6.4. Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы принято делить на две группы: первая – сплавы, деформируемые обработкой, и вторая – литейные сплавы. Иногда первую группу делят на две подгруппы: сплавы, не упрочняемые термообработкой, и сплавы, упрочняемые термообработкой.

Деформируемые обработкой алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, характеризуются невысокой прочностью, но хорошей пластичностью (до 40%). К ним относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием, содержащие его до 6%. Из этих сплавов широко применяются сплав АlМn, содержащий 1,0÷1,6% Мn, и сплавы АМг, АМг5, содержащие соответственно 2,0÷2,8% Mg, 0,2÷0,4% Мn и 4,0÷5,5% Mg, 0,3÷0,6% Мп.

К первой группе сплавов относятся дюралюмины – сплавы на основе А1–Си–Mg, в которые дополнительно вводится Mn для повышения коррозионной стойкости сплава. Наиболее известны у нас сплавы Д1, Д18 и Д16. Вредной примесью для дюралюминов является железо; его содержание не должно превышать 0,5÷0,6%, так как оно образует соединение с медью (Cu₂AlFe), нерастворимое в алюминии, связывающее медь и снижающее эффект упрочнения при старении. Кроме того, присутствие железа снижает прочность и пластичность дюралюминия.

Дюралюминий хорошо деформируется и в горячем, и в холодном состоянии; для его упрочнения обычно применяют закалку в воде и естественное старение. Наибольшее упрочнение достигается в течение первых суток после закалки и практически заканчивается в течение пяти суток.

Для защиты дюралюминиевых листов и других его прокатанных изделий от коррозии, которая даже при добавке марганца остается значительной, широко применяют его плакирование чистым алю­минием. Плакирование проводят совместной горячей прокаткой слитка дюралюминия, обложенного листами (толщиной до 6 мм) чистого алюминия марок А8 и А85.

Сплавы авиаль уступают дюралюминию в прочности, но более пластичны как в горячем, так и в холодном состоянии и поэтому используются для легких конструкций, требующих гибких и других деформаций при монтаже.

Наиболее прочными алюминиевыми сплавами являются сплавы типа В95, содержащие 6% Zn, 2,3% Mg, 1,7% Си, 0,4% Мп, 0,2% Сr. Но, применяя его, следует иметь в виду, что он еще менее коррозионностоек, чем дюралюминий, и не пригоден для работы при температурах выше 150° С, так как его прочностные характеристики сильно понижаются при повышенной температуре. Известно много других сложных деформируемых сплавов для ковки, штамповки и работы при повышенных температурах: АК4, АК6, АК8, АК4-1.

Литейных алюминиевых сплавовочень много; их принято маркировать двумя буквами АЛ (алюминиевый литейный).

В соответствии с ГОСТ 2685-75 их принято делить на пять групп:

Группа I – сплавы на основе системы алюминий–кремний, к которой относятся сплавы АЛ-2, АЛ-4, АЛ-9. Эти сплавы часто называют силуминами, и они представляют собой интерес с точки зрения металловедения.

Группа II объединяет много сплавов, имеющих основу алюминий–кремний–медь. Сюда входят сплавы АЛ-3, АЛ-5, АЛ-6, а также АЛ-32, содержащий кроме трех основных компонентов группы еще марганец и титан.

Группа III – сплавы на основе системы алюминий–медь; к ним относятся сплавы АЛ-7 и АЛ-19. Эти сплавы из-за наличия значительного количества меди более дефицитны и дороги.

Группа IV – сплавы на основе системы алюминий–магний, к которой относятся сплавы АЛ-8, Л-13, АЛ-22 и др.

Эти сплавы обладают низкой плотностью (почти в три раза легче стали), высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Двойные сплавы начали широко использоваться для получения легких отливок различного оборудования для транспортных машин. Сплавы на алюминиево-магниевой основе с небольшими добавками титана, бериллия, например сплав АМг6, хорошо обрабатываются давлением.

К группе V относят сплавы на основе алюминия и других компонентов. Эта группа особенно велика, наиболее популярны из этой группы сплав АЛ-1, содержащий медь, никель и магний, сплав АЛ-11, включающий, кроме алюминия и кремния, большое количество цинка (7÷12%) и немного магния. В эту группу входит также сплав АЛ-24, содержащий магний, марганец, цинк, титан и др.

Сплавы алюминия с магнием, медью, а также многие другие более сложные сплавы на основе алюминия, подвергаются термической обработке, так как их основные прочностные и технологические свойства изменяются при этом в очень широких пределах, а многие алюминиевые сплавы с добавками меди и магния подвержены старению, то есть, изменяют свои свойства при хранении. Например, у сплава АЛ-8, содержащего 9,5÷11% магния, в литом состоянии удлинение равно 1%, а в закаленном состоянии колеблется от 9÷15%. Если этот сплав нагреть под закалку и медленно охлаждать с печью, его относительное удлинение будет около 2%, а после пяти суток выдержки при температуре 20⁰С оно увеличится до 20%. Соответственно изменяются твердость и прочностные свойства.

Наибольшей известностью пользуются силумины и сплавы алюминия с медью. Типичным силумином является сплав АЛ-2, содержащий 10÷13% кремния. Силумины хорошо свариваются и почти не дают трещин от усадочных напряжений, но обладают склонностью к образованию окислительных пленок и повышенной пористостью, связанной с его газопоглощением. Силумины и большинство других алюминиевых литейных сплавов, как и дюралюмины, очень чувствительны к загрязнению железом; по мере увеличения загрязнения резко падает их пластичность и сопротивление удару.