Химический состав и механические свойства магниевых сплавов

Марка Сплава	Содержание Элементов, % по массе	Вид Т.о.	В, МПа	,%	Tmax, C
Деформируемые сплавы, ГОСТ14957-76
MA8	Mn 1,3–2,2 Ce 0,15–0,35	Т2	250	16	200
MA14	Zn 5,6–6,0 Zr 0,3–0,9	Т1	340	10	125
МА21	Li 7,0–10,0 Cd 3,0–5,0 РЗМ 0,05–0,15	Т2	240	16	100
Литейные сплавы, ГОСТ 2856-79
МЛ5	Al 7,5-9,0	Т4	150	2	150
МЛ15	Zn 4,0-5,0 Zr 0,7-1,1 La 0,6-1,2	T1	210	3	230
МЛ10	Zn 0,1-0,7 Zr 0,4-1,0 Nd 2,2-2,8	T6	250	5	300

Алюминий плавится при температуре 660 С, он имеет ГЦК решетку. Важной особенностью алюминия является низкая плотность 2,7 г/см³ против 7,8 г/см³ для железа и 8,9 г/см³ для меди. Алюминий обладает высокой электрической проводимостью  = 37,0 МСм/м, составляющей 65 % от электрической проводимости меди, и высокую теплопроводность. По распространенности в земной коре (~ 8,8 %) алюминий занимает первое место среди всех промышленно важных металлов. По объему использования в технике алюминий является вторым после железа.

Основными легирующими элементами в промышленных алюминиевых сплавах являются Cu, Si, Mg, Mn и Zn. Вспомогательные легирующие элементы в большей части относятся к группе переходных металлов Mn, Cr, V, Ti, Zr, Mo, Nb, Ni. В качестве модификаторов для алюминиевых сплавов наиболее эффективны Na, K, Sr, Ba. Вредные примеси – это железо, кремний, медь. Наиболее эффективный способ повышения механических свойств – снижение содержания примесей с 0,5–0,7 % до 0,1–0,3 % (ГОСТ 1593-89), но следует иметь в виду, что при этом возрастает стоимость сплава. Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью (_В/), способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Временное сопротивление на разрыв _В алюминиевых сплавов изменяется в широких пределах от 150 до 600 МПа, при плотности  не более 2,9 г/см³. По удельной прочности (_В/ = 230) некоторые алюминиевые сплавы соответствуют высокопрочным сталям (_В/ = 270). Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость, высокую теплопроводность и электрическую проводимость, а также хорошие технологические свойства: литейные свойства, обрабатываемость давлением, свариваемость различными видами сварки; они хорошо обрабатываются резанием. Поэтому алюминиевые сплавы нашли широкое применение в авиационной технике, судостроении, железнодорожном и автомобильном транспорте, приборостроении.

Алюминиевые сплавы классифицируют:

– по технологии изготовления изделий: деформируемые, литейные и спеченные алюминиевые сплавы;

– по способности к упрочнению термической обработкой: термически упрочняемые и термически не упрочняемые;

– по назначению: сплавы низкой и средней прочности обычного назначения; высокопрочные и жаропрочные сплавы; коррозионностойкие сплавы.

Кроме того, сплавы делят по системам, включающим основные легирующие элементы, например, Al-Mn, Al-Cu-Mg, Al-Si-Mg.

В России используется буквенно-цифровая и цифровая маркировка алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы обозначают буквами: Д – сплавы системы Al-Cu-Mg – дуралюмины; АВ – «авиационный алюминий»; АМг и АМц – сплавы алюминия с магнием и марганцем; АД – «алюминиевый деформируемый»; АК – ковочный сплав. Цифры указывают номер сплава, например, В93, В96, Д16, среднее содержание легирующего элемента, например, сплав АМг6 содержит 6 % Mg. Такая маркировка алюминиевых сплавов не отличается системой и единообразием. Поэтому в настоящее время вводится единая четырехцифровая система. В этой системе первая цифра 1 означает алюминий – основу сплава. Вторая цифра характеризует группу основных легирующих элементов: 1 – Al-Cu-Mg; 2 – Al-Cu-Mg; 3 – Al-Mg-Si; 4 – Al-Mn; 5 – Al-Mg; 9 – Al-Zn-Mg. Третья цифра соответствует старой маркировке, четвертая – указывает класс сплава. В ГОСТ 4784-74 дано традиционное буквенное и, параллельно, цифровое обозначение марки сплава: Д19 – 1190; Амг1 – 1510. Новым сплавам присваивают только цифровое обозначение.

