Алюминий часто воспринимают как один материал. На практике разновидностей гораздо больше. В промышленности используют множество марок, которые отличаются составом, прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и технологическими свойствами.
Чистый алюминий хорошо проводит электричество и тепло, легко деформируется и устойчив к коррозии. При этом он достаточно мягкий и не рассчитан на большие нагрузки. Чтобы изменить свойства металла, в него добавляют легирующие элементы. Так получают алюминиевые сплавы.
В зависимости от состава материал становится прочнее, тверже или, наоборот, сохраняет высокую пластичность. Одни сплавы хорошо свариваются, другие подходят для прессования профилей, третьи используют для изготовления литых деталей.
Разберемся, какие бывают алюминиевые сплавы и где применяют наиболее распространенные марки.
Какие бывают алюминиевые сплавы
По технологии изготовления алюминиевые сплавы делят на деформируемые и литейные.
Деформируемые материалы используют для производства листов, плит, лент, труб, прутков, проволоки и профилей. Заготовки получают прокаткой, прессованием, ковкой или штамповкой. К этой группе относятся АМг, АМц, Д16, АД31, АД33, В95 и другие марки.
Литейные сплавы предназначены для получения деталей из расплава. Их состав обеспечивает хорошие литейные свойства, благодаря чему можно изготавливать отливки сложной формы. Распространенные представители этой группы: АК7, АК9, АК12. Требования к литейным алюминиевым сплавам установлены ГОСТ 1583-93.
Есть еще одно важное разделение: сплавы бывают термически упрочняемыми и неупрочняемыми. В первом случае прочность повышают с помощью закалки и старения. Для второй группы важную роль играет холодная деформация, или нагартовка.
Алюминий высокой чистоты
Технически чистый алюминий содержит минимальное количество легирующих элементов. В отечественной практике применяют марки АД000, АД00, АД0, АД1.
Главные свойства такого материала — высокая пластичность, хорошая электропроводность и коррозионная стойкость. Алюминий легко поддается обработке давлением, поэтому из него производят фольгу, ленту, проволоку, тонкий лист и электротехнические изделия.
Недостаток очевиден: чистый металл имеет сравнительно невысокую прочность. Для нагруженных конструкций используют легированные марки.
В международной системе обозначений технически чистый алюминий относится к серии 1xxx. В нее входят материалы с содержанием алюминия от 99 % и выше.
АМц: алюминиево-марганцевые сплавы
АМц относится к пластичным алюминиево-марганцевым сплавам. Материал хорошо обрабатывается давлением, сохраняет высокую коррозионную стойкость и подходит для изготовления деталей, которые приходится формовать.
Из АМц получают листы, ленты, емкости и различные конструкционные элементы. Марку выбирают там, где важны пластичность и устойчивость к воздействию окружающей среды, а максимальная прочность не требуется.
В международной классификации похожую по составу группу образуют сплавы серии 3xxx, где основным легирующим элементом является марганец.
АМг: сплавы алюминия с магнием
К группе АМг относятся марки АМг2, АМг3, АМг5 и АМг6. Основной легирующий элемент здесь магний.
Добавка магния повышает прочность алюминия. При этом сплавы сохраняют хорошую пластичность и свариваемость. Для них также характерна высокая коррозионная стойкость, поэтому АМг широко применяют в условиях повышенной влажности.
Из таких материалов производят листы, плиты, трубы и другие полуфабрикаты. Они востребованы в транспортном машиностроении, судостроении, при изготовлении корпусов, емкостей и сварных конструкций.
Сплавы серии 5xxx в международной классификации также основаны на системе алюминий-магний. Их прочность можно дополнительно повышать холодной деформацией.
Дюралюминий: Д1 и Д16
Если требуется высокая прочность, применяют алюминиево-медные сплавы. К известным отечественным маркам относятся Д1 и Д16.
Д16 содержит медь и магний. После термической обработки его прочность значительно возрастает. Благодаря сочетанию небольшой плотности и высокой прочности материал получил широкое применение в авиационной технике, машиностроении и производстве нагруженных деталей.
У этой группы есть особенность: коррозионная стойкость ниже, чем у некоторых алюминиево-магниевых сплавов. При эксплуатации в агрессивной среде необходимо предусматривать защиту поверхности.
В международной системе алюминиево-медные деформируемые материалы относятся к серии 2xxx.
АД31 и сплавы алюминий-магний-кремний
АД31 хорошо известен производителям алюминиевого профиля. В составе сплава присутствуют магний и кремний. Такое сочетание позволяет получать материал, который хорошо прессуется и может упрочняться термической обработкой.
Главное достоинство АД31 — технологичность. Из него можно получать профили сложного сечения, поэтому сплав востребован в строительстве и машиностроении.
Изделия из АД31 применяют для рам, конструкций, элементов оборудования, радиаторов и других деталей. К этой же системе относятся АД33 и ряд других марок, характеристики которых различаются.
В международной классификации материалы алюминий-магний-кремний относятся к серии 6xxx. Для них характерны хорошая свариваемость, коррозионная стойкость и способность к термическому упрочнению.
