Алюминиевые сплавы – это нужно знать.

Современные алюминиевые сплавы всё более широко применяются в качестве основных конструкционных материалов не только в авиакосмической технике. Они широко применяются и в других отраслях промышленности, а также и в повседневной жизни. Перспектива расширения использования алюминия и алюминиевых сплавов определяется его значительным содержанием в земной коре и ценным комплексом свойств сплавов на его основе.

По масштабам производства и потребления алюминий уверенно занимает второе место после железа.

К достоинствам алюминия и его сплавов относится большой диапазон прочности, высокая удельная прочность, тепло- и электропроводность, отражательная способность и коррозийная стойкость у большинства сплавов

Состав промышленных алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784-97 и др.), структура и свойства изделий из них в значительной степени определяются способом производства. По способу производства алюминиевые сплавы можно разделить на три основные группы: деформируемые, литейные и спекаемые. Объем производства конечных изделий из деформируемых алюминиевых сплавов существенно выше, чем из литейных и спекаемых.

Выделяют следующие марки алюминия:

1. 1.    Первичный алюминий. Первичный алюминий (марка А5-А7, 99,5-99,7%) – типичный пример данной группы. Его получают путем переработки глинозема. В природе металл в чистом виде не встречается ввиду его высокой химической активности.
2. Технический алюминий (по ГОСТ 4784-97); Техническим алюминием называют материал с процентным содержанием инородных примесей менее 1%. Очень часто его также называют нелегированным. Характеризуются очень низкой прочностью, но высокой антикоррозионной стойкостью. Благодаря отсутствию в составе легирующих частиц на поверхности металла быстро образуется защитная оксидная пленка, которая отличается устойчивостью. Марки технического алюминия отличаются и хорошей тепло- и электропроводностью. В их молекулярной решетке практически отсутствуют примеси, которые рассеивают поток электронов. Благодаря этим свойствам материал активно используется в приборостроении, при производстве нагревательного и теплообменного оборудования, предметов освещения.
3. Деформируемый алюминий

К деформируемому алюминию относят материал, который подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию, волочению и другим видам. В результате пластических деформаций из него получают полуфабрикаты различного продольного сечения: алюминиевый пруток, лист, ленту, плиту, профили и другие. Основные марки деформируемого материала, используемого на отечественном производстве, приведены в нормативных документах: ГОСТ 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026.

Деформируемые сплавы подразделяются в зависимости от химического состава на:

• алюминиево-марганцевые сплавы АМц;
• алюминиево-магниевые сплавы (магналии); обозначаются буквами АМг (с цифрой, указывающей примерный процент содержания магния.
• типа «авиаль» с магнием и кремнием: АД31, АД33, АД35, АВ.
• с медью и магнием и марганцем -  типа дюралюминий, обозначаемые буквой Д с цифрой, указывающей номер сплава, например Д1, Д16 (1160);
• высокопрочные алюминиевые сплавы, в которые, кроме алюминия, входит еще и цинк. Родоначальник маркировки слав В95 (1950) обозначаются буквой В с цифрой, например В95;

1. Литейный алюминий. Литейные марки алюминия используются для производства фасонных изделий. Их главной особенностью является сочетание высокой удельной прочности и низкой плотности, что позволяет отливать изделия сложных форм без образования трещин. Согласно своему назначению, литейные марки условно делятся на группы:

• Высокогерметичные материалы (АЛ2, АЛ9, АЛ4М).
• Материалы с высокой прочностью и жароустойчивостью (АЛ 19, АЛ5, АЛ33).
• Вещества с высокой антикоррозионной устойчивостью.

 Очень часто эксплуатационные характеристики изделий из литейного алюминия повышают различными видами термической обработки.

1.  Алюминий для раскисления.

На качество изготавливаемых изделий оказывает влияние и то, какие имеет алюминий физические свойства. И применение низкосортных сортов материала не ограничивается созданием полуфабрикатов. Очень часто он используется для раскисления стали – удаления из расплавленного железа кислорода, который растворен в нем и негативно влияет на механические свойства. Для проведения данного процесса чаще всего применяются марки АВ86 и АВ97.

