Алюминий и его сплавы

Алюминий – легкий металл серебристо–белого цвета, удельный вес 2,7 Г/см³, температура плавления 660° С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в качестве конструкционного материала применяется редко.

Алюминий характеризуется высокой пластичностью, хорошо штампуется, легко прокатывается и прессуется, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, литейные свойства его низкие, обрабатываемость резанием плохая.

Важнейшим свойствам алюминия является устойчивость против коррозии благодаря образованию на его поверхности прочной защитной пленки – окиси алюминия.

Алюминий обладает высокой электро– и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь), поэтому наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. п. Кроме этого, алюминий используется в химической промышленности, в приборостроении, а также для получения алюминиевых сплавов.

К неупрочняемым термической обработкой относят сплавы алюминия с марганцем – АМц и алюминия с магнием – АМг, АМгЗ, АМг5В, АМгбП, АМгб. Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются и штампуются, но имеют невысокую прочность, которую можно повысить нагартовкой, из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки и другие детали путем гибки и глубокой вытяжки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов.

Дуралюмины – это сплавы, имеющие сложный химический состав, основу которого представляют алюминий, медь и магний; для повышения коррозионной стойкости добавляют марганец. Дуралюмины характеризуются небольшим удельным весом, высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью; для повышения механических свойств их подвергают термической обработке.

Дуралюмины не обладают достаточной стойкостью против коррозии, поэтому их подвергают плакитированию (покрытие поверхности) тонким слоем алюминия.

Основная часть алюминия используется для изготовления сплавов, которые можно разделить на две группы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы сравнительно легко обрабатываются в горячем и холодном состоянии (прокаткой, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой и др.) из них изготовляют прутки, листы, проволоку, прессован­ные профили, поковки и т. д.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. К деформируемым алюминиевым сплавам относятся также сплавы марок АК2, АК4, АКб, АК8, в состав которых входят, кроме алюминия, медь, марганец, магний, кремний и в небольшом количестве никель. Из этих сплавов ковкой и штамповкой изготовляют крупные фасонные и высоконагруженные детали – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и т. д.

Высокопрочные алюминиевые сплавы обладают более высокой прочностью, чем дуралюмины повышенной прочности. Основу этих сплавов составляют цинк, медь, магний. Наиболее широко применяется сплав В95, прочность его после термической обработки выше, а пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем у дуралюмина Д16, хорошо обрабатывается резанием и поддается точечной сварке.

Из сплава В95 изготовляют высоконагруженные элементы конструкции – детали каркасов, обшивку и т. д.

Литейные алюминиевые сплавы применяются при производстве деталей методом отливки. Такие сплавы обладают высокой жидкотекучестью, позволяющей получать тонко­стенное, плотное литье со сравнительно малой усадкой, без трещин, с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, тепло– и электропроводностью, хорошей обрабатываемостью резанием.

Наибольшее распространение получили литейные сплавы – алюминия с кремнием – АЛ2, АЛ4, АЛ9, называемые силуминами. Они обладают высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, не дают горячих трещин и характеризуются небольшой усадкой при литье, достаточно высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, сопротивляются коррозии и при изготовлении отливок не дают горячих трещин. Сплав АЛ2 применяется для изготовления деталей агрегатов, приборов, тонкостенных деталей сложной формы при литье в землю; сплав АЛ4 – для изготовления высоконагруженных деталей ответственного назначения; сплав АЛ9 – для изготовления деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для деталей, подвергающихся сварке. Недостатком сплава АЛ9 является склонность к газовой пористости.

Сплавы на основе алюминия и магния обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низкие. Наиболее распространены марки АЛ8 и А13. Из них изготовляют высоконагруженные детали, подверженные коррозионным воздействиям (детали для морских судов), а также детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного охлаждения).

Сплавы на основе алюминия и меди (марки АЛ7, АЛ 12, АЛ 19) обладают невысокими литейными свойствами и пониженной коррозионной стойкостью, но высокими механическими свойствами. Эти сплавы применяются для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряжениями (марка АЛ7), для отливки головок цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаждения.

Сплавы на основе алюминия, меди и кремния характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая. Эти сплавы широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры и мелких деталей (сплавов АЛЗ), отливок ответственных деталей, обладающих повышенной теплоустойчивостью и твердостью (сплав АЛ4), отливок карбюраторов и арматуры двигателей (сплав АЛ6).

К сплавам на основе алюминия, цинка и кремния относится сплав АЛ 11 (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергается модифицированию; удельный вес его сравнительно высок– 2,9 Г/см³. Из этого сплава изготовляют отливки сложной конфигурации – картеры, блоки двигателей.

К жаропрочным сплавам относится литой сплав АЛ 1, предназначенный для изготовления головок цилиндров, пор-шней, работающих при высоких температурах – до 300° С.