Статьи

Деформируеммые сплавы

Силумины (сырьевые)

Дюралюминий

Литейные сплавы

Силумины (литейные)

Большинство алюминиевых предметов, на самом деле, изготовлены из алюминиевых сплавов. Механической прочности чистого алюминия, как правило, не хватает для решения даже самых простых бытовых и технических задач.      

Добавление   легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства. Одни качества повышаются - прочность, твердость,  жаростойкость. Другие снижаются – электропроводность, коррозионная стойкость. Почти всегда в результате легирования растет плотность.  Исключение составляет легирование марганцем и магнием. 

По способу применения алюминиевые сплавы можно разделить на   деформируемые и литейные.  Деформируемые сплавы обладают  высокой пластичностью в нагретом состоянии. Литейные  - способны эффективно заполнять литейные формы.   

Сырье для получения сплавов обоего типа  - не только технически чистый алюминий,  но и  силумин -  сплав алюминия с кремнием (10-13 %). Силумин в России обычно маркируют как СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2 и поставляют  в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг.  

Деформируемые сплавы

Их структура (гомогенный твердый раствор) обеспечивает   наибольшую пластичность и наименьшую прочность при обработке  давлением под нагревом. Основными легирующие элементы -  медь, магний, марганец и цинк. В небольших количествах  -  кремний, железо, никель и т.д. Деформируемые алюминиевые сплавы обычно делят на упрочняемые и неупрочняемые. Прочность первых можно повысить термической обработкой.

Типичными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии - сплавы алюминия с медью (2.2 – 7%), содержащие примеси кремния и железа. Они могут быть легированы магнием и марганцем.  

Названия марок дюралюминия состоят из буквы «Д» (она всегда первая) и номера сплава.  Сейчас  наиболее распространено пять основных марок дюралюминия:   

Дюралюминий	Основной химический состав, %
	Cu	Mn	Mg	Si,не более	Fe,не более
Д1......	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	0,7	0,7
Д16.....	3,8-4,9	0,3-0,9	1,2-1,8	0,5	0,5
Д18.....	2,2-3,0	<0,2	0,2-0,5	0,5	0,5
Д19.....	3,8-4,3	0,5-1,0	1,7-2,3	0,5	0,5
Д20.....	6,0-7,0	0,4-0,8	<0,05	0,3	0,3

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше  500C. При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Закалка (охлаждение в воде)  позволяет сохранить такую  структуру в течении нескольких суток  при комнатной температуре. В этот момент  дюралюминий  гораздо более мягок и пластичен, чем после.  

Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность. При комнатной температуре она изменяется. Атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl, но химическое соединение   не образуется и  не отделяется от твердого раствора. За счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора возникают искажения решетки. Они приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава.

Процесс изменения структуры закаленного дюралюминия при комнатной температуре носит название естественного старения. Оно наиболее интенсивно происходит в течение первых нескольких часов. Полностью   завершается -  через 4-6 суток, придавая сплаву максимальную для него прочность.

При подогреве сплава до 100-150 C   происходит искусственное старение. В этом случае процесс завешается быстрее, но упрочнение меньше. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко - происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора.

Максимальное упрочнение дюралюминия может быть достигнуто методом естественного старения в течение четырех дней.

Кованый алюминий

Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состоянии  более пластичными,   являются алюминиевые сплавы для поковок и штамповок, маркируемые буквами АК («алюминий кованый») и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).

Высокопрочные сплавы

К группе деформируемых упрочняемых сплавов относят также более высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы   Al-Cu-Mg-Zn. Названия марок   начинаются буквой «В» (высокопрочные) - В93, В94, В95. Характерная  особенность  -  сравнительно небольшое содержании меди (0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) по сравнению с цинком  (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.

 Неупрочняемые сплавы

В эту группу входят сплавы на основе магния и марганца. Они повышают прочность и коррозионную стойкость алюминия (при содержании магния не более 3%). Сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.

Увеличение прочности может быть достигнуто с помощью пластической деформации.  Наклепанные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .

Название марок таких сплавов  принято  обозначать буквами АМц («алюминий-марганец») и   АМг («алюминий-магний»), далее   следует цифра, указывающая номер сплава.

Общая таблица деформируемых сплавов

Сплавы алюминиевые деформируемые по ГОСТ и ОСТ

Обозначение марок			Химический состав в %
Бук- вен- ное	Циф- ро- вое	ASTM	Al	Cu	Mg	Mn	Fe	Si	Zn	Ti				Примеси, не более
														каж- дая в отд.	сум- ма
АДОО	1010	1260	99,70	0,015	0,02	0,02	0,16	0,16	0,07	0,05				0,02	0,30
АДО	1011	1145	99,50	0,02	0,03	0,025	0,30	0,30	0,07	0,1				0,03	0,50
АД1	1013	1230	99,30	0,05	0,05	0,025	0,30	0,30	0,1	0,15				0,05	0,70
АД	1015	1100	98,80	0,1	0,1	0,1	0,50	0,50	0,1	0,15				0,05	1,20
ММ	1511	3005	ос- но- ва	0,2	0,2 - 0,5	1,0 - 1,4	0,6	1,0	0,1	0,1				0,05	0,2
АМц	1400	3003	ос- но- ва	0,1	0,2	1,0 - 1,6	0,7	0,6	0,1	0,2				0,5	0,1
АМцС	1403		ос- но- ва	0,1	0,05	1,0 - 1,4	0,25 - 0,45	0,15 - 0,35	0,1	0,1				0,05	0,1
АМг2	1520	5052	ос- но- ва	0,1	1,8 - 2,6	0,2 - 0,6	0,4	0,4	0,2	0,1	Cr 0,05			0,05	0,1
АМг3	1530	5154	ос- но- ва	0,1	3,2 - 3,8	0,3 - 0,6	0,5	0,5 - 0,8	0,2	0,1	Cr 0.05			0.05	0.1
АМг4	1540	5086	ос- но- ва	0,1	3,8 - 4,5	0,5 - 0,8	0,4	0,4	0,2	0,02 - 0,10	Cr 0.05 - 0.25	Be 0.002 - 0.005		0.05	0.1
АМг5	1550	5056	ос- но- ва	0,1	4,8 - 5,8	0,3 - 0,8	0,5	0,5	0,2	0,02 - 0,10		Be 0.005		0.05	0.1
АМг6	1560	5556	ос- но- ва	0,1	5,8 - 6,8	0,5 - 0,8	0,4	0,4	0,2	0,02 - 0,10		Be 0.002 - 0.005		0.05	0.1
АД31	1310	6063	ос- но- ва	0,1	0,4 - 0,9	0,1	0,5	0,3 - 0,7	0,2	0,15				0,05	0,1
АД33	1330	6061	ос- но- ва	0,15 - 0,40	0,8 - 1,2	0,15	0,7	0,4 - 0,8	0,25	0,15	Cr 0.15 - 0.35			0.05	0.15
АД35	1350	6351	ос- но- ва	0,1	0,8 - 1,4	0,5 - 0,9	0,5	0,8 - 1,2	0,2	0,15				0,05	0,1
АВ	1341	6151	ос- но- ва	0,1 - 0,5	0,45 - 0,90	0,15 - 0,35	0,5	0,5 - 1,2	0,2	0,15	Cr 0.25			0.05	0.1
АВч			ос- но- ва	0,05	0,06 - 1,0	0,05	0,12	0,35 - 0,55	0,05					0,05	0,1
Д1	1110	2017	ос- но- ва	3,8 - 4,8	0,4 - 0,8	0,4 - 0,8	0,7	0,7	0,3	0,1		Ni 0.1	0,6 - 1,0	0.05	0.1
Д1ч			ос- но- ва	3,8 - 4,8	0,4 - 0,8	0,4 - 0,8	0,4	0,5	0,3	0,1	Ni 0.1	Fe + Si 0.7		0.05	0.1
Д16	1160	2024	ос- но- ва	3,8 - 4,9	1,2 - 1,8	0,3 - 0,9	0,5	0,5	0,3	0,1		Ni 0.1		0.05	0.1
Д16ч		2124	ос- но- ва	3,8 - 4,9	1,2 - 1,8	0,3 - 0,9	0,3	0,2	0,1	0,1	Ni 0.05			0.05	0.1
ВАД1			ос- но- ва	3,8 - 4,5	2,3 - 2,7	0,35 - 0,8	0,3	0,2	0,1	0,03 - 0,10		Zc 0.07 - 0.2	Be 0.002 - 0.005	0.05	0.1
Д19			ос- но- ва	3,8 -4 ,3	1,7 - 2,3	0,5 - 1,0	0,5	0,5	0,1	0,1			Be 0.002 - 0.005	0.05	0.1
Д19Ч			ос- но- ва	3,8 - 4,3	1,7 - 2,3	0,4 - 0,9	0,3	0,2	0,1	0,1			Be 0.002 - 0.005	0.05	0.1
	1163		ос- но- ва	3,8 - 4,5	1,2 - 1,6	0,4 - 0,8	0,15	0,1	0,1	0,01 - 0,07	Ni 0.05			0.05	0.1
САВ1			ос- но- ва	0,012	0,45 - 0,9	0,012	0,2	0,7 - 1,3	0,03	0,012	Ni 0.03	Cd 0.001	Be 0.012	0.03	0.07
АК6	1360		ос- но- ва	1,8 - 2,6	0,4 - 0,8	0,4 - 0,8	0,7	0,7 - 1,2	0,3	0,1	Ni 0.1			0.05	0.1
АК8	1380	2014	ос- но- ва	3,9 - 4,8	0,4 - 0,8	0,4 - 1,0	0,7	0,6 - 1,2	0,3	0,1	Ni 0.1			0.05	0.1
АК4	1140		ос- но- ва	1,9 - 2,5	1,4 - 1,8	0,2	0,8 - 1,3	0,5 - 1,2	0,3	0,1	Ni 0.8 - 1.3			0.05	0.1
АК4-1	1141	2618	ос- но- ва	1,9 - 2,7	1,2 - 1,8	0,2	0,8 - 1,4	0,35	0,3	0,02 - 0,10	Ni 0.8 - 1.4	Cr 0.01		0.05	0.1
АК4-1ч			ос- но- ва	2,0 - 2,6	1,2 - 1,8	0,1	0,9 - 1,4	0,1 - 0,25	0,1	0,05 - 0,1	Ni 0.9 - 1.4	Cr 0.1		0.05	0.1
Д20	1120		ос- но- ва	6,0 - 7,0	0,05	0,4 - 0,8	0,3	0,3	0,1	0,1 - 0,2		Zc 0.2		0.05	0.1
	1105		ос- но- ва	2,0 - 5,0	0,4 - 2,0	0,3 - 1,0	1,5	3,0	1,0	Ti + Cr + Zc 0.2	Ni 0.2			0.05	0.2

 

Легко плавятся и  текут, эффективно заполняют литейную форму.  Обычно их делят на пять типов в зависимости основного   легирующего элемента – магния, кремния, меди и т.д.  Независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ («алюминиевый литейный») и номером.

Группа сплава	Сплавы	Основной химический состав,%					Перечень марок входящих в группу
		Mg	Si	Cu	Zn	Ni
1	АЛ8	9,5-11,5	-	-	-	-	АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ28, АЛ29,
2	АЛ2	-	10-13	-	-	-	АЛ4, АЛ9
3	АЛ7	-	-	4-5	-	-	АЛ19
4	АЛ3	0,35-0,6	4,5-5,5	1,5-3,0	-	-	АЛ5,АЛ6, АЛ10, АЛ14, АЛ15
5	АЛ1	1,2-1,75	-	3,75-4,5	-	1,75-2,3	АЛ16, АЛ17, АЛ18,
	АЛ11	0,1-0,3	6,0-8,0	-	7-12	-	АЛ20, АЛ21, АЛ24,
	АЛ26	0,4-0,7	20-22	1,5-2,5	-	1,0-2,0	АЛ25,

Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает наиболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди литейных сплавов. Его литейные свойства существенно хуже.

Силумины литейные

Литейные сплавы с высоким содержанием кремния часто называют