10.Алюміній та його сплави: ковкі, деформівні, високоміцні, ливарні; призначення, маркування.

Алюміній — легкий сріблястий метал, густина — 2,7 г/см³, температура плавлення 660°С, тип кристалічної решітки — ГЦК. Алюміній в повітрі по­кривається щільною та стійкою захисною плівкою окисла А1₂0₃ в агресивних середовищах, яка захищає його від корозії. Він має високі теплопровідність і електропровідність, складаючи 65% електропровідності міді.

Характерні механічні властивості чистого алюмінію - низька міцність 050-100 МПа і твердість НВ 17-20 та висока пластичність 5=50%. Алюмі­ній добре кується, штампується, прокатується в холодному і гарячому станах, добре зварюється, що дозволяє виробляти з нього економічні заготовки і го­тові вироби.

Властивості алюмінію дуже залежать від утримування домішок (заліза і кремнія), які підвищують його міцність, знижують пластичність, електропро­відність і корозійну стійкість.

З алюмінію виготовляють тонкі листи (фольгу), труби, деталі (посуд, ємкості) глибокої витяжки; дріт (дріт з алюмінію при рівній електропровід­ності в 2 рази легше, ніж з міді). Алюміній використовують в якості антико­розійного плакуючого покриття металів. В машинобудуванні чистий алюмі­ній застосовується для виготовлення деталей систем живлення і підігріва, ви­робів електрообладнання. Найбільш важливе практичне значення має алюмі­ній в якості основи для одержання конструкційних сплавів.

Алюмінієві сплави мають відносно високі механічні властивості та малу щільність, що дозволяє отримувати з них вироби з високою питомою міцністю . Алюмінієві сплави "наслідують" від алюмінію високу електро- і тепло­провідність, добру корозійну стійкість, зварюваність та інші властивості і, крім того, мають низьку вартість. Це обумовлює широке їх застосування в самих різних галузях сучасної техніки, по використанню вони стоять на дру­гому місці після залізних сплавів.

1. Деформівні алюмінієві сплави поділяють на не зміцнювані та зміцнювані термічною обробкою.

В основу цього поділу покладено границю роз­чинності легуючих елементів при кімнатній температурі.

До не зміцнюваних термообробкою належать сплави типу АМц і АМг. У сплавах АМц міститься до 1,5 % Мn, а в АМг - до 7 % Мg і 0,8 Мn. Для підвищення міцності в них додатково вводять до 2 % V, 0,1 % Ті, 0,005 % Ве. Ці сплави мають високу пластичність, добре зварюються, корозієстійкі, -- 200.. .300 МПа. З них виготовляють штамповані і зварні ємкості, баки тощо.

До сплавів, що зміцнюються термообробкою, належать дуралюміни. Вони містять 2...5 % Сu, до 1,5 % Мg, 1 % Мn. Позначають дуралюміни літерою Д і умовними номерами, наприклад Д16.

Термічна обробка дуралюміни полягає в гартуванні його від темпе­ратури, близької до 500 °С, і наступному природному старінні при кім­натній температурі протягом 5...7 діб або штучному при температурі 100... 150 °С. Після такої обробки властивості дуралюміни становлять -= 420... 470 МПа, 90... 100 НВ, 5= 18...20%.

2.Кувальні алюмінієві сплави характеризуються доброю пла­стичністю й задовільною міцністю. їх маркують літерами АК й умовними числами. За хімічним складом кувальні сплави близь­кі до дуралюмінів, хоч вміст кремнію тут вищий. Зміцнюваль­ними фазами є Мg₂Sі, А1₂Си і -фаза, до складу якої входять А1, Сg, Мg і Sі. Гарячу обробку тиском виконують в інтервалі температур 420...470 °С. Сплав марки АК6 використовують для середньо навантажених деталей складної конфігурації, а сплав АК8 — для високо навантажених деталей.

3.Високоміцні сплави найміцніші серед сплавів алюмінію, хоч менш пластичні від дуралюмінів. їх марки позначають літерою В — високоміцні й умовним номером (В95). Розчинність в алю­мінії легувальних елементів — цинку, магнію і міді зменшу­ється, а під час охолодження вони виділяються як інтерметалеві сполуки: фаза Т (А1₂Мg₃Zn₃), фаза М (МgZn₂) і фаза S (А1₂СuМg). Наявність у структурі фаз Т, М і S сприяє підви­щенню міцності сплавів. Найбільше впливають на міцність цинк і магній. Водночас перелічені елементи знижують пластичність і корозійну тривкість. Незначне легування марганцем і хромом зумовлює підвищення корозійної тривкості.

