Виды и свойства алюминиевых сплавов

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы используются для изготовления разных предметов. Чистый металл не имеет достаточной механической прочности, устойчивости к коррозии. Поэтому металл непригоден для решения простейших бытовых задач. Комбинация с легирующими элементами позволяет получить вещество с другими свойствами.

Используются технологии, которые помогают повысить прочность, твердость, устойчивость к высокой температуре и коррозии. Некоторые добавки помогают уменьшить электропроводность, повысить плотность. Марганец и магний не влияют на эти характеристики.

Физические параметры алюминиевых сплавов

Перечислим физические свойства нескольких сплавов на основе алюминия:

• Соединение АД1 – технически чистое вещество, в котором присутствует 0,7% примесей. Добавки увеличивают устойчивость к воздействию внешних факторов, уменьшают пластичность и электропроводность вещества. Технический алюминий устойчив к химическому воздействию, превосходит по этим параметрам другие вещества. На поверхности материала присутствует тонкая оксидная прослойка. Низкое содержание примесей положительно воздействует на устойчивость к коррозии. Магний и марганец не изменяют эти свойства. Правка методом растяжения – заключительная процедура обработки детали из вещества марки АД1. Для этого используются роликоправильные машины. Марганец и магний помогают создавать крепкие детали, но уменьшает их пластичность.
• Марка АМц устойчива к коррозии. Детали прекрасно поддаются обработке газовой, аргонной, атомно-водородной и контактной сваркой. Материал прекрасно деформируется при любой температуре. После термообработки прочность не повышается. Изготавливаются детали в отожженном или горячем прессованном виде.
• AMr3, Amr2. Такие соединения не ржавеют, хорошо подвергаются обработке точечной, газовой, роликовой сваркой. После горячей деформации охладить сплав алюминия можно на воздухе. После термообработки характеристики прочности не повышаются. При изготовлении деталей используют два режима термообработки: низкий 273-350 градусов и высокий 360-420 градусов.
• АД31 отличается пластичностью, хорошей устойчивостью к окислению. После сварки материал не становится более подверженным ржавчине. Прочность повышается после термообработки.

Виды алюминиевых сплавов

Алюминий, а также сплавы на его основе создаются из металлической руды, которая делится на несколько видов:

• Первичная.
• Техническая.
• Литейная.
• Деформируемая.
• Антифрикционная.

По методу использования вещества делятся на деформируемые и литейные. Деформированные отличаются повышенной пластичностью после термообработки. Литейные могут хорошо заполнять формы для отливки.

Пластичные вещества отличаются устойчивостью к коррозии, хорошей свариваемостью. Прочность сплава из алюминия зависит от количества используемой меди. Если добавляется 6% вещества для легирования, устойчивость к механическим воздействиям увеличиваются приблизительно на 30 МПа, текучесть повышается на 20 МПа.

Показатель относительного удлинения немного снижается в таких условиях, но не превышает пределы 35%. Если количество магния превышает 6%, структура материала становится нестабильной, уменьшается устойчивость к коррозии. Чтобы улучшить характеристики, в соединение добавляют такие элементы:

• Марганец.
• Кремний.
• Хром
• Титан.
• Ванадий.

Добавление меди и железа плохо сказываются на состоянии алюминиево-магниевых соединений. Показатель свариваемости и стойкости к воздействию ржавчины ухудшается.

Добавление марганца позволяет повышать пластичность. Для создания мелкозернистой структуры проводится легирование с помощью титана. Чтобы состояние вещества было стабильным, добавляется марганец. Кремний и железо являются главными примесями марганцевых соединений.

Добавки из алюминия, меди, кремния применяются при производстве втулочных подшипников, блоков цилиндров. Из-за твердой поверхности приработка требует продолжительных усилий.

