Статьи

*Табл. 1. - Развитие систем алюминиевыхсплавов*

Система	Упрочняющая фаза	Год открытия упрочняющего эффекта	Марка сплава (СССР)
Al-Cu-Mg	CuAl2,Al2CuMg	1903-11	Д1, Д16, Д18, АК4-1, БД-17, Д19, М40,ВАД1
Al-Mg-Si	Mg2Si	1915-21	АД31, АД33, АВ (без Cu)
Al-Mg-Si-Cu	Mg2Si, Wфаза(Al2CuMgSi)	1922	AB (с Cu), АК6, AK8
Al-Zn-Mg	MgZn2, Тфаза(Al2Mg2Zn3)	1923-24	B92, В48-4, 01915, 01911
Al-Zn-Mg-Cu	MgZn2, Тфаза(Al2Mg2Zn3), Sфаза(Al2CuMg)	1932	B95, В96, В93, В94
Al-Cu-Mn	CuAl2,Al12Mg2Cu	1938	Д20, 01201
Al-Be-Mg	Mg2Al3	1945	Сплавы типа АБМ
Al-Cu-Li	Тфаза(Al7,5Cu4Li)	1956	ВАД23
Al-Li-Mg	Al2LiMg	1963-65	01420

Деформируемые А. с.по объёму производства составляют около 80% (США, 1967).Полуфабрикаты получают из слитков простой формы - круглых,плоских, полых, - отливка которых вызывает относительноменьшие трудности. Химический состав деформируемых А. с.определяется главным образом необходимостью полученияоптимального комплекса механических, физических, коррозионныхсвойств. Для них характерна структура твёрдого раствора снаибольшим содержанием эвтектики. Деформируемые А. с.принадлежат к различным группам (табл.2). *Табл.2. - Химический состав и механические свойства некоторыхдеформируемых алюминиевых сплавов (1Мн/м2 > 0,1кгс/мм2; 1 кгс/мм2>10 Мн/м2)*

Марка сплава	Основные элементы (% помассе)1						Типичны е механич.свойства3
	Cu	Mg	Zn	Si	Mn	Полуфабрикаты2	предел прочности sb,Мн/м2	предел текучести s0,2,mh/m2	относит. удлинение d, %
АМг1	< 0,01	0,5-0,8		< 0,05		Л	120	50	27,0
АМг6	< 0,1	5,8-6,8	< 0,2	< 0,4	0,5-0,8	Л, Пл, Пр,Пф	340	170	20,0
АД31	< 0,1	0,4-0,9	< 0,2	0,3-0,7	< 0.1	Пр (Л,Пф)	240	220	10,0
АДЗЗ	0,15-0,4	0,8-1,2	< 0,25	0,4-0,8	<0,15	Пф (Пр.Л)	320	260	13,0
АВ	0,2-0,6	0,45-0,9	< 0,2	0,5-1,2	0,15-0,35	л, ш, т, Пр,Пф	340	280	14,0
АК6	1,8-2,6	0,4-0,8	< 0,3	0,7-1,2	0,4-0,8	Ш, Пк,Пр	390	300	10,0
АК8	3,9-4,8	0,4-0,8	< 0,3	0,6-1,2	0,4-1,0	Ш, Пк, Пф,Л	470	380	10,0
Д1	3,8-4,8	0,4-0,8	< 0,3	<] 0,7	0,4-0,8	Пл (Л, Пф, Т),Ш, Пк	380	220	12,0
Д16	3,8-4,9	1,2-1,8	< 0,3	< 0,5	0,3-0,9	Л (Пф, Т,Пв)	440	20	19,0
Д19	3,8-4,3	1,7-2,3	< 0,1	< 0,5	0,5-1,0	Пф(Л)	460	340	12,0
В65	3,9-4,5	0,15-0,3	< 0,1	< 0,25	0,3-0,5	Пв	400	--	20,0
АК4-14	1,9-2,5	1,4-1,8	< 0,3	< 0,35	< 0,2	Пн, Пф (Ш, Пл,Л)	420	350	8,0
Д20	6,0-7,0	< 0,05	< 0,1	< 0,3	0,4-0,8	Л, Пф (Пн, Ш,Пк, Пр)	400	300	10,0
ВАД235	4,9-5,8	< 0,05	< 0,1	< 0,3	0,4-0,8	Пф (Пр,Л)	550	500	4,0
014206	< 0,05	5,0-6,0	-	< 0,007	0,2-0,4	Л(Пф)	440	290	10,0
В92	< 0,05	3,9-4,6	2,9-3,6	< 0,2	0,6-1,0	Л (Пл, Пс, Пр,Пк), Ш, Пф	450	320	13,0
0 19157	< 0,1	1,3-1,8	3,4-4,0	< 0,3	0,2-0,6	Л,(Пф)	350	300	10.1)
В93	0,8-1,2	1,6-2,2	6,5-7,3	< 0,2	< 0,1	Ш,(Пк)	480	440	2,5
В95	1,4-2,0	1,8-2,8	5,0-7,0	< 0,5	0,2-0,6	Л, Пл, Пк, Ш,Пф, Пр	560	530	7,0
В96	2,2-2,8	2,5-3,5	7,6-8,6	< 0,3	0,2-0,5	Пф (Пн, Пк,Ш)	670	630	7,0