Сплави марок В95 і В96 використовують у літакобудуванні для високонавантажених елементів конструкцій при темпера­турах до 100 °С.

4. Ливарні алюмінієві сплави містять підвищену кількість силіцію, міді, магнію, цинку. За складом їх поставляють (ДСТУ 2839-94) 38 марок і по­діляють на п'ять груп:

1. А1-Sі-М g (Sі = 6...13 %, Мg= 0,2...0,5 %); позначення - АК7, АК12 тощо;

2. А1-Sі-Сu (Sі = 3,5... 11 %, Сu = 1...8 %); позначення - АК5М, АК5М7 тощо;

3. АІ-Сu (Сu = 4,5...5,3 %, Сd = 0,07...0,25 %); позначення - АМ5, АМ4,5Кд тощо;

4. А1-Мg (М₈ = 4,5...13 %, Si = 0,8...1,7 %); позначення - АМг4К1,5М, АМг5К тощо;

5. А1 - інші компоненти (Zn= 3,5...12 %, Мg - 1,5...2 %, Sі = 6... 10 %); позначення - АК7Ц9, АЦ4Мг та ін.

У марках алюмінієвих, як і в інших кольорових, сплавів компоненти позначають початковими літерами їх назви: А - алюміній, О - олово, М -мідь, Мн - манган, Мг - магній, Кд - кадмій та ін. За ними подають циф­ри, які вказують на вміст цих елементів. Наприклад, марка АМ4,5Кд по­значає сплав з вмістом 4,5 % Сг, близько 1 % Сd, решта – алюміній.

Основними легуючими елементами алюмінієвих сплавів є Си, Ме, 5і, Ьі, 2п, Мп.

Класифікація алюмінієвих сплавів

Класифікація алюмінієвих сплавів проводиться за такими ознаками: За способом отримання виробів — деформівні та ливарні сплави. До деформівних відносяться сплави з сумарним вмістом легуючих елементів до максимальної розчинності в а — розчині при евтектоїдній температурі, що мають структуру а або а+Р; до ливарних — з більш високим вмістом легую­чих елементів і структурою не менше 20% евтектики, як показано на рис. 7.6.

2. За методом зміцнення — зміцнені нагартуванням (низьколеговані а-сттлави), легуванням (нетермообробні а-сплави) і зміцнені термічною оброб­кою (а+р — деформівні сплави та евтектичні ливарні сплави).

3. За складом — прості ( двокомпонентні сплави алюмінію з одним еле­ментом та складні (сплави з двома елментами і більше)

4. За структурою у відпаленому стані — а-сплави, а+р-сплави, доевтек-тичні (а+евт.), евтектичні і заевтектичні (евт.+р).

5. За властивостями та призначенням — високопластичні (термічно не зміцнені), ковочні, тверді (дюралюміни), високоміцні, жароміцні, корозійно­стійкі, для зварювання, герметичні та антифрикційні.

Позначення алюмінієвих сплавів: літерами позначається відповідна по значенню група, а цифрами порядковий номер у групі. В деяких двокомпо­нентних сплавах в марках позначають назву та вміст легуючого елемента, наприклад АМгЗ — сплав А1+3%М§. Літера А на початку марки означає — сплав алюмінію, Д — особливий сплав дюралюмін (в перекладі з французької

• твердіючий за часом), АК — ковкі алюмінієві сплави, М — жароміцні, АД

• підвищеної деформації (пластичності), В-високоміцні, ВАД — високомі­цні з підвищеною деформаційною можливістю, АЛ — алюмінієві ливарні сплави. Додаткові цифри, позначені через дефіс після цифри порядкового номера, означають модифікацію сплава, наприклад АК4 — ковочний, а АК4-1 — ковочний жароміцний сплав.

Часто за цифрою стоять літери, які характеризують стан сплаву: М — м'який (відпалений), Н — нагартований (наклепаний), П — напівнагартований, Т — термічно зміцнений (за буквою Т також ставляться цифри, що означають вид термообробки, — ТІ, Т2, ТЗ).