После легирования медью повышается термостойкость. Даже низкоуглеродистая сталь не так устойчива к температурному воздействию. Такой продукт неустойчив к воздействию коррозии, поэтому требует обработки и полимеризации. Алюминиево-медное соединение модифицируется с помощью таких материалов:

• Кремний.
• Магний.
• Марганец.
• Железо.

Магний сильно повышает прочность металла, придаёт текучесть. Жаропрочность соединения увеличивается после добавления никеля и железа. Стимулируется процесс искусственного старения.

Добавление кремния помогает получить вещество, которое называется силумином. Качественные характеристики соединения повышаются небольшим количеством натрия и никеля. Такие материалы используются для декоративного литья, производства корпусов механизмов и деталей бытовой техники. Они применяются в таких отраслях, благодаря хорошим литейным характеристикам.

Алюминий, магний и цинк удобно обрабатывать, такой материал отличается устойчивостью к механическим воздействиям. Эти характеристики обеспечивает хорошая растворимость цинка и магния. Под воздействием холода такое свойство заметно снижается. Материал неустойчив к коррозии, поэтому требуется дополнительное легирование с помощью меди.

Марки алюминиевых сплавов

Различают три вида маркировки:

• Буквенно-цифровая.
• Обычная цифровая.
• Международный вариант.

Основной материал в сплаве на основе алюминия отмечается первой цифрой в соответствии с ГОСТом. Второе числовое обозначение определяет легирующую систему, которая использовалась. Дополнительные символы указывают на разновидность модификации.

Что такое алюминиевый сплав?

Материал добывают из бокситовой руды. Залежи такой породы есть в России, Америке, Франции и других странах. Алюминий и некоторые его сплавы отличаются мягкостью, устойчивостью к коррозии. Температура плавления составляет примерно 700 градусов. Плотность 2,7 г на кв. см. Вещество прекрасно проводит электричество и тепло, взаимодействует с кислородом. Показатель упругости – 7000 Мпа, прочность – 150 МПа. При использовании некоторых добавок понижается устойчивость к коррозии. Это происходит по причине повреждения оксидной пленки.

Цинковые сплавы

ЦИНКОВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы, состоящие из цинка как преобладающего компонента (70—93%) с добавкой других металлов, чаще всего Сu, Аl, Sn, Ni и др. Эти сплавы нашли большое распространение, гл. обр. в отливке под давлением, благодаря хорошей способности к заполнению литейных форм, возможности получить отливку сложных очертаний с тонкими стенками, а также благодаря прекрасной способности к воспринятию различных гальванических покрытий, например, никелем, хромом, кадмием и пр. К недостаткам цинковых сплавов относится их способность к коррозии в растворе щелочей, кислот и солей, а также то обстоятельство, что с течением времени в некоторых сплавах происходят превращения (явления старения), приводящие к некоторому изменению размеров, что нередко приводит к короблению отливки и появлению трещин.

Употребляемые в настоящее время цинковые сплавы могут быть разделены на две группы: 1) сплавы цинка с медью и оловом и небольшим количеством алюминия и 2) сплавы цинка с медью и алюминием. Сплавы первой группы обычно содержат 3—4% меди, 5—9% олова (в отдельных случаях содержание олова повышается) и 0,2—0,5% алюминия.

Сплавы эти обладают хорошими литейными качествами и дают отливки с хорошей чистой поверхностью. Удлинение этих сплавов небольшое, что делает отливки хрупкими. Добавка алюминия преследует цель гл. обр. раскисления. Сплавы второй группы получили распространение для сложных и ответственных деталей. В таблице приведены состав и механические свойства различных цинковых сплавов.