Примечания.1Во всех сплавах в качестве примесей присутствуютFe и Si; в ряд сплавов вводятся малые добавки Сг, Zr, Ti, Be.2Полуфабрикаты: Л - лист; Пф - профиль; Пр -пруток; Пк - поковка; Ш - штамповка; Пв - проволока: Т -трубы; Пл - плиты; Пн - панели: Пс - полосы; Ф - фольга.3Свойства получены по полуфабрикатам, показаннымбез скобок. 4С добавкой 1,8-1,3% Ni и 0,8-1,3% Fe.5С добавкой 1,2-1,4% Li. 6Сдобавкой1,9-2,3% Li. 7С добавкой0,2-0,4%Fe. Двойные сплавы наоснове системы Al-Mg (т. н. магналии) не упрочняютсятермической обработкой. Они имеют высокую коррозионнуюстойкость, хорошо свариваются; их широко используют припроизводстве морских и речных судов, ракет, гидросамолётов,сварных ёмкостей, трубопроводов, цистерн, ж.-д. вагонов,мостов, холодильников и т. д. Сплавы Al-Mg-Si (т.н. авиали) сочетают хорошую коррозионную стойкость сосравнительно большим эффектом старения; анодная обработкапозволяет получать красивые декоративные окраски этихсплавов. Тройные Al-Zn-Mgсплавы имеют высокую прочность, хорошо свариваются, но призначительной концентрации Zn и Mg склонны к самопроизвольномукоррозионному растрескиванию. Надёжны сплавы средней прочностии концентрации. Четверные сплавыAl-Mg-Si-Cu сильно упрочняются в результате старения, но имеютпониженную (из-за Cu) коррозионную стойкость; из нихизготовляют силовые узлы (детали), выдерживающие большиенагрузки. Четверные сплавы Al-Zn-Mg-Cu обладают самой высокойпрочностью (до 750 Мн/м2 или до 75кгс/мм2) и удовлетворительно сопротивляютсякоррозионному растрескиванию; они значительно болеечувствительны к концентрации напряжений и повторным нагрузкам,чем дуралюмины (сплавы Al-Cu-Mg), разупрочняются при нагревесвыше 100°С. Наиболее прочные из них охрупчиваются притемпературах жидкого кислорода и водорода. Эти сплавы широкоиспользуют в самолётных и ракетных конструкциях. СплавыAl-Cu-Mn имеют среднюю прочность, но хорошо выдерживаютвоздействие высоких и низких температур, вплоть до температурыжидкого водорода. Сплавы Al-Cu-Li по прочности близки сплавамAl-Zn-Mg-Cu, но имеют меньшую плотность и больший модульупругости; жаропрочны. Сплавы Al-Li-Mg при той же прочности,что и дуралюмины, имеют пониженную (на 11%) плотность ибольший модуль упругости. Открытие и разработка сплавовAl-Li-Mg осуществлены в СССР. Сплавы Al-Be-Mg имеют высокуюударную прочность, очень высокий модуль упругости,свариваются, обладают хорошей коррозионной стойкостью, но ихприменение в конструкциях связано с рядомограничений. В составдеформируемых А. с. входят т. н. спечённые (вместо слитка длядальнейшей деформации используют брикет, спечённый изпорошков) А. с. (в 1967 в США объём производства составилоколо 0,5% ). Имеются 2 группы спечённых А. с. промышленногозначения: САП (спечённая алюминиевая пудра) и САС-1 (спечённыйалюминиевый сплав). САП упрочняетсядисперсными частицами окиси алюминия, нерастворимой валюминии. На частицах чрезвычайно дисперсной алюминиевой пудрыв процессе помола её в шаровых мельницах в атмосфере азота срегулируемым содержанием кислорода образуется тончайшая плёнкаокислов Al. Помол осуществляется с добавкой стеарина, по мереего улетучивания наряду с дроблением первичных порошковпроисходит их сращивание в более крупные конгломераты, врезультате чего образуется не воспламеняющаяся на воздухе т.н. тяжёлая пудра с плотностью св. 1000 кг/м2. Пудрубрикетируют (в холодном и горячем виде), спекают и подвергаютдальнейшей деформации - прессованию, прокатке, ковке.Прочность САП возрастает при увеличении содержания первичнойокиси алюминия (возникшей на первичных порошках) до 20-22%,при большем содержании снижается. Различают (по содержаниюAl2O3) 4 марки САП (6-9% - САП1; 9,1-13%- САП2; 13,1-18% - САП3; 18,1-20% - САП4). Длительные выдержкиСАП ниже температуры плавления мало влияют на его прочность.Выше 200-250 °С, особенно при больших выдержках, САПпревосходит все А. с., например при 500°С предел прочностиsb=50-80 Мн/м2 (5-8 кгс/мм2).В виде листов, профилей, поковок, штамповок САП применяется визделиях, где нужна высокая жаропрочность и коррозионнаястойкость. САП содержит большое количество влаги,адсорбированной и прочно удерживаемой окисленной поверхностьюпорошков и холоднопрессованных брикетов. Для удаления влагиприменяется нагрев в вакууме или нейтральной среде несколькониже температуры плавления алюминиевых порошков илихолоднопрессованных брикетов. Дегазация САП повышает егопластичность, и он удовлетворительно свариваетсяаргоно-дуговой сваркой. САС-1, содержащий25% Si и 5% Ni (или Fe), получают распылением жидкого сплава,брикетированием пульверизата, прессованием и ковкой прутков.Мельчайшие кристаллики Si иFeAl3(NiAl3), воздействуя на матрицу,упрочняют сплав, повышают модуль упругости и пластичность,снижают коэффициент линейного расширения; этот эффект тембольше, чем мельче твёрдые частицы и меньше просвет междуними. Этот А. с. характеризуется низким коэффициентомлинейного расширения и повышается модулем упругости. По этимхарактеристикам порошковые сплавы заметно превосходятсоответствующие литейные А. с. Литейные А. с. пообъёму производства составляют около 20% (США, 1967). Для нихособенно важны литейные характеристики - высокаяжидкотекучесть, малая склонность к образованию усадочных игазовых пустот, трещин, раковин. А. А. Бочвар установил, чтоэти свойства улучшаются при сравнительно высоком содержании всплаве легирующих элементов, образующих эвтектику, чтоприводит, однако, к некоторому повышению хрупкости сплавов.Важнейшие литейные А. с. содержат свыше 4,5% Si (т. н.силумины). Введение гомеопатических (сотые доли процента) дозNa позволяет модифицировать структуру доэвтектических иэвтектических силуминов: вместо грубых хрупких кристаллов Siпоявляются кристаллы сфероидальной формы и пластичность сплавасущественно возрастает. Силумины (табл. 3) охватываютдвойные сплавы системы Al-Si (АЛ2) и сплавы на основе болеесложных систем: Al-Si-Mg (АЛ9), Al-Si-Си (АЛЗ, АЛ6);Al-Si-Mg-Си (АЛ5, АЛ10). Сплавы этой группы характеризуютсяхорошими литейными свойствами, сравнительно высокойкоррозионной стойкостью, высокой плотностью (герметичностью),средней прочностью и применяются для сложных отливок. Дляборьбы с газовой пористостью силуминов Бочвар и А. Г. Спасскийразработали оригинальный и эффективный способ кристаллизацииотливок под давлением. К сплавам с высокимсодержанием Mg (свыше 5% ) относятся двойные Al-Mg (АЛ8),сплавы системы Al-Mg-Si с добавкой Mn (АЛ13 и АЛ28), Be и Ti(АЛ22). Сплавы этой группы коррозионностойки, высокопрочны иобладают пониженной плотностью. Наиболее высокопрочен сплавАЛ8, но технология его изготовления сложна. Для уменьшенияокисляемости в жидком состоянии в него вводится 0,05 - 0,07%Be, а для измельчения зерна - такое же количество Ti, вформовочную смесь для подавления реакции металла с влагойдобавляется борная кислота. Сплав АЛ8 отливается главнымобразом в земляные формы. Сплавы АЛ13 и АЛ28 имеют лучшиелитейные свойства, но меньшую прочность и не способныупрочняться термической обработкой; они отливаются в кокильпод давлением и в землю. Длительные низкотемпературные нагревымогут привести к ухудшению коррозионной стойкости литейных А.с. с высоким содержанием Mg. *Табл.3.-Химический состав и механические свойства некоторыхлитейных алюминиевых сплавов (1Мн/м2 >0, 1 кгс /мм2; 1 кгс/мм2> 10 Мн/м2)*