Для повышения прочности деформируемых алюминиевых сплавов широко используют нагартовку и различные режимы термической обработки. Поэтому, в конце маркировки могут стоять обозначения, отражающие состояние сплава: М – «мягкий», отожженный: Н – нагартованный; Т – после закалки и естественного старения; Т1, Т2,…,Т6 – после закалки и искусственного старения по указанному режиму.

Литейные алюминиевые сплавы в соответствии с ГОСТ 1583-89 маркируют буквой А, за которой следуют буквы, обозначающие легирующий элемент: К-Si, М-Cu, Мг-Mg, Н-Ni, Кд-Cd, Ц-Zn. Цифры после обозначения элемента указывают его среднее содержание. В ранее действовавших стандартах, указанную систему маркировки использовали только применительно к вторичным сплавам, выплавляемым из лома и отходов. Литейные сплавы, выплавляемые с использованием первичного алюминия, обозначали буквами АЛ и цифрами, указывающими условный номер сплава. В производственных условиях эта маркировка продолжает широко использоваться, например, АЛ2 – АК12, АЛ5 – АК5М. Механические свойства литейных сплавов ниже по сравнению с деформируемыми сплавами аналогичного химического состава.

В качестве коррозионно-стойких сплавов применяют сплавы АМц, АМг6, АВ, АД31, АЛ8, АЛ24, АЛ27. Хорошим сочетанием прочности и пластичности отличаются дуралюмины Д1, Д16, Д19, ВД17. В авиации дуралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов, силовых конструкционных элементов планера самолетов. Высокопрочные сплавы В93, В95, В96Ц характеризуются высокими значениями прочности _В = 700 МПа, но невысокими рабочими температурами – до 120С. Литейные конструкционные герметичные сплавы на основе системыAl-Si-Mgполучили название силумины: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34. Сплав АЛ2 используют для мелких деталей, сплавы АЛ4 и АЛ9 для средних и крупных деталей. Высокопрочные и жаропрочные сплавы Д20, Д21, АК4-1, АЛ3, АЛ5, АЛ19, АЛ33 применяют для изготовления деталей с рабочими температурами от 250 до 350С (диски и лопатки компрессоров, поршни цилиндров). В табл. 3.5 приведены более подробные сведения для некоторых сплавов.

Сплав (материал), полученный после прессования и спекания алюминиевой пудры, называется «спеченный алюминиевый порошок» – САП. В результате равномерно распределенных высокодисперсных частиц Al₂O₃ в алюминиевой основе, механические свойства САП существенно отличаются от свойств литого или деформированного технического алюминия. Так, например, если для деформированного технически чистого алюминия _В = 60…90 МПа,  = 20…40 %, то у САП _В = 250…400 МПа,  = 5…8 %, т. е. САП значительно прочнее деформированного алюминия. Уровень механических свойств САП зависит от содержания Al₂O₃ (табл. 3.6). Однако, основное преимущество спеченного алюминиевого порошка перед алюминиевыми сплавами – высокая жаропрочность при температурах 350–500 С.

Таблица 3.5

Химический состав и механические свойства алюминиевых сплавов

Марка сплава	Содержание легирующих элементов, % по массе							Режим т.о.	Мех-е свойства
	Cu	Mg	Mn	Si	Zn	Fe	Другие эл-ы.		В, Мпа	, %
Деформируемые сплавы
АМг6	<0,1	6,0	0,65	<0,4	<0,2	<0,4	Ti<0,06	Н1	400	9
Д20	6,5	–	0,6	–	–	–	Ti<0,15	Т1	400	12
Д16	4,35	1,5	0,6	<0,5	<0,3	<0,5	Ni<0,1	T1	480	12
В96	2,3	2,65	0,55	<0,3	8,5	<0,5	–	Т2	750	7
АК8	4,35	0,6	0,7	0,9	<0,3	<0,7	Ti<0,1 Ni<0,1	T1	480	10
Литейные сплавы
АЛ2	<0,6	<0,1	<0,5	11,5	<0,3	<1,5	Zr<0,1	–	170	6
АЛ27	<0,15	10	<0,1	<0,2	<0,1	–	Ti – 0,1 Be – 0,1 Zr – 0,12	T4	360	18

Примечание:Приведен усредненный состав сплавов.

Таблица 3.6