1 Алюминий и его сплавы

1. Свойства чистого алюминия

Алюминий является важнейшим авиационным металлом, широко применяемым для изготовления разнообразных алюминиевых сплавов.

Цвет алюминия серебристо-белый со своеобразным тусклым оттенком. Кристаллизуется алюминий в пространственной решетке гранецентрированного куба с параметром 4,041 , аллотропических превращенийу него не обнаружено.Алюминий по содержанию в земной коре (~8 %) является одним из самых распространенных металлов.

Алюминий имеет малую плотность, высокую электропроводность (составляющую около 60% электропроводности чистой меди) и значительную теплопроводность.

Физико-механические свойства чистого алюминия приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристики основных физико-механических свойств алюминия.

Плотность  , (кг/м^3)∙10^–3	2,7
Атомный вес	26,97
Температура плавления Тпл, С	660
Температура кипения Ткип, С	2327
Скрытая теплота плавления, Дж/г	393,6
Теплопроводность , Вт/м град (при 20 С)	228
Теплоемкость Ср, Дж/(г град) (при 0 – 100 С)	0,88
Коэффициент линейного расширения  10^6, 1/С (при 25 С)	24,3
Удельное электросопротивление  10^8, Ом м (при 20 С)	2,7
Предел прочности  в, МПа	40–60
Относительное удлинение , %	40 – 50
Твердость по Бринеллю НВ	25
Модуль нормальной упругости , ГПа	70

В результате окисления алюминия кислородом воздуха на его поверхности образуется защитная окисная пленка – Al₂O₃. Наличием этой пленки объясняется высокая коррозионная стойкость алюминия и многих алюминиевых сплавов.

Алюминий достаточно стоек в обычных атмосферных условиях и против действия концентрированной (90—98%) азотной кислоты, однако он легко разрушается при действии большинства других минеральных кислот (серная, соляная), а также щелочей. Он обладает высокой пластичностью, как в холодном, так и в горячем состоянии, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием и отличается низкими литейными качествами.

Для прокатанного и отожженного алюминия характерны следующие механические свойства: ;;.

При нагартовке прочность алюминия повышается, а пластичность снижается. Соответственно степени деформации различают отожженный (АД-М), полунагартованный (АД-П) и нагартованный (АД-Н) алюминий. Отжиг алюминия для снятия наклепа проводится при 350—410 ⁰С.

Типичные механические свойства листов из технического алюминия приведено в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Механические свойства листов из алюминия марок АД00, АД0, АД, АД1

Состояние листа	Толщина листа, мм	, МПа	, %
		не менее
Отожженный	1…10	60	28
Нагартованный	4…10	130	5
Горячекатаный	5…10,5	70	15

2. Классификация алюминия и алюминиевых сплавов

По чистоте первичный алюминий делится на три класса:

• особой чистоты А999 (99,999 % А1, а сумма всех примесей не более 0,001 %);

• высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (99,995 . . . 99,95 % А1);

• технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, АО (99,85 . . . 99,0 % А1).

В качестве основных легирующих элементов в алюминиевых сплавах применяют медь, магний, кремний, марганец, цинк, железо; реже никель, литий, титан, бериллий, цирконий и др. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости и промежуточные фазы с алюминием и между собой (CuAl₂, Mg₂Si и др.).

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления, способности к термической обработке и свойствам. Все сплавы алюминия можно разделить на три группы:

• деформируемые сплавы (неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой (рисунке 1.1);

• литейные сплавы;

• сплавы, получаемые методом порошковой металлургии (САП — спеченные алюминиевые порошки, САС — спеченные алюминиевые сплавы).

Границей между деформируемыми и литейными сплавами является предел насыщения алюминиевого твердого раствора при эвтектической температуре, а границей между сплавами упрочняемыми и неупрочняемыми термической обработкой является предел насыщения того же раствора, при комнатной температуре. Таким образом, способность сплава деформироваться и упрочняться термической обработкой определяется положением его состава на диаграмме состояния А1 — легирующий элемент (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Диаграмма состояния А1 — легирующий элемент (область А — деформируемые сплавы: не упрочняемые (I) и упрочняемые (II) термообработкой; область В — литейные сплавы).

Из деформируемых сплавов могут быть выделены следующие группы, отличающиеся общими технологическими и эксплуатационными особенностями.

1. Сплавы для основных силовых элементов конструкций летательных аппаратов:

а) дуралюмин Д1;

б) жаропрочный дуралюмин марок Д16, ВД17, ВАД1, Д19;

в) жаропрочные алюминиевомедномарганцевые сплавы Д20 и Д21;

г) высокопрочные сплавы В95 и В96;

д) высокопрочный жаропрочный сплав ВАД23.

Сплавы этой группы обрабатывают давлением в горячем состоянии, затем подвергают термической обработке и иногда, в целях дополнительного упрочнения, нагартовке.