В95: высокопрочный алюминиевый сплав
В95 относится к высокопрочным алюминиевым сплавам. Его используют в конструкциях, где требуется выдерживать значительные нагрузки при ограниченной массе.
Материал применяется в авиационной технике, машиностроении и других областях, где важны высокие механические характеристики.
Близкую по принципу легирования международную группу образуют сплавы серии 7xxx. Основным легирующим элементом для нее служит цинк. Добавление магния и других компонентов позволяет получать материалы с очень высокой прочностью после термообработки.
При использовании высокопрочных марок необходимо учитывать коррозионную стойкость, состояние поставки и особенности соединения деталей.
Литейные сплавы и силумины
Если деталь имеет сложную форму, ее часто рациональнее получить литьем. Для этого используют специальные алюминиевые сплавы. Значительную группу среди них составляют силумины, то есть алюминиево-кремниевые материалы.
Кремний улучшает литейные свойства расплава и позволяет получать отливки сложной конфигурации.
Одна из распространенных марок — АК12, также известная как АЛ2. По ГОСТ 1583-93 содержание кремния в АК12 составляет 10–13 %. Сплав используют для получения различных фасонных отливок.
Другие известные марки — АК7 и АК9. Их применяют для изготовления корпусных, конструкционных и других литых деталей.
Конкретный состав выбирают с учетом требований к прочности, герметичности, обработке и условиям эксплуатации. При литье большое значение имеют температура расплава, форма и скорость охлаждения.
Как легирующие элементы меняют свойства алюминия
Разница между марками во многом определяется химическим составом.
Магний повышает прочность и используется в материалах для сварных конструкций. Кремний улучшает литейные характеристики, а в сочетании с магнием позволяет получать термически упрочняемые сплавы. Марганец помогает увеличить прочность и сохранить пластичность. Медь дает высокую прочность после термообработки. Цинк применяется в высокопрочных конструкционных материалах.
В небольших количествах могут присутствовать железо, титан, хром и другие элементы. Их содержание контролируется нормативной документацией и влияет на структуру металла.
Поэтому одинаковый алюминий по внешнему виду может обладать совершенно разными характеристиками. Серебристо-белый цвет характерен для большинства марок, но механические и технологические свойства определяются составом и обработкой.
Почему важна обработка сплава
Марка алюминия сама по себе не всегда дает полное представление о свойствах готового изделия.
Для многих сплавов важным параметром является состояние материала. После отжига, холодной деформации, закалки или старения характеристики меняются.
Например, термически упрочняемый сплав после закалки и старения будет значительно прочнее материала в мягком состоянии. При прокатке и других видах холодной обработки также изменяется структура металла и растет его прочность.
Поэтому при заказе алюминиевого проката обычно указывают не только марку, но и состояние материала, вид полуфабриката, размеры и требования соответствующего стандарта.
Как выбрать алюминиевый сплав
Выбор начинают с условий работы изделия.
Для деталей, которые необходимо гнуть и формовать, подходят пластичные материалы, среди которых технически чистый алюминий и ряд марок АМц и АМг.
Для сварных конструкций часто используют алюминиево-магниевые сплавы. Если требуется изготовить прессованный профиль сложного сечения, одним из распространенных вариантов становится АД31.
Для высоконагруженных элементов рассматривают Д16, В95 и другие прочные термически упрочняемые марки. При этом оценивают не только предел прочности, но и коррозионную стойкость, технологию изготовления и способ соединения.
Для фасонных деталей, которые рационально получать литьем, выбирают литейные марки, например АК7, АК9 или АК12.
Таким образом, универсального алюминиевого сплава не существует. Материал подбирают под конкретную задачу, учитывая форму изделия, способ производства, нагрузку, температуру и условия окружающей среды.
Основные марки алюминиевых сплавов
|
Марка или группа |
Основные свойства |
Применение |
|
АД0, АД1 |
Пластичность, электропроводность, коррозионная стойкость |
Фольга, лист, лента, проводники |
|
АМц |
Пластичность, стойкость к коррозии |
Листы, емкости, конструкции |
|
АМг2–АМг6 |
Прочность, свариваемость, коррозионная стойкость |
Корпуса, сварные конструкции, транспорт |
|
Д1, Д16 |
Высокая прочность после термообработки |
Нагруженные детали, авиационная техника |
|
АД31 |
Хорошая прессуемость, коррозионная стойкость |
Профили, строительные конструкции, детали оборудования |
|
В95 |
Высокая прочность |
Нагруженные конструкционные элементы |
|
АК7, АК9, АК12 |
Хорошие литейные свойства |
Фасонные и корпусные отливки |
Алюминиевые сплавы отличаются прежде всего химическим составом и способом обработки. Именно они определяют прочность, пластичность, свариваемость, коррозионную стойкость и другие характеристики материала.
АМц и АМг подходят для пластичных и коррозионностойких конструкций. Д16 используют там, где нужна высокая прочность при небольшой массе. АД31 востребован при производстве прессованных профилей. В95 применяют для особо нагруженных элементов. АК7, АК9 и АК12 предназначены для литья.
При выборе материала важно учитывать марку, состояние поставки и технологию изготовления детали. Такой подход позволяет подобрать сплав с характеристиками, которые действительно соответствуют условиям эксплуатации.
