительным деформационным упрочнением, для получения стабильного состояния. За буквой «Т» всегда следует одна или несколько цифр (см. Подразделы темперамента Т ниже)

Таблица 3

Помимо основного обозначения темперамента, есть две категории подразделов, одна из которых относится к темпераменту «H». — Деформационное упрочнение и другое, относящееся к категории «Т» — обозначение термической обработки.

Подразделы H-закалки — деформационная закалка

Первая цифра после H указывает на базовую операцию:
H 1 — только деформационная закалка.
H 2 — Деформационная закалка и частичный отжиг.
H 3 — Деформационная закалка и стабилизация.
H 4 — Закаленная и лакированная или окрашенная.

Вторая цифра после H указывает на степень деформационного упрочнения:
HX 2 — Четверть твердого HX 4 — Полу твердого HX 6 — Три четверти твердого
HX 8 — Полная твердость HX 9 — Extra Hard

Подразделения T Temper — термически обработанные

T1 — Естественное старение после охлаждения в процессе формовки при повышенной температуре, например, экструзии.
T2 — Холодная обработка после охлаждения в процессе формовки при повышенной температуре, а затем естественное старение.
T3 — Раствор, подвергнутый термообработке, холодной обработке и естественному старению.
T4 — Раствор, подвергнутый термообработке и естественному старению.
T5 — Искусственное старение после охлаждения в процессе формования при повышенной температуре.
T6 — Раствор термообработанный и искусственно состаренный.
T7 — Раствор термообработанный и стабилизированный (просроченный).
T8 — Раствор термообработанный, холоднодеформированный и искусственно состаренный.
T9 — Раствор, подвергнутый термообработке, искусственному старению и холодной обработке.
T10 — Холодная обработка после охлаждения в процессе формовки при повышенной температуре, а затем искусственное старение.

Дополнительные цифры указывают на снятие напряжения.
Примеры:
TX 51 или TXX 51 — Напряжение снимается за счет растяжения.
TX 52 или TXX 52 — Напряжение снимается за счет сжатия.

Алюминиевые сплавы и их характеристики — Если мы рассмотрим семь серий деформируемых алюминиевых сплавов, мы оценим их различия и поймем их применение и характеристики.

Сплавы серии 1xxx — (без термической обработки — с пределом прочности на растяжение от 10 до 27 тысяч фунтов / кв. Дюйм) эту серию часто называют серией из чистого алюминия, поскольку требуется, чтобы она содержала минимум 99,0% алюминия. Они свариваются.Однако из-за их узкого диапазона плавления они требуют определенных соображений для обеспечения приемлемых процедур сварки. При рассмотрении возможности изготовления эти сплавы выбираются в первую очередь из-за их превосходной коррозионной стойкости, например, в специализированных химических резервуарах и трубопроводах, или из-за их превосходной электропроводности, как в сборных шинах. Эти сплавы имеют относительно плохие механические свойства и редко могут рассматриваться для общих структурных применений. Эти базовые сплавы часто свариваются с подходящим присадочным материалом или с присадочными сплавами 4xxx в зависимости от условий применения и требований к рабочим характеристикам.

Сплавы серии 2xxx — (термически обрабатываемые — с пределом прочности на растяжение от 27 до 62 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) это сплавы алюминия и меди (добавка меди в диапазоне от 0,7 до 6,8%) и являются высокопрочными сплавами с высокими эксплуатационными характеристиками, которые часто используются в аэрокосмической и авиационной промышленности. Они обладают отличной прочностью в широком диапазоне температур. Некоторые из этих сплавов считаются несвариваемыми процессами дуговой сварки из-за их склонности к горячему растрескиванию и коррозионному растрескиванию под напряжением; однако другие очень успешно свариваются дуговой сваркой с соблюдением правильных процедур сварки.Эти основные материалы часто свариваются с высокопрочными присадочными сплавами серии 2ххх, разработанными в соответствии с их характеристиками, но иногда их можно сваривать с присадочными материалами серии 4ххх, содержащими кремний или кремний и медь, в зависимости от области применения и требований к обслуживанию.

Сплавы серии 3ххх — (без термической обработки — с пределом прочности на разрыв от 16 до 41 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) Это алюминиево-марганцевые сплавы (добавки марганца от 0,05 до 1,8%), средней прочности, имеют хорошая коррозионная стойкость, хорошая формуемость и пригодны для использования при повышенных температурах.Одним из их первых применений были кастрюли и сковороды, и сегодня они являются основным компонентом теплообменников в транспортных средствах и электростанциях. Однако их умеренная прочность часто исключает возможность их использования в конструкциях. Эти базовые сплавы свариваются с присадочными сплавами серий 1ххх, 4ххх и 5ххх, в зависимости от их специфического химического состава и конкретных требований к применению и обслуживанию.

Сплавы серии 4xxx — (термообрабатываемые и нетермообрабатываемые — с пределом прочности на разрыв от 25 до 55 тысяч фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия / кремния (добавки кремния от 0.От 6 до 21,5%) и являются единственной серией, содержащей как термически обрабатываемые, так и нетермообрабатываемые сплавы. Кремний, добавленный к алюминию, снижает его температуру плавления и улучшает его текучесть при расплавлении. Эти характеристики желательны для присадочных материалов, используемых как для сварки плавлением, так и для пайки твердым припоем. Следовательно, эта серия сплавов преимущественно используется в качестве присадочного материала. Кремний, независимо от алюминия, не подлежит термической обработке; однако ряд этих кремниевых сплавов был разработан с добавлением магния или меди, что придает им способность благоприятно реагировать на термообработку в растворе.Обычно эти термически обрабатываемые присадочные сплавы используются только тогда, когда свариваемый компонент должен подвергаться термообработке после сварки.

Сплавы серии 5xxx — (без термической обработки — с пределом прочности на разрыв от 18 до 51 тысяч фунтов / кв. нетермообрабатываемые сплавы. Кроме того, сплавы этой серии легко свариваются, и по этим причинам они используются в самых разных областях, таких как судостроение, транспорт, сосуды высокого давления, мосты и здания.Сплавы на основе магния часто свариваются с присадочными сплавами, которые выбираются после рассмотрения содержания магния в основном материале, а также применения и условий эксплуатации свариваемого компонента. Сплавы этой серии с содержанием магния более 3,0% не рекомендуются для эксплуатации при повышенных температурах выше 150 ° F из-за их потенциальной сенсибилизации и последующей склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением. Основные сплавы с содержанием магния менее примерно 2,5% часто успешно свариваются с присадочными сплавами серии 5ххх или 4ххх.Базовый сплав 5052 обычно считается основным сплавом с максимальным содержанием магния, который можно сваривать с присадочным сплавом серии 4ххх. Из-за проблем, связанных с эвтектическим плавлением и связанными с этим плохими механическими свойствами после сварки, не рекомендуется сваривать материалы из этой серии сплавов, которые содержат большее количество магния, с присадками серии 4xxx. Материалы с более высоким содержанием магния свариваются только с присадочными сплавами 5xxx, которые обычно соответствуют составу основного сплава.

Сплавы серии 6XXX — (термически обрабатываемые — с пределом прочности на растяжение от 18 до 58 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия / магния и кремния (добавки магния и кремния около 1,0%), которые широко используются во время сварки промышленное производство, используемое преимущественно в виде профилей и включенное во многие структурные компоненты. Добавление магния и кремния к алюминию дает соединение силицида магния, которое придает этому материалу способность подвергаться термообработке на твердый раствор для повышения прочности.Эти сплавы естественным образом чувствительны к образованию трещин при затвердевании, и по этой причине их нельзя подвергать дуговой сварке автогенно (без присадочного материала). Добавление достаточного количества присадочного материала во время процесса дуговой сварки необходимо для обеспечения разбавления основного материала, тем самым предотвращая проблему горячего растрескивания. Они свариваются с присадочными материалами 4ххх и 5ххх, в зависимости от области применения и требований к эксплуатации.

Сплавы серии 7XXX — (термообрабатываемые — с пределом прочности на разрыв от 32 до 88 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия / цинка (добавки цинка от 0.От 8 до 12,0%) и состоят из одних из самых прочных алюминиевых сплавов. Эти сплавы часто используются в высокопроизводительных приложениях, таких как самолеты, аэрокосмическая промышленность и спортивное оборудование. Как и серия сплавов 2ххх, в эту серию входят сплавы, которые считаются непригодными для дуговой сварки, а также другие сплавы, которые часто успешно свариваются. Обычно свариваемые сплавы этой серии, такие как 7005, в основном свариваются с присадочными сплавами серии 5ххх.

Резюме — Сегодняшние алюминиевые сплавы, вместе с их различными состояниями, составляют широкий и универсальный диапазон производственных материалов.Для оптимальной конструкции продукта и успешной разработки процедуры сварки важно понимать различия между многими доступными сплавами и их различные рабочие характеристики и свариваемость. При разработке процедур дуговой сварки для этих различных сплавов необходимо учитывать конкретный свариваемый сплав. Часто говорят, что дуговая сварка алюминия — это несложно, «все по-другому». Я считаю, что важной частью понимания этих различий является знакомство с различными сплавами, их характеристиками и системой их идентификации.

Источники дополнительной информации
Существует ряд отличных справочных источников, посвященных исключительно сварке алюминия; Одно из них — «Теория и практика сварки алюминия», разработанное Алюминиевой ассоциацией, а другое — Документ D1.2 Американского общества сварщиков — Правила структурной сварки — алюминий. Другие документы, доступные от Алюминиевой ассоциации, которые помогают при проектировании алюминиевых конструкций, — это «Руководство по проектированию алюминия» и «Стандарты и данные по алюминию».Эти документы вместе с документами по обозначению сплавов, упомянутыми ранее в статье, можно получить непосредственно в AWS или, в зависимости от ситуации, в The Aluminium Association.
AWS Tel: 1 800 443 9353 Веб-сайт:

Алюминиевые сплавы — обзор

4.1 Алюминиевые сплавы для конструкций планера

Алюминиевые сплавы были преобладающими материалами, используемыми для конструкций планера, до тех пор, пока не набирала силу тенденция к использованию полимеров. матричные композиты, как показано в Таблице 4.1 [1,2]. Boeing 787 и Airbus A350 построены примерно на 50% из этих материалов, которые легче алюминиевых сплавов и обладают лучшей устойчивостью к коррозии и усталости. Надбавка к стоимости композитных конструкций также компенсируется более низкими эксплуатационными расходами и эксплуатационными расходами по сравнению с металлическими конструкциями, а также постоянным повышением эффективности их производства. В ответ, сосредоточив внимание на комплексном подходе к работе с пользователями, поставщики алюминия продолжили разработку сплавов с лучшим сочетанием свойств (с 2000 года Alcoa разработала 65 новых спецификаций для алюминиевых сплавов) и производственных характеристик, в результате чего были созданы конструкции, которые менее дорогие, чем изделия из титана и композитов, но при этом они на 10% легче на системном уровне [3].Хотя в обшивке фюзеляжа и крыла самолетов 777 и A350 в основном использовались композитные материалы, в фюзеляже Boeing 777X, запущенного в 2013 году и, как ожидается, вступят в строй в конце 2019 года, будут использоваться металлические материалы [4]. Можно ожидать, что в будущем такие методы, как сварка трением с перемешиванием и аддитивное производство, описанные в следующей главе, изменят способы разработки сплавов и их производства для изготовления компонентов.

Таблица 4.1. Использование материалов в коммерческих самолетах

Распределение материалов (мас.%)
Материал	Boeing [1]					Airbus [2]
	747	757
767 7672 757
767	A380	A350
Алюминий	81	78	80	70	20	61	19
7	15	10 (титан и сталь)	14
Сталь	13		12	14	11	10	6
Композиты 1	3	11	50	22	53
Прочие	1	1	1 9012 4	1	5	7	8

Историческое развитие алюминиевых сплавов для конструктивных применений планера также отвечало развивающимся критериям проектирования самолетов, как показано в таблице 4.2 [5,6]. Первоначальные усилия были направлены на разработку сплавов с максимально возможной прочностью, что, однако, привело к соответствующему снижению ударной вязкости и коррозионной стойкости. С появлением философии проектирования, основанной на механике разрушения, и использования более толстых форм продукта, долговечность, устойчивость к повреждениям и устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC), особенно в коротком поперечном направлении, стали важными факторами для устранения разрушения из-за усталости и коррозии. и для снижения затрат на техническое обслуживание в процессе эксплуатации.Высокая стоимость топлива в 1980-х годах дала дополнительный импульс для разработки сплавов с более низкой плотностью, достигнутой за счет добавления лития в качестве легирующего элемента. Общая цель разработки сплавов в настоящее время — снизить стоимость производства, эксплуатации и обслуживания систем самолетов без ущерба для сочетания свойств и характеристик конструкции.

Таблица 4.2. Эволюция конструктивных факторов для коммерческих самолетов

Статическая прочность, сопротивление коррозии

Временные рамки	Основные конструктивные факторы
До 1930-х годов	Статическая прочность
1930–1960-х годов
1960-е – 1970-е годы	Статическая прочность, коррозионная стойкость, стабильные свойства при повышенных температурах, долговечность, устойчивость к повреждениям, хорошие свойства в толстых сечениях
1980-е годы	Все вышеперечисленное и значительная экономия веса
1990-е годы	Статический прочность, коррозионная стойкость, долговечность, устойчивость к повреждениям, хорошие свойства в толстых сечениях, хорошо сбалансированные свойства, низкие затраты на производство, приобретение и обслуживание (владение), высокий уровень безопасности
2000-е годы — настоящее время	Выше, как для 1990-х годов и приемлемость к революционной обработке, такой как добавка ману фактуринг.
Future	Выше, плюс революционный вес конструкции и экономия затрат, увеличенные интервалы обслуживания / осмотра, комфорт пассажиров, экологичные аэроструктуры

По материалам J. Liu, M. Kulak, Новая парадигма в дизайне алюминия сплавы для аэрокосмического применения, Форум по материаловедению 331–337 (2000) 127–140; Р.Дж. Буччи, М.А.Джеймс, М.Кулак, М.Б. Хайниманн, Х. Склют, Дж. Р. Брокенбро, Усовершенствования методологии моделирования материалов и конструкций для критических конструкций самолетов, устойчивых к усталости и повреждениям — перспектива поставщика алюминия, Симпозиум по устойчивости к усталости и трещиностойкости, 13-я Международная конференция по алюминиевым сплавам (ICAA — 13), Университет Карнеги-Меллона , Питтсбург, Пенсильвания, 3–7 июня 2012 г.

Значение алюминиевых сплавов в развитии современной авиации можно оценить в контексте эволюции инженерных материалов, описанной в первой главе. Не прошло много лет после открытия дисперсионного твердения, по случайному совпадению с использованием алюминиевых сплавов, а также вскоре после открытия процесса экономичного извлечения алюминия с развитием процесса Холла-Херу в 1886 году, когда были разработаны сплавы. и производится для применения в планерах.Конечно, конструкция планера и применение алюминиевых сплавов стали популярными вскоре после исторического полета братьев Райт в 1903 году.

Хотя дисперсионно-твердеющие алюминиевые сплавы быстро разрабатывались и использовались, основные системы сплавов, Al – Cu – Mg и Al– Zn – Mg – Cu и узкий выбор составов, на которых они основаны, остались прежними до настоящего времени. Несмотря на это ограничение, улучшения свойств, обеспечивающие значительный прирост характеристик планера, обусловлены разнообразием микроструктуры, которое может быть достигнуто за счет легирования и обработки.Этому в немалой степени способствовало общее развитие теорий и понимание механизмов упрочнения в металлах, чему способствовали постоянно совершенствующиеся методы испытаний и определения характеристик, а в последнее время — компьютерное моделирование.

Только дисперсионно-твердые (PH) сплавы на основе систем Al – Cu и Al – Zn – Mg обеспечивают достаточную прочность для использования в планерах, причем первые используются для конструкций, для которых устойчивость к повреждениям критична, а вторые — где прочность критический.Прочность на разрыв чистого отожженного алюминия составляет около 10 МПа (~ 1,5 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Все алюминиевые сплавы содержат железо и кремний в качестве примесей, хотя кремний также преднамеренно добавляется в некоторые семейства сплавов для упрочнения. Предел текучести технически чистого деформируемого алюминиевого сплава 1100 с суммарным максимальным содержанием Fe и Si в 1 мас.% Составляет около 30 МПа (∼4 ksi) в отожженном состоянии. Улучшение предела текучести этого сплава по сравнению с чистым алюминием можно отнести к очень ограниченному упрочнению твердого раствора и эффектам деформируемой обработки.В деформируемых алюминиевых сплавах большая часть Fe и Si присутствует в виде составляющих частиц размером более примерно 1 мкм, что делает их неэффективными для упрочнения. Предел текучести сплава 1100 может быть увеличен примерно до 150 МПа (∼20 ksi) за счет наклепа. Сплавы с Mn и Mg в качестве основных легирующих элементов можно упрочнить до уровня предела текучести примерно 250 и 300 МПа (∼35–40 ksi) соответственно. Только дисперсионное твердение может обеспечить более высокие уровни прочности алюминиевых сплавов.

Разработка и металлургия деформируемых алюминиевых сплавов с PH были подробно рассмотрены во многих доступных обзорных статьях и книгах (см. Список «Дополнительная литература» в конце главы). Эти публикации превосходно освещают влияние обработки и микроструктуры на такие свойства, как прочность, ударная вязкость и коррозионное поведение, как правило, по отдельности и по отдельности. В этой главе особое внимание будет уделено влиянию состава, обработки и микроструктуры в контексте достижения сбалансированной и целенаправленной комбинации этих свойств с использованием примеров исторической эволюции алюминиевых сплавов в эксплуатации, которые затем могут быть применены для разработки новых сплавов.

Как показано в Таблице 4.2, статическая прочность всегда является основным фактором при выборе алюминиевых сплавов. Компромиссы между прочностью и другими свойствами, например вязкостью разрушения, сопротивлением усталости и различным типам коррозии, рассматриваются только в той степени, в которой сплавы обладают минимальной прочностью, необходимой для структурных характеристик. За последние десятилетия были разработаны алюминиевые сплавы со значительными одновременными улучшениями как прочности, так и других свойств, как показано на рис.3.1 и 3.2. Все эти сплавы представляют собой системы PH, в которых создаются желаемые микроструктуры, а свойства оптимизируются за счет комбинации вторичных легирующих добавок, смягчения воздействия примесных элементов и использования последовательности обработки, схематично показанной на рис. 4.1.

Рисунок 4.1. Последовательность этапов обработки и развития микроструктуры промышленных алюминиевых сплавов PH.

Важность всех этапов обработки очевидна из того факта, что дисперсионное твердение (термообработка в растворе, закалка и старение), которое является ключом к достижению прочности, является лишь последним этапом, перед которым возникают многие микроструктурные особенности матрицы. которые влияют на свойства, уже развились.Эта схема вместе с возможностью моделировать влияние состава, обработки и микроструктуры на свойства будет использоваться в качестве дорожной карты для понимания основной металлургии термически обрабатываемых алюминиевых сплавов, имеющих отношение к конструкции сплава.

Характеристики деформируемых и литых алюминиевых сплавов

Данные о свойствах алюминиевого сплава

MatWeb имеет данные для более чем 1600 отдельных составов деформируемых и литых алюминиевых сплавов и / или термообработок.Алюминий наивысшей чистоты (не менее 99,99%), имеющийся в продаже в деформируемой форме, — это алюминий 1199-0 или алюминий 1199-h28. Вы можете найти типичные значения, такие как температура плавления, плотность и теплопроводность для типичных алюминиевых сплавов, под названием «Алюминиевые сплавы, общие». Значения чистого элемента указаны под названием Алюминий, Al. Номера UNS и обозначения ISO поддерживаются для большинства алюминиевых сплавов в MatWeb. Также доступен обзор кодов термической обработки для алюминиевых сплавов.Анодирование алюминия рассматривается в нашем Руководстве по проектированию анодирования и обработки алюминия.

Механические свойства, такие как предел прочности или твердость, широко варьируются в зависимости от состава сплава или термообработки. Самый быстрый способ проверить записи базы данных о точном интересующем вас алюминиевом сплаве — это перейти по ссылке выше к поиску по типу материала, а затем выбрать «Алюминиевый сплав» в раскрывающемся списке под «Цветными металлами»; эта функция воспроизводится ниже.

(Щелкните изображение, чтобы перейти туда)

Вы также можете выбрать «Алюминиевый сплав» в сочетании со значениями свойств при поиске по свойству.Это поможет вам найти сплавы, которые соответствуют вашим количественным характеристикам (например, металл с плотностью 80 000 фунтов на квадратный дюйм).

Если вы знаете номер сплава AA, который вас интересует, введите его в поле поиска. вверху любой страницы MatWeb (см. пример ниже). При вводе текста в поле поиска обратите внимание, что вы, как правило, добьетесь большего успеха, используя американское написание «Алюминий», а не «Алюминий», которое используется в других странах мира.

Независимо от того, как вы попадете в записи MatWeb по конкретным литым или деформируемым алюминиевым сплавам, вы найдете полные данные о физических свойствах.Сотрудники MatWeb собрали обширные данные от производителей (таких как Alcoa, RSP Technology и Alpase), профессиональных обществ (The Aluminium Association), а также литературы / справочников, чтобы предоставить вам значения таких свойств, как плотность, твердость, прочность на сдвиг, модуль сдвига. , теплоемкость, солидус, ликвидус, удлинение, коэффициент Пуассона, усталость, состав и т. д.

Алюминиевый сплав A380 Свойства | Литье под давлением алюминия

Поделиться страницей +

Алюминиевый сплав для литья под давлением

A380 — один из наиболее часто используемых алюминиевых сплавов с рядом существенных преимуществ:

• Лучшее сочетание литейных, механических и термических свойств.
• Обладает отличной текучестью, герметичностью и устойчивостью к горячему растрескиванию.
• Он используется для широкого спектра продуктов, включая шасси для электронного оборудования, кронштейны двигателя, корпуса коробок передач, бытовую мебель, электроэнергию и ручные инструменты.

Преимущества литья алюминия под давлением

Алюминий позволяет создавать более легкие детали с большим количеством вариантов отделки поверхности, чем другие литые под давлением сплавы.Алюминий также может выдерживать самые высокие рабочие температуры из всех литых под давлением сплавов. К тому же литой алюминий универсален, устойчив к коррозии; он сохраняет высокую стабильность размеров с тонкими стенками и может использоваться практически в любой отрасли.

Подробнее о литье под давлением тонкостенного алюминия.

Выбор правильного сплава для литья под давлением

Алюминий — один из наиболее часто используемых материалов при литье под давлением, но это всего лишь один из сплавов, которые мы предлагаем здесь, в Dynacast.Создание идеального компонента начинается с выбора правильного материала, и когда дело доходит до этого выбора, мы не верим в ограничение ваших возможностей. Попробуйте наш инструмент динамического выбора процессов и металлов, который позволяет фильтровать по различным свойствам, чтобы увидеть все материалы, которые соответствуют вашим требованиям. Вы можете быть удивлены, узнав, что другой сплав может лучше подходить для вашего проекта.

Механические свойства

Материал	Сплав	Удлинение	Предел прочности	Предел текучести (0.2%)	Сила удара	Прочность на сдвиг	Твердость	Процесс
		% в 50 мм % в 50 мм	МПа PSI x 10 3	МПа PSI x 10 3	J фут фунт	МПа PSI x 10 3	Бринелл (HB) Бринелл (HB)
Металлы для литья под давлением алюминия		3.5 3.5	324 47	160 23	4 3	190 27	80 80

Сравнить выбранные товары Очистить результаты

Физические свойства

Материал	Сплав	Плотность	Точка плавления (средняя +/- 50)	Теплопроводность	Коэффициент температурного расширения	Электрическая проводимость	Процесс
		г / см 3 фунт / дюйм 3	° C ° F	Вт / м · К БТЕ / ч ∙ фут ∙ ° F	мкм / м ° К мкдюйм / дюйм ° F	% IACS % IACS
Металлы для литья под давлением алюминия		2.71 0,098	566 1050	96 55.6	21,8 12.1	23,0 23.0

Сравнить выбранные товары Очистить результаты

Композиция

	Металлы для литья под давлением алюминия
%	Алюминиевый сплав A380
Алюминий	Bal.
Медь	3,0-4,0
Магний	0.1
Утюг (макс.)	1.3
Свинец (макс.)
Кадмий (макс.)
Олово (макс.)	0.35 год
Никель (макс.)	0,5
цинк	3.0
Марганец	0,5
Кремний	7.5-9,5
Другой металл	0,5
Соответствует RoHS	✓

% PDF-1.6 % 59 0 объект > эндобдж xref 59 145 0000000016 00000 н. 0000003596 00000 н. 0000003790 00000 н. 0000003854 00000 н. 0000003979 00000 п. 0000004418 00000 н. 0000005467 00000 н. 0000005494 00000 п. 0000005522 00000 н. 0000005634 00000 п. 0000006513 00000 н. 0000007448 00000 н. 0000008284 00000 н. 0000009337 00000 н. 0000010216 00000 п. 0000011071 00000 п. 0000011910 00000 п. 0000012737 00000 п. 0000013584 00000 п. 0000014632 00000 п. 0000015511 00000 п. 0000016351 00000 п. 0000017276 00000 п. 0000018323 00000 п. 0000018489 00000 п. 0000019360 00000 п. 0000069088 00000 п. 0000069157 00000 п. 0000069249 00000 п. 0000069331 00000 п. 0000069418 00000 п. 0000069442 00000 п. 0000069639 00000 п. 0000069727 00000 п. 0000069751 00000 п. 0000069880 00000 п. 0000069968 00000 н. 0000069992 00000 н. 0000070110 00000 п. 0000070198 00000 п. 0000070222 00000 п. 0000070363 00000 п. 0000070452 00000 п. 0000070477 00000 п. 0000070591 00000 п. 0000070677 00000 п. 0000070702 00000 п. 0000070835 00000 п. 0000070922 00000 п. 0000070947 00000 п. 0000071070 00000 п. 0000071159 00000 п. 0000071184 00000 п. 0000071286 00000 п. 0000071373 00000 п. 0000071398 00000 п. 0000071524 00000 п. 0000071611 00000 п. 0000071636 00000 п. 0000071750 00000 п. 0000071837 00000 п. 0000071862 00000 п. 0000071984 00000 п. 0000072072 00000 н. 0000072097 00000 п. 0000072225 00000 п. 0000072313 00000 п. 0000072338 00000 п. 0000072456 00000 п. 0000072545 00000 п. 0000072570 00000 п. 0000072692 00000 п. 0000072780 00000 п. 0000072805 00000 п. 0000072916 00000 п. 0000073003 00000 п. 0000073028 00000 п. 0000073189 00000 п. 0000073245 00000 п. 0000073270 00000 п. 0000073385 00000 п. 0000073480 00000 п. 0000073606 00000 п. 0000073693 00000 п. 0000073718 00000 п. 0000073839 00000 п. 0000073928 00000 п. 0000073953 00000 п. 0000074091 00000 п. 0000074180 00000 п. 0000074205 00000 п. 0000074333 00000 п. 0000074420 00000 п. 0000074445 00000 п. 0000074559 00000 п. 0000074647 00000 п. 0000074672 00000 п. 0000074807 00000 п. 0000074894 00000 п. 0000074919 00000 п. 0000075050 00000 п. 0000075139 00000 п. 0000075164 00000 п. 0000075298 00000 п. 0000075387 00000 п. 0000075412 00000 п. 0000075550 00000 п. 0000075637 00000 п. 0000075662 00000 п. 0000075796 00000 п. 0000075883 00000 п. 0000075908 00000 п. 0000076026 00000 п. 0000076082 00000 п. 0000076107 00000 п. 0000076219 00000 п. 0000076307 00000 п. 0000076332 00000 п. 0000076477 00000 н. 0000076566 00000 п. 0000076591 00000 п. 0000076701 00000 п. 0000076788 00000 п. 0000076813 00000 п. 0000076903 00000 п. 0000076928 00000 п. 0000077041 00000 п. 0000077131 00000 п. 0000077156 00000 п. 0000077289 00000 п. 0000077379 00000 п. 0000077404 00000 п. 0000077569 00000 п. 0000077659 00000 п. 0000077684 00000 п. 0000077810 00000 п. 0000077899 00000 п. 0000077924 00000 п. 0000078067 00000 п. 0000078123 00000 п. 0000078148 00000 п. 0000078204 00000 п. 0000078229 00000 п. 0000078318 00000 п. 0000003196 00000 н. трейлер ] / Назад 802226 >> startxref 0 %% EOF 203 0 объект > поток hb«f`c`e`H

Свойства алюминия: какие сплавы лучше всего подходят для экструзии?

Одна из важных составляющих конструкции экструзии алюминия, которую многие люди упускают из виду, — это уделить время рассмотрению различных свойств алюминия и того, как они повлияют на конечный продукт или принесут ему пользу.Вы можете найти новые способы предотвращения коррозии с помощью дизайна, но вы также можете повысить прочность, долговечность и другие преимущества работы с алюминием, просто выбрав лучший сплав для проекта. Экструдируя алюминиевые сплавы, вы получаете дополнительные преимущества, помимо того, что вы получили бы, используя простую необработанную алюминиевую заготовку.

Silver City Aluminium использует три основных алюминиевых сплава, в зависимости от потребностей наших клиентов. Большинство сплавов содержат примерно 90 процентов алюминия в сочетании с другими металлами для улучшения качества детали, части создаваемого продукта.6005, 6063 и 6463 — это то, что мы используем для экструзии алюминиевых сплавов на нашем предприятии в Тонтоне. Вы можете поговорить с одним из наших инженеров или техников, чтобы узнать больше о конструкции экструзионного алюминия, а также продолжить чтение, чтобы узнать немного больше о свойствах алюминиевых сплавов.

Алюминиевый сплав 6005
Применения, требующие большей прочности и долговечности, как правило, требуют использования конструкционных сплавов серии 6000, включая алюминий 6005. Этот особый сплав может использоваться в конструкциях, требующих высокой коррозионной стойкости и умеренной прочности.Каждый сплав имеет свой набор свойств, в том числе его поведение во время экструзии, изготовления и отделки. Добавляя различные элементы в алюминий, мы можем дополнительно предотвратить коррозию за счет дизайна и добиться превосходных результатов при экструдировании алюминиевых сплавов.

6005 имеет отличные характеристики для экструзии, содержит значительное количество кремния для снижения температуры плавления и улучшения его способности к экструзии. Он имеет такой же минимальный предел прочности на растяжение и предел текучести, что и сплав 6061, однако его легче обрабатывать и он обладает более высокими прочностными характеристиками.6005 также обладает свойствами изгиба, что делает его не лучшим выбором для приложений, которые могут подвергаться перегрузкам или ударам. Этот сплав можно сваривать и изготавливать другими способами, однако нагрев может снизить прочность, поэтому лучше всего реализовать любые уникальные свойства с помощью конструкции экструзии алюминия, а не вторичных операций.

Некоторые из способов использования алюминиевого сплава 6005 включают:

• лестничные конструкции
• соединительный элемент для автомобильной промышленности
• Трубы бесшовные и конструкционные
• структурных приложений
• трубка поручня

Алюминиевый сплав 6063
Одним из наиболее широко используемых вариантов экструдирования алюминиевых сплавов является сплав 6063, который обеспечивает высококачественную отделку и является отличным вариантом для экструзии.Он используется для изготовления индивидуальных и стандартных алюминиевых профилей, а также для изготовления конструкционных труб, бесшовных труб, радиаторов и многого другого. Благодаря своей электропроводности и другим свойствам алюминия сплав 6063 также является отличным выбором для электрических трубок и других применений.

Еще один сплав, который может использоваться для предотвращения коррозии за счет конструкции, сплав 6063 имеет отличную стойкость к коррозии, включая коррозионное растрескивание под напряжением, когда он находится в термически обработанном состоянии.Это также отличный кандидат для вторичных операций и прекрасно работает с блестящими вариантами отделки, включая прозрачную, цветную, окунание и твердое покрытие. Эти виды отделки могут использоваться по эстетическим, функциональным и защитным причинам, в зависимости от цели использования для готовой алюминиевой экструзионной конструкции.

Некоторые из способов использования алюминиевого сплава 6063 включают:

• Коробки оконные и дверные
• радиаторы
• Труба и труба для оросительной системы
• Поручни и мебель
• кабелепровода и прочие компоненты
• изделий для архитектуры и строительства

Алюминиевый сплав 6463
Хотя он связан с 6063, этот конкретный сплав обычно формируется только с использованием конструкции экструзии алюминия.Обычно его подвергают термообработке для увеличения прочности и снижения пластичности, и чаще всего он используется в приложениях для архитектуры или строительства. Когда вы экструдируете алюминиевые сплавы, такие как сплав 6463, вы получите наилучшие результаты, если будете использовать стержни, трубы, прутки, проволоку и другие типы нестандартных профилей. Изготовленный из комбинации примерно 98 процентов сырого алюминия и небольшого количества меди, железа, магния, марганца, кремния и цинка, свойства алюминиевого сплава 6463 включают высокую плотность и предел текучести, а также приличный предел прочности на растяжение и предел текучести. .

Экструзионный дизайн алюминия по индивидуальному заказу
Если вы хотите узнать больше о свойствах алюминия и лучших вариантах экструдирования алюминиевых сплавов, свяжитесь с Silver City Aluminium по телефону 508-542-7200. Наша команда высококвалифицированных и опытных дизайнеров, инженеров и техников может помочь вам предотвратить коррозию при проектировании и получить необходимые детали, детали или продукты.