В зависимости от назначения алюминиевые сплавы разделяются на сплавы высокой, средней и пониженной прочности, жаропрочные, криогенные, ковочные, заклепочные, свариваемые, со специальными физическими свойствами, декоративные.

Упрочнение деформируемых алюминиевых сплавов, а также изменение физических, коррозионных, технологических свойств достигается с помощью различных методов: нагартовки, термической обработки, термомеханической обработки и др.

Состояния полуфабрикатов из алюминиевых деформируемых сплавов обозначаются буквенно-цифровой маркировкой.

Наиболее распространены сплавы алюминия, содержащие в качестве основных легирующих элементов медь и магний.

Дюралюми́н, дуралюмин, дюралюминий,дюраль--собирательное обозначение группы  высокопрочных сплавов на основе алюминия c легирующими добавками меди, магния и марганца. Название сплава происходит от торговой марки Dural - коммерческого обозначения одного из первых упрочняемых термообработкой и последующим старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %), в небольших количествах присутствуют примеси кремния и железа. Название происходит от немецкого города Дюрен (нем. Düren), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава. Соответственно в то время такое название сплава пришло в Россию из Германии (нем.duraluminium) и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «дуралюми́ний» и англизированные варианты «дюралюми́н».

В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно входит марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3% Cu, 0,6% Mg, 0,6% Mn, остальное— Al), однако вследствие слабых механических свойств производство его заметно меньше, чем распространённый для листов и профилей используемый сплав Д16.

В настоящее время сплавы алюминий— медь— магний с добавками марганца— известны под общим названием дюралюмины. К дюралюминам относят советские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д16ч; Д18, В65, Д19, Д19ч; В17, ВАД1 (Д24), 1163 и др. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному или искусственному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450-500 МПа) при комнатной и посредственной прочностью при температурах свыше 130 и до 150…175 °C Хорошая усталостная прочность и вязкость разрушения.

Сплавы типа дюралюмин, в том числе важнейшие из них: Д1ч, Д16ч, 1163,  сравнительно слабо чувствительны к действию усталостных нагрузок. Они имеют повышенную трещиноустойчивость. Общая коррозийная стойкость сплавов низкая. Сплав 1163 существенно превосходит сплавы Д16 и Д16ч по показателям сопротивления разрушению и усталости в результате корректировки химического состава и более совершенной технологии изготовления полуфабрикатов. Сплавы Д16ч, 1163 широко используются для «растянутых» зон самолётов; сплав Д16 применяется как конструкционный материал, для буровых труб, неответственных изделий, как правило в термоупрочнённом состоянии. Для лопастей самолетных винтов применяют сплав Д1ч. При повышении температуры эксплуатации коррозионная стойкость дюралюминов в естественно состаренном состоянии ухудшается и они охрупчиваются. Для конструкций, работающих при повышенных температурах, эти сплавы применяют в искусственно состаренном состоянии Т1.

Сплавы типа Д16

Алюминиевый сплав Д16 и близкие ему Д19, 1163, Д19Ч – дюралюмины повышенной прочности системы Аl-Сu-Мg с легирующими добавками марганца. По твердости и механической прочности, в термоупрочнённом состоянии Д16 не уступает некоторым маркам стали, но при этом обладает в 3 раза более легким удельным весом. В связи с этим, он активно используется во всех областях промышленности, особенно в авиастроении, при изготовлении силовых конструкционных элементов.

Однако, дюралюминий Д16 обладает одним главным недостатком – низкой коррозионной стойкостью и нуждается в специальных антикоррозийных средствах защиты. В большинстве своем сплав плакируют или анодируют, что существенно повышает его сопротивление коррозии.

Примеси железа и кремния негативно сказываются на прочности, в т.ч. усталостной и пластичности сплава Д16, поэтому их содержание строго регламентируется стандартом - доля каждого из них не должна превышать0,5%. Марганец не входит в состав упрочняющих фаз, но его присутствие в дюралюминии повышает его антикоррозийность, улучшает механические свойства и увеличивает температуру рекристализации. В связи с этим Д16 удовлетворительно куется, а также сваривается точечной сваркой.