Марка сплава	Элементы (% по массе)				Вид литья1	Типичные механические свойства
	Cu	Mg	Mn	Si		предел прочности sb,Мн/м2	предел текучести s0,2,mh/m2	относит. удлинение d, %
АЛ8		9,5-11,5	0,1	0,3	З, В, О	320	170	11,0
АЛ2	0,8	-	0,5	10-13	Все виды литья	200	110	3,0
АЛ9	0,2	0,2-0,4	0,5	6-8	<	230	130	7,0
АЛ4	0,3	0,17-0,3	0,25-0,5	8-10,5	> <	260	200	4,0
АЛ5	1,0-1,5	0,35-0,6	0,5	4,5-5,5	><	240	180	1,0
АЛЗ	1,5-3,5	0,2-0,8	0,2-0,8	4,0-6,0	Все виды литья, кроме Д	230	170	1,0
АЛ25	1,5-3,0	0,8-1,2	0,3-0,6	11-13	К	200	180	0,5
АЛ30	0,8-1,5	0,8-1,3	0,2	11-13	К	200	180	0,7
АЛ7	4-5	0,03	-	1,2	-	230	150	5,0
АЛ1	3,75-4,5	1.25-1,75	-	0,7	Все виды литья, кроме Д	260	220	0,5
АЛ19	4,5-5,3	20,05	0,6-1,0	0,3	З, О, В	370	260	5,0
АЛ242	0,2	1,5-2,0	0,2-0,5	0,3	З, О, В	290	-	3,0

Примечание.1Виды литья: З - в землю; В - по выплавляемыммоделям; О - в оболочковые формы; К -в кокиль; Д - поддавлением. 2Zn 3,5 - 4,5%. Сплавы с высокимсодержанием Zn (свыше 3%) систем Al-Si-Zn (АЛ11) и Al-Zn-Mg-Cu(АЛ24) имеют повышенную плотность и пониженную коррозионнуюстойкость, но обладают хорошими литейными свойствами и могутприменяться без термической обработки. Широкогораспространения они не получили. Сплавы с высокимсодержанием Си (свыше 4% ) - двойные сплавы Al-Си (АЛ7) исплавы тройной системы Al-Cu-Mn с добавкой Ti (АЛ19) пожаропрочности превосходят сплавы первых трёх групп, но имеютнесколько пониженные коррозионную стойкость, литейные свойстваи герметичность. Сплавы системыAl-Cu-Mg-Ni и Al-Cu-Mg-Mn-Ni (АЛ1, АЛ21) отличаются высокойжаропрочностью, но плохо обрабатываются. Свойства литейныхсплавов существенно меняются в зависимости от способа литья;они тем выше, чем больше скорость кристаллизации и питаниекристаллизующегося слоя. Как правило, наиболее высокиехарактеристики достигаются при кокильном литье. Свойстваотдельно отлитых образцов могут на 25-40% превосходитьсвойства кристаллизовавшихся наиболее медленно или плохопитаемых частей отливки. Некоторые элементы, являющиесялегирующими для одних сплавов, оказывают вредное влияние надругие. Кремний снижает прочность сплавов систем Al-Mg иухудшает механические свойства сплавов систем Al-Si и Al-Cu.Олово и свинец даже в десятых долях процента значительнопонижают температуру начала плавления сплавов. Вредное влияниена силумины оказывает железо, вызывающее образование хрупкойэвтектики Al-Si-Fe, кристаллизующейся в виде пластин.Содержание железа регулируется в зависимости от способа литья:оно максимально при литье под давлением и в кокиль и сильноснижено при литье в землю. Уменьшением вредных металлических инеметаллических примесей в сплавах с применением чистой шихтыи рафинирования, введением малых добавок Ti, Zr, Be,модифицированием сплавов и их термической обработкой можносущественно повысить свойства фасонных отливок из А. с.Рафинирование осуществляется: продувкой газом (хлором, азотом,аргоном); воздействием флюсов, содержащих хлористые ифтористые соли; выдерживанием в вакууме или сочетанием этихспособов. С каждым годомувеличивается объём потребления А. с. в различных отрасляхтехники (табл. 4). За 5 лет применение А. с. в СШАувеличилось примерно в 1,6 раза и превышает (1967) по объёму10% от потребления стали (в СССР за 1966-70 намеченоувеличение производства А. с. более чем в 2 раза). Наряду странспортом (авиация, суда, вагоны, автомобили) А. с. находятогромное применение в строительстве - оконные рамы, стенныепанели и подвесные потолки, обои; бурно расширяетсяиспользование А. с. для производства контейнеров и др.упаковки, в электропромышленности (провода, кабели, обмоткиэлектродвигателей и генераторов). *Табл.4. - Распределение потребления алюминиевых сплавов по отраслямпромышленности в США (тыс. т)*