Большой интерес представляет новый цинковый сплав под названием «замак» следующего состава: Аl 3,5—4,5%, Сu 2,5—3,5%, Mg 0,05—0,12%, Zn — остальное; сопротивление разрыву его до 32,6 кг/мм 2 , Н_Br — 83. Сплав этот имеет целый ряд преимуществ перед остальными цинковыми сплавами: высокие механические свойства, антикоррозийность, хорошие литейные качества и, что практически важно, с течением времени не подвергается старению. Высокие качества сплава получаются вследствие применения при его изготовлении чистых металлов, а также введения магния; примеси даже в самом незначительном количестве (особенно Рb и Cd) сильно снижают механические свойства и низводят его на степень обычного цинкового сплава. Железо является весьма нежелательной примесью цинковых сплавов, т. к. уменьшает их жидкоплавкость, способствует набуханию, короблению и появлению трещин в отливках, поэтому предельное содержание железа не должно превышать 0,005%.

Применение цинковых отливок в настоящее время самое разнообразное: для частей счетных и пишущих машин, фонографов, табачных, сахарных, клеевых машин, частей магнето и карбюраторов, различных приборов в автомобильной промышленности и пр. Очень часто для увеличения наружной твердости цинковых деталей, в особенности там, где они работают на трение, их покрывают хромом, что придает им очень красивый блестящий с фиолетовым оттенком цвет и значительно увеличивает их поверхностную твердость.

Контактная коррозия

Контактная коррозия металлов – это одно из часто встречающихся явлений, способных привести к их повреждению, потере эксплуатационных характеристик и полному разрушению.

Явление наблюдается, когда контактируют два металла, отличающиеся по электромеханическим свойствам.

Большинство рекомендаций по производству и эксплуатации металлоконструкций отмечают, что компоновать металлы нужно с учетом их совместимости.

Но это требование не всегда соблюдается.

Рассмотрим особенности коррозийного процесса и постараемся ответить на вопрос о том, какие материалы совмещаются между собой.

В зависимости от типа металлов, при контакте они ведут себя по-разному.

К примеру, контактная коррозия распространена при соприкосновении углеродистой стали и алюминия, меди и железа, цинка и алюминия. И это – только часть возможных сочетаний.

Иногда контактная коррозия наблюдается и в случае, если происходит контакт одинаковых металлов. Также появляются проблемы в месте соединения при сварке, по шву, из-за использования специальных присадочных проволок и других материалов.

Почему появляется контактная коррозия

Причина распространения коррозии – возникновение компромиссного потенциала. Он отличается по своим показателям от соприкасающихся металлов.

В итоге появляется пересечение анодной и катодной кривой.

В качестве анода выступает металл, у которого электроотрицательный потенциал выше, чем у другого. Электроположительный металл становится катодом.

Многое зависит и от типа электролита. Это приводит к тому, что увеличится скорость растворения и протекания процесса.

Стоит также учесть и скорость растворения анода. На нее влияет разность катодных и анодных потенциалов.

Значение также имеет уровень компромиссного потенциала. На него влияет тип металлов, которые вступают в контакт.

Есть и 4 внешних фактора, которые оказывают на него воздействие. К ним относятся такие, как:

• Температура самого металла и среды, в которой он находится.
• Уровень аэрации, доступ кислорода.
• Особенности окружающей среды, степень загрязненности и типы рассеянных в воздухе частиц.
• Уровень влажности, наличие прямого контакта с водой, постоянного намокания.

Процесс контактной коррозии развивается в различных средах. Это — открытый воздух, вода, почва.

Если при распространении коррозии, на материал неравномерно воздействует кислород, велика вероятность появления дифференциальной аэрации.

Это затрудняет катодную реакцию и влияет на саму интенсивность протекания процесса.

Особенности проявления катодной коррозии для разных типов металлов и сплавов

На особенности протекания коррозии влияет тип сплавов и металлов, которые контактируют друг с другом.

Все особенности сочетаний указаны в таблице ниже.

Тип металла

Сочетания

Примечания

Алюминий и оксидированные сплавы.

Магний и его оксидированные сплавы, прошедший пассивацию кадмий, разные типы стали – как окрашенной, так и оцинкованной, фосфатированной.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Магний и разные виды сплавов

Магний и сплавы, в том числе, при покрытии грунтом и лаком, анодированный алюминий и сплавы, сталь с хромовым покрытием, а также с нанесенным сверху цинком, кадмием, оловом и другими видами продукции.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Медь и разные виды сплавов

Никель, олово, хром, золото, анодированный алюминий. Допускается применение припоя оловянно-свинцового типа. Допускается сочетание с разными вариантами сплавов анодированного алюминия, окрашенной или фосфатированной стали.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Ценные металлы -родий, серебро, палладий, золото

Все перечисленные виды металлов отлично сочетаются друг с другом с низким риском появления контактной коррозии. Можно также использовать изделия с оловом, никелем, алюминием, хромом и различными вариантами сплавов.

Сочетаются с разными вариантами стали, в том числе, хромникелевой, фосфатированной, окрашенной. В процессе обработки можно использовать в качестве припоя олово, а также его сочетание со свинцом. Среди других допустимых сочетаний – никель, анодированный алюминий и разные типы сплавов.

Среди допустимых сочетаний можно назвать никель, хром, олово, медь, припои из сплава свинца и олова. Сталь в контакте может быть покрытой цинковым слоем, окрашенной или анодированной, если планируется использование в контакте с морской водой. Можно также использовать такой вариант материала с золотом и серебром.

Одни из наиболее сочетаемых с другими разновидностями сырья. Список допустимых для контакта металлов очень большой – от золота, меди и сплавов до хрома, никеля, меди, цинка, кадмия и других.

Может соприкасаться с хромом, прошедшим процесс пассивации оловом, цинком, никелем, кадмием, припоем из олова и свинца. Сталь может быть как хромникелевой, так и хромистой, а также с дополнительным полимерным покрытием.

Меры предосторожности для недопущения развития контактной коррозии

Чтобы риск контактной коррозии металла снизился, нужно соблюдать 3 рекомендации. К ним относятся следующие:

• Будьте осторожны с покрытиями. Это актуально в том случае, если планируется использовать изделие в районах с тропическим климатом и рядом с морем. Дополнительное покрытие не стоит наносить на участки деталей, где планируется сварка внахлест, установка заклепок из других видов сырья. Причина заключается в особенностях поведения электролита, когда коррозия значительно усиливается.
• При проведении сварки и клепки деталей, покрытие нужно снимать. После того, как все работы проведены, сверху можно будет наносить полимерное покрытие для борьбы с негативным воздействием окружающей среды.
• Не стоит использовать гальваническое покрытие в том случае, если перед вами деталь из черных или цветных металлов, прошедшие через литьевые формы.

Чтобы не допустить появления коррозии, всегда нужно понимать, с какими металлами вы работаете, и как они сочетаются друг с другом. Чтобы уменьшить степень интенсивности разрушения металла, нужно как можно скорее удалить соприкасающиеся отрезки сырья друг от друга.

Когда деталь используется в агрессивных средах, можно предусмотреть специальные прокладки. Хорошо справляется с задачей использования в морской воде магний и большинство его сплавов, цинк, алюминий и другие.

В качестве изоляции между элементами могут выступать металлические или полимерные лакокрасочные покрытия. Хорошим решением станут свинцовые детали.

Защитим ваши металлические изделия от коррозии

Наша компания выполняет задачи по проведению горячей оцинковки разных видов материалов. Среди преимуществ работы с нами есть такие, как:

• Опыт работы с 2007 года. Регулярно сотрудничаем со многими постоянными клиентами.
• Большая производственная база. У нас есть три цеха горячего цинкования. Мощность предприятия составляет 120 тысяч тонн в год.
• Универсальность. Работаем даже со срочными заказами и любыми видами изделий. На предприятии установлена самая глубокая ванна в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра.
• Качественное оборудование. Используем в обработке технику от таких крупных брендов, как KVK KOERNER и EKOMOR.

Мы гарантируем полное соответствие требованиям ГОСТ 9.307-89. Готовы ответить на все интересующие вас вопросы и быстро приступить к выполнению поставленной задачи.

Алюминиевые литейные сплавы

* Здесь и далее в скобках приведены старые обозначения алюминиевых литейных сплавов.

По химическому составу в зависимости от основного легирующего компонента алюминиевые литейные сплавы подразделяют на пять групп:
I — на основе системы Аl-Si-Mg;
II — на основе системы Аl-Si-Cu;
III — на основе системы Аl-Cu;
IV — на основе системы Аl-Mg;
V — на основе системы Аl — прочие компоненты.

Алюминиевые литейные сплавы по стандарту обозначаются буквой А в начале марки, затем приводятся обозначения основных элементов следующими буквами: К кремний, Мг — магний, М — медь, Мц — марганец, Ц — цинк, Кд — кадмий, Н — никель.

Цифры после букв указывают среднее содержание элемента в процентах. Буквы в конце марки обозначают:

• ч — чистый;
• ич — повышенной чистоты;
• оч — особой чистоты;
• л -литейные сплавы;
• с — селективный.

Рафинированные сплавы в чушках обозначают буквой р, которую ставят после обозначения марки сплава. Сплавы, предназначенные для изготовления изделий пищевого назначения, обозначают буквой П, которую также ставят после обозначения марки сплава.

Алюминиевые литейные сплавы в чушках (металлошихта) и в отливках изготовляют для нужд народного хозяйства и на экспорт по ГОСТ 1583-93.

Для изготовления изделий пищевого назначения применяют сплавы АК7, АК5М2, АК9, АК12.

Применение других марок сплавов для изготовления изделий и оборудования, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами и средами, в каждом отдельном случае должно быть разрешено органами здравоохранения.

В алюминиевых сплавах, предназначенных для изготовления изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15 %, мышьяка — не более 0,015 %, цинка — не более 0,3 %, бериллия — не более 0,0005 %.

В алюминиевых сплавах, предназначенных для изготовления изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15 %, мышьяка — не более 0,015 %, цинка — не более 0,3 %, бериллия — не более 0,005 %.

Аналоги алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93, стандартам США, Германии, Японии и Франции (табл. 97) подобраны путем сравнения массовой доли основных компонентов.

При этом учтено следующее: наличие примесей, способы литья, режимы термической обработки, механические свойства и области применения.

97. Алюминиевые литейные сплавы-аналоги по стандартам разных стран

319.0
SG 64D
326

328.0
SG 82A
327

Механические свойства алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93 должны соответствовать приведенным в табл. 98. Механические свойства сплавов-аналогов даны в табл. 98а.

98. Механические свойства некоторых алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93

1. Условные обозначения способов литья:
   • 3 — литье в песчаные формы;
   • В — литье по выплавляемым моделям;
   • К — литье в кокиль;
   • Д — литье под давлением;
   • ПД — литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка);
   • О — литье в оболочковые формы;
   • М — сплав подвергается модифицированию.
2. Условные обозначения видов термической обработки:
   • T1 — искусственное старение без предварительной закалки;
   • Т2 — отжиг;
   • Т4 — закалка;
   • Т5 — закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение;
   • Т6 — закалка и полное искусственное старение;
   • Т7 — закалка и стабилизирующий отпуск;
   • Т8 — закалка и смягчающий отпуск.
3. Механические свойства, указанные для способа литья В, распространяются также на литье в оболочковые формы.

98а. Механические свойства алюминиевых литейных сплавов-аналогов

1. Обозначение способов литья см. примечание к табл. 98.
2. Обозначения режимов термической обработки приведены в табл.99

99. Обозначения и рекомендуемые режимы термической обработки алюминиевых литейных сплавов-аналогов

Старение 300 °С, 2 ч

Закалка с 535 °С, 9 — 16 ч, вода (20 — 100 °С)

Закалка с 545 °С, 10 — 14 ч, вода (20 — 100 °С)

Старение 170 °С, 6 — 10 ч

Закалка с 535 °С, 10 — 16 ч, вода (20 — 100 °С)

Старение 175 °С, 5 — 17 ч

Старение 175 °С, 5 — 17 ч

Закалка с 545 °С, 10 — 14 ч, вода (80 — 100 °С)

Старение 250 °С, 3 — 10 ч

Двухступенчатый нагрев: 505 °С, 4 — 6 ч; 515 °С, 4 — 8 ч, вода (200 — 100 °С)

Старение 230 °С, 3 — 5 ч

Без термической обработки

По стандартам США состояние без термообработки обозначается буквой F, в стандарте Франции — Y-30.

В стандарте Франции приняты следующие обозначения видов термообработки:

• Y-33 — закалка и искусственное старение (соответствует Т6);
• Y-35 — стабилизирующий отпуск (соответствует Т7).

Особенности маркировки алюминиевых литейных сплавов в стандартах США, Японии, Германии и Франции приведены ниже.

США (ASTM В 85, В 26, В 108)

В общегосударственных и оборонных спецификациях для алюминиевых литейных сплавов наиболее широко используется система обозначений Алюминиевой Ассоциации (АА).

В этой системе сплавы имеют трехзначное обозначение. Сплавы сгруппированы в серии, которые относятся к определенным системам легирования. Первая цифра каждой серии указывает основную систему сплава.

Промышленных литейных сплавов серий 6ХХ и 9ХХ не существует. В маркировке, принятой АА, обозначение XXX.0 используется для отливок, т.е. для всех литейных сплавов.

В некоторых обозначениях сплавов, принятых АА, цифрам предшествует буква. Буквы используют для того, чтобы различить сплавы с одинаковым химическим составом по основным легирующим элементам, но отличающимся друг от друга только содержанием примесей или малых добавок, например сплав 356.0 и А 356.0.

SAE-система Общества инженеров автомобильной промышленности. Марки сплавов имеют цифровое трехзначное обозначение. Например, сплав марки АК7ч (АЛ9) (ГОСТ 1583) имеет аналог по стандартам США: 356.0 (по АА), SG70A (по ASTM B26) и 323 (пo SAE).

ЯПОНИЯ (JIS H5202)

В обозначении марок всех литейных алюминиевых сплавов вначале стоит буквенное выражение АС (алюминиевый литейный сплав): последующие цифры 1, 2. . обозначают группу сплавов, относящихся к определенной системе легирования; буквы А, В, С, D, стоящие после цифр, — символ определенного сплава в данной группе.

ГЕРМАНИЯ (DIN 1725T.2)

Перед обозначением марок литейных алюминиевых сплавов указывают метод литья:

• G — литье в землю или песчаные формы;
• GK — литье в кокиль;
• GD — литье под давлением.

Далее идут символы элементов и цифры, указывающие их среднее содержание. В конце обозначения марки сплава указывается его термическая обработка:

• g — закалка, соответствует состоянию Т4;
• wa — обработка на твердый раствор, закалка и искусственное старение — соответствует состоянию Т6.

Один и тот же сплав может маркироваться как с указанием метода литья и термообработки, так и без него. Обозначение марки сплава с указанием метода литья и термообработки ставится в скобках.

Для литейных сплавов с повышенным допустимым содержанием меди, которая не является легирующим элементом, краткое обозначение дополняется стоящим в скобках символом Cu, например GD-AlSi12(Cu).

ФРАНЦИЯ (А57-702)

Первой в обозначении всех литейных алюминиевых сплавов стоит буква А (алюминиевый сплав), далее через тире стоят символы легирующих элементов с цифрами, указывающими их среднее содержание, последним стоит символ основного легирующего элемента.

Например, A-S5U3G:
S5 — кремния 5 %; U3 -меди 3 %; G — магний — основной легирующий элемент.