Повышенной стойкостью к коррозии обладают дюралюминиевые сплавы, типа Д16 в закаленном состоянии, прошедшие плакировку чистым алюминием или анодирование. Первый способ применим только для листов, поскольку тонкий слой алюминия (не более 4% от толщины изделия) необходимо наносить с обеих сторон заготовки. Для этого отфрезерованные слитки дюралюминия покрывают планшетами из чистого алюминия, а затем прокатывают. В результате получают листовые и плитные полуфабрикаты, устойчивые к коррозии, но подвержены механическим повреждениям поверхности.

Дюралюминий Д16 превосходно деформируется в горячем, в меньшей степени в холодном состоянии, позволяя получать трубы, прутки, профили, заклепки и листы. 

Д16Т

Дюраль Д16Т – один из самых распространённых материалов на основе алюминия, считается что он широко довых дюралюминиевых сплавов в авиационной и космической промышленности, хотя правильнее сказать его современные модификации. Главное его преимущество заключается в том, что получаемый из него металлопрокат обладает стабильной структурой, высокими прочностными характеристиками, хорошей механической обрабатываемостью. Для улучшения эксплуатационных качеств дюралюминий Д16Т рекомендуется проводить термостабилизацию:

• производится температурная закалка при температурах 495±5°C
• дюралюминий закаливается в холодной воде. Для снижения внутренних напряжений рекомендуется закаливать «в горячую воду» 90±5°C,
• сплав Д16Т подвергается естественному старению при комнатной температуре в течение 96 часов, либо искусственному, при температурах 190±5°C.

В результате после закалки и старения материал приобретает твердость порядка 125-130 HB.

Большинство дюралей имеют склонность к коррозии больше, чем многие другие сплавы алюминия. В искусственно состаренном состоянии сплава системы AL - Cu - Mg имеют повышенное сопротивление коррозионному растрескиванию и расслаивающей коррозии. Плакированные листы обладают повышенной коррозионной стойкостью. Листы толщиной менее 1 мм имеют пониженную коррозионную стойкость (из-за диффузии меди из сердцевины в плакировку). Для повышения коррозионной стойкости листов толщиной менее 0,8 мм рекомендуется применять утолщенную плакировку. Защита от коррозии осуществляется анодно-оксидными, химическими и лакокра-сочными покрытиями.

            Как и большинство термоупрочняемых алюминиевых сплавов Д16Т плохо поддается сварке и может свариваться только точечной сваркой, при этом образуются концентраторы напряжений. В большинстве случаев конструкции соединяются с помощью заклепочных и других разъемных и неразъемных соединений. Трубы и др. виды изделий из Д16Т обладают отличными эксплуатационными свойствами, используются во многих силовых конструкциях нефтяной, газовой, химической и энергетической отраслях промышленности. Они превосходно подходят для возведения металлоконструкций, поскольку, в отличие от стальных, имеют множество достоинств – легкий вес, удобство при транспортировке, при определённых условиях устойчивость к влаге и коррозии.

Сплав 1163, Д16Ч, Д19Ч

Сплав марки 1163 (и близкие ему Д16Ч/Д19Ч) — среднепрочный высокоресурсный сплав серии дуралюмин, является базовым материалом для зон, критических по усталости в условиях растягивающих нагрузок. Листы из сплава марки 1163 (Д16Ч, Д19Ч) с нормальной плакировкой (А), в закаленном и естественно состаренном состоянии (Т) имеют повышенные характеристики усталостной долговечности и трещиностойкости по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из Д16Т. Обшивочные (В) листы из сплава марки 1163 с твердой регламентированной плакировкой (РД), в закаленном и естественно состаренном состоянии (Т) имеют улучшенные служебные характеристики, в том числе по показателю вязкости разрушения, усталостной долговечности, пластичности по сравнению с листами 1163АТВ. Рекомендуемая рабочая температура — до 80 °С при длительных нагрузках. Листы и прессованные заготовки нашли широкое применение в авиации. Из них изготавливают обшивку, детали каркасов, шпангоуты и тяги управления для самолетов. Материал применяют для изготовления элементов конструкций изделий авиационной техники, работающих на растяжение, в частности, обшивки низа крыла, киля и стабилизатора.