Химический состав и механические свойства магниевых сплавов

Марка Сплава	Содержание Элементов, % по массе	Вид Т.о.	sВ, МПа	d,%	Tmax, °C
Деформируемые сплавы, ГОСТ14957-76
MA8	Mn 1,3–2,2 Ce 0,15–0,35	Т2
MA14	Zn 5,6–6,0 Zr 0,3–0,9	Т1
МА21	Li 7,0–10,0 Cd 3,0–5,0 РЗМ 0,05–0,15	Т2
Литейные сплавы, ГОСТ 2856-79
МЛ5	Al 7,5-9,0	Т4
МЛ15	Zn 4,0-5,0 Zr 0,7-1,1 La 0,6-1,2	T1
МЛ10	Zn 0,1-0,7 Zr 0,4-1,0 Nd 2,2-2,8	T6

Алюминий плавится при температуре 660 °С, он имеет ГЦК решетку. Важной особенностью алюминия является низкая плотность 2,7 г/см³ против 7,8 г/см³ для железа и 8,9 г/см³ для меди. Алюминий обладает высокой электрической проводимостью s = 37,0 МСм/м, составляющей 65 % от электрической проводимости меди, и высокую теплопроводность. По распространенности в земной коре (~ 8,8 %) алюминий занимает первое место среди всех промышленно важных металлов. По объему использования в технике алюминий является вторым после железа.

Основными легирующими элементами в промышленных алюминиевых сплавах являются Cu, Si, Mg, Mn и Zn. Вспомогательные легирующие элементы в большей части относятся к группе переходных металлов Mn, Cr, V, Ti, Zr, Mo, Nb, Ni. В качестве модификаторов для алюминиевых сплавов наиболее эффективны Na, K, Sr, Ba. Вредные примеси – это железо, кремний, медь. Наиболее эффективный способ повышения механических свойств – снижение содержания примесей с 0,5–0,7 % до 0,1–0,3 % (ГОСТ 1593-89), но следует иметь в виду, что при этом возрастает стоимость сплава.Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью (s_В/r), способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Временное сопротивление на разрыв s_В алюминиевых сплавов изменяется в широких пределах от 150 до 600 МПа, при плотности r не более 2,9 г/см³. По удельной прочности (s_В/r = 230) некоторые алюминиевые сплавы соответствуют высокопрочным сталям (s_В/r = 270). Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость, высокую теплопроводность и электрическую проводимость, а также хорошие технологические свойства: литейные свойства, обрабатываемость давлением, свариваемость различными видами сварки; они хорошо обрабатываются резанием. Поэтому алюминиевые сплавы нашли широкое применение в авиационной технике, судостроении, железнодорожном и автомобильном транспорте, приборостроении.

Алюминиевые сплавы классифицируют:

– по технологии изготовления изделий: деформируемые, литейные и спеченные алюминиевые сплавы;

– по способности к упрочнению термической обработкой: термически упрочняемые и термически не упрочняемые;

– по назначению: сплавы низкой и средней прочности обычного назначения; высокопрочные и жаропрочные сплавы; коррозионностойкие сплавы.

Кроме того, сплавы делят по системам, включающим основные легирующие элементы, например, Al-Mn, Al-Cu-Mg, Al-Si-Mg.

В России используется буквенно-цифровая и цифровая маркировка алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы обозначают буквами: Д – сплавы системы Al-Cu-Mg – дуралюмины; АВ – «авиационный алюминий»; АМг и АМц – сплавы алюминия с магