Химический состав деформируемых неупрочняемых сплавов

Марка сплава	Al	Cu	Mg	Mn	Fe	Si	Zn	Ti	Cr	Be
АД0	<99,5	До 0,02	До 0,05	До 0,025	До 0,30	До 0,30	До 0,1	До 0,1	-	-
АД1	Не менее <99,30	До 0,05	До 0,05	До 0,025	До 0,30	До 0,30	До 0,1	До 0,15	-	-
АМц	основа	До 0,15	До 0,2	1,0-1,6	До 0,7	До 0,6	До 0,1	До 0,2	-	-
АМг2	“-“	До 0,1	1,8-2,6	0,2-0,6	До 0,4	До 0,4	До 0,2	До 0,1	До 0,05	-
АМг3	“-“	До 0,1	3,2-3,8	0,3-0,6	До 0,5	До 0,4	До 0,2	До 0,05	До 0,05	-
АМг4	“-“	До 0,1	3,8-4,6	0,5-0,8	До 0,3	0,5-0,8	До 0,2	0,02-0,1	0,05-0,25	0,0025-0,005
АМг5	“-“	До 0,1	4,8-5,8	0,3-0,8	До 0,5	До 0,4	До 0,2	0,02-0,1	-	0,002-0,005
АМг5П	“-“	До 0,2	4,7-5,7	0,2-0,6	До 0,4	До 0,5	-	-	-	-
АМг6	-	До 0,1	5,8-6,8	0,5-0,8	До 0,4	До 0,5	До 0,2	0,02-0,1	-	0,002-0,005

Таблица 4.2

Механические свойства деформируемых неупрочняемых сплавов при Т = 20С

Марка сплава	Вид полуфабриката	Состояние испытуемых образцов	Толщина или диаметр мм	Е, ГПа	G, Па	б-1, Гпа на базе 210^7 циклов	бВ, МПа	б0.2, МПа	бnu, МПа	, %	, %	беж, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
АД0	Лист	Отожжённый	2	71	27	-	80	40	-	35	80	-
АД1	Пруток	Без термической обработки	20	-	-	-	150	100	-	6	60	-
Амц	Лист	Отожжённый Полунагартованный Нагартованный	0,7-10,5 0,7-10,5 0,7-10,5	- - -	- - -	- - -	110 170 220	60 130 180	35 - -	25 10 5	- - -	- - -
	Пруток	Без термической обработки	20	70	26,5	-	170	110	70	18	65	-
АМг2	Лист Пруток	Отожжённый Отожжённый	2 20	71 -	27 -	85 -	190 190	100 80	- -	23 25	- 65	100 80
АМг3	Лист	Отожжённый	2	71	27	90	230	120	-	25	-	120
АМг4	Лист Пруток	Отожжённый Без термической обработки	2 25	71 -	27 -	110 -	280 320	140 190	100 100	20 15	- -	140 140

Продолжение табл. 4.2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
АМг5	Лист Пруток	Отожжённый Отожжённый	2,5 20	71 -	26,5 -	110 -	300 300	150 160	- -	20 14	- -	160 160
АМг6	Лист плакированный	Отожжённый Нагартованный 20%	2 -	71 -	27 -	100 -	340 400	170 300	130 230	20 9	- -	180 320

Примечание: б_-1 – предел выносливости при изгибе с симметричным циклом нагревания,

б_nu – предел пропорциональности.

Неупрочняемые деформируемые сплавы на основе Al применяют для деталей РЭС, изготавливаемых холодной листовой штамповкой, в том числе глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется повышенная коррозионная стойкость и малый вес при достаточной прочности.

3. Конструкционные деформируемые алюминиевые

сплавы, упрочняемые термической обработкой

Наиболее распространенным представителем деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой является дюралюминий - сплав, по крайней мере, шести компонентов: алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, хотя основными добавками являются медь (3,4 - 4,0 %), магний (0,5-1,0 %) и марганец (0,5-1,0 %). Кремний и железо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.

Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений (следовательно, вызывающих старение), таких как CuAl₂, MgSi и нерастворимых соединений, таких как железистые и марганцовистые соединения. Марганец повышает стойкость дюралюминия против коррозии, а присутствуя в виде дисперсных частиц фазы Т (Al₁₂Mn₂Cu) повышает температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства.

В отожженном состоянии дюралюминий состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений, но основными из которых являются CuAl₂ и MgSi. При закалке с оптимальной температурой (500 °С) основное количество соединений CuAl₂, MgSi растворяются в алюминии и сплав представляет из себя структуру пересыщенного  твердого раствора (соединения железа не растворяются). При естественном старении после закалки (в течение 57 суток) из твердого раствора выпадают соединения CuAl₂, Mg₂Si и сплав приобретает высокие механические свойства - высокую прочность.

На рис.4.3 представлена примерная кривая зависимость прочности и пластичности дюралюминия от температуры закалки с последующим естественным старением.

Из рисунка видно, что наивысшие механические свойства дюралюминия обеспечиваются при закалке в области 500 °С. Повышение температуры закалки до 520 °С и выше вызывает резкое ухудшение его свойств, что связано с ростом зерна, окислением и оплавлением границ зерна. При термической обработке дюралюминия колебание температуры закалки не должно превышать ± 3-4 °С, так как большие колебания Т закалки приводят к катастрофическому ухудшению механических свойств. В табл.4.3 приведены химические составы наиболее распространенных упрочняемых алюминиевых сплавов, а в табл.4.4 - механические параметры.

Таблица 4.3

Химический состав (%) деформируемых упрочняемых алюминиевых сплавов

Марка сплава	Fl	Cu	Mg	Mn	Ni	Fe	Si	Zn	Ti
Д18	основа	2,2-3,0	0,2-0,5	до 0,2	-	до 0,5	до 0,5	до 0,1	до 0,1
В65	“-“	3,9-4,5	0,15-0,3	0,3-0,5	-	до 0,2	до 0,75	до 0,1	до 0,1
Д1	“-“	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,9	до 0,1	до 0,7	до 0,7	до 0,3	до 0,1
Д16	“-“	3,8-4,9	1,2-1,8	0,3-0,8	до 0,1	до 0,5	до 0,5	до 0,3	до 0,1
Д16П	“-“	3,8-4,5	1,2-1,6	0,3-0,7	-	до 0,5	до 0,5	до 0,1	до 0,1
Д19	“-“	3,8-4,3	1,7-2,3	0,5-2,0	-	до 0,5	до 0,5	до 0,1	до 0,1
ВД17	“-“	2,6-3,2	2,0-2,4	0,45-0,7	-	до 0,3	до 0,3	до 0,1	до 0,1
АВ	“-“	0,1-0,5	0,45-0,9	0,15-0,35	-	до 0,5	0,7-1,2	до 0,3	до 0,1
АД31	“-“	до 0,1	0,4-0,9	до 0,1	-	до 0,5	0.3-0,7	до 0,2	до 0,15
АД33	“-“	0,15-0,4	0,8-1,2	до 0,15	-	до 0,7	0,4-0,8	до 0,25	до 0,15
В95	“-“	1,4-2,0	1,8-2,8	0,2-0,6	-	до 0,5	до 0,5	5,0-7,0	-

Таблица 4.4

Механические свойства деформируемых упрочняемых алюминиевых сплавов при Т = 20С

Марка сплава	Вид полуфабриката	Состояние испытуемых образцов	Толщина или диаметр	б-1, Гпа на базе 210^7циклов	бВ, МПа	б0.2, МПА	, %	, %	бож, МПа	Е, ГПа	G, ГПа	КСТ, МДж/м^3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Д18	Проволока	Отожжённая Закаленная естественным состар	1,4-10,0 1,4-10	- -	160 300	60 170	25 24	- 50	- -	71 -	27 -	- -
Д1	Пруток Профиль прессованный	То же То же	До 50 До 10	- -	- 360	260 220	- 12	- -	- -	72 -	27 -	- -
Д16	Лист Профиль прессованный	То же То же Закаленный и состаренный искусственно	2-4 2-4 5-10	130 - 140-150	450 460 480	320 360 350	19 10 12	- - -	- - -	72 - 72	- - -	- - -
Д19	Лист плакированный	Закаленный и естественно состарен	2-4	-	440	310	16	-	330	70	-	-
		Закаленный и искусственно состарен	2-4	-	450	400	6,5	-	425	-	-	-

Продолжение табл. 4.4

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
ВД17	Полоса прессованная	Закаленная и искусственно состарен	60	165	-	-	-	-	-	72	27	-
АД33	Лист	Отожжённая Закаленный и естественно состар.	2-4 2-4	100 -	140 230	80 120	20 19	- -	- -	71 -	26,5 -	- -
АВ	Лист неплакированный	Закаленный и естественно состар.	0,5-10	-	250	160	23	-	-	-	-	-
В95	Листы, плиты	Закаленный и естественно состар.	1,5-10	160	570	500	12	-	-	72	-	-

Дюралюминий Д1, Д16, Д18, ВД17 упрочняются термической обработкой, характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Эти сплавы поставляются в виде прутков, листов и фасонных профилей, которые используются для изготовления корпусов блоков, каркасов, шасси, стоек и т.д. Сложные конструкции на основе этих материалов могут соединяться путем сварки, с помощью крепежных деталей и заклепок. Из приведенных марок наибольшей пластичностью обладает сплав Д18, из которого изготавливают заклепки.

Рис.4.3. Механические свойства дюралюминия в зависимости от температуры закалки с последующим естественным старением

Сплавы Д1, Д16 в искусственно состаренном состоянии имеют улучшенную коррозионную стойкость, которая не уничтожается при повышенных температурах.

Сплавы АД31, АД32, АВ применяются для изготовления деталей РЭС невысокой прочности, но повышенной пластичности и коррозионной стойкости работающие в диапазоне -70  +50 °С.

Сплав В95 обладает наивысшей прочностью (600 МПа) и близким к нему по значению пределом текучести. Сплав применяют для высоконагруженных конструкций РЭС и работающий в условиях напряжения сжатия.

4.4. Литейные алюминиевые сплавы

Сплавы для изготовления деталей литьем должны обладать высокими технологическими свойствами: высокой жидкотекучестыо, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости. Эти свойства должны сочетаться с хорошими механическими свойствами, с сопротивлением коррозии и др.

Основу литейных алюминиевых сплавов, применяемых для производства деталей РЭС, являются сплавы Al - Si, называемые силуминами.

На рис. 4.4, а приведена диаграмма состояния сплава Al - Si и влияние кремния на механические свойства сплава (рис.4.4,б). Линия АЕС - ликвидус. Линия АВЕД - солидус. Точка А (657 °С) соответствует температуре плавления алюминия. Эвтектический сплав (11,7 % Si) имеет температуру плавления 577 °С. Кремний не образует с алюминием химических соединений и почти не растворяется в нем при нормальной температуре. Растворимость кремния в алюминии (образование  - фазы) при 300 °С лишь 0,99 %, а при эвтектической температуре достигает 1,65 %.

Эвтектические сплавы Al - Si обладают хорошими литейными и неплохими механическими свойствами, поэтому их применяют для изготовления многих деталей РЭС

Рис. 4.4. Диаграмма состояния Al - Si (а) и влияние кремния на механические свойства сплава (б)

Для улучшения механических свойств сплавов Al - Si их подвергают модификации введением в сплав перед отливкой незначительного количества (до 1 %) натрия или его солей. Модификацией сплава достигается мелкозернистая структура, повышение прочности и увеличение пластичности.

Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ (А - алюминий, Л - литейный) и цифрами, указывающими порядковый номер сплава.

В табл.4.5 приведен химический состав сплавов, наиболее часто применяемых в РЭС, а в табл.4.б - их механические свойства.

Таблица 4.5

Химический состав (%) литейных алюминиевых сплавов

Марка сплава	Основные компоненты				Примеси (не более)
	Mg	Si	Mn	Cu	Fe	прим
1	2	3	4	4	6	7
АЛ2	-	10-13	-	-	0,3-1,5	2,2-2,8
АЛ4	0,17-,30	8,0-10,5	0,25-0,5	-	0,6-1,2	1,1-1,7
АЛ9	0,20-0,4	6,0-8,0	-	-	0,3-1,0	1,0-1,9

Продолжение табл.4.5

1	2	3	4	4	6	7
АЛ3	0,20-0,8	4,0-6,0	0,20-0,8	1,5-3,5	1,0-1,5	1,3-1,8
АЛ8	9,20-11,5	-	-	-	<3	<1,1

Таблица 4.6

Механические свойства литейных алюминиевых

сплавов при температуре 20 °С

Марка сплава	Термическая обработка	Е, ГПа	G, Гпа	бВ, МПа	б0.2, МПа	, %	НВ, МПа	, Г/см^3
АЛ2	Без т/о	70	-	170	80	1,8	550	2,66
АЛ4	Закалка + старение	70	-	260	200	2,0	700	2,65
АЛ9	Закалка + частичное старение	70	-	220	120	4,0	650	2,68
АЛ8	Закалка	70	-	320	170	11	700	2,58

Сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9 имеют высокие литейные свойства и обладают герметичностью изготовленных из них отливок. Сплав АЛ2 не упрочняется термической обработкой; единственным способом повышения механических свойств является модифицирование натрием путем присадки к расплаву солей NaF или NaCl. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы  - раствора. Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из нескольких кристаллов (Si) и  - твердого раствора. Такая структура улучшает механические свойства.

АЛ2 рекомендуется применять для изготовления деталей РЭС небольших размеров и более простой формы. Это обусловлено тем, что в крупногабаритных деталях возможно появление концентрированных усадочных раковин, характерных для сплавов с малым интервалом кристаллизации.

Сплав АЛ4 применяют для изготовления средних и крупных деталей (корпусов). При этом средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению при Т=175 °С, а крупные нагруженные детали (корпуса) - закалке и искусственному старению.

Сплав АЛ9 применяют для изготовления средних и крупных деталей ответственного назначения (корпусов механизмов, рам несущих конструкций, стоек, литых лицевых панелей, объемных конструкций шасси и др.). Для повышения пластичности отливки подвергают закалке при температуре 535 ± 5 °С, а для повышения прочности - закалке и старению при температуре 200 °С.

Сплавы Al - Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплав АЛ8 (Al - Mg) имеет низкие литейные свойства, т.к. не содержит эвтектики. Характерной его особенностью является повышенные механические свойства, малая плотность и высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, в морской воде, в щелочных растворах, в агрессивных средах на основе азотной кислоты, в растворах хлористых солей. Сплав хорошо обрабатывается резанием и полируется. Легирование Be, Ti, Zr устраняет склонность сплава к окислению в процессе плавки и улучшает литейные свойства. Недостатком этого сплава является низкая жаропрочность - уровень рабочих температур не превышает 80 °С. Поэтому его используется для изготовления деталей повышенной прочности, работающих в тяжелых климатических условиях, включая действие морской воды и тумана, в области температур –60 +60 °С.