Область применения	1962	1965	1967
Строительство	613	846	862
Транспорт	612	838	862
Предметыдлительного потребления	290,2	383	381
Электропромышленность	485	490	576
Машиностроениеи приборостроение	190,5	258,5	279
Контейнеры иупаковка	175	298	397
Экспорт	188	260,2	415
Всего	2553,7	3373,7	3772

Большой интереспредставляет распределение производства А. с. по различнымвидам полуфабрикатов (табл. 5). *Табл.5. - Объём производства полуфабрикатов из алюминиевых сплавовв США (тыс. т)*

Вид полуфабриката	1955	1960	1965
Листы иплиты	610	630	1238
Фольга	89,9	131,1	184,1
Другие катаныеполуфабрикаты	49,9	42,2	74,8
Проволока	28	25,1	38,6
Кабель	71,2	83	195,2
Проволока икабель с покрытием	18	27,4	58,7
Прессованныеполуфабрикаты	309,5	386	700
Волочёныетрубы	30,5	27,4	37,6.
Сварныетрубы	11,6	11,7	42,5
Порошки	16,2	14,9	27,2
Поковки,штамповки	31,9	22,7	43,2
Литьё вземлю	75	58,9	124,5
Литьё вкокиль	135,2	117	150
Литьё поддавлением	161,1	175	365
Всего	1638	1752,4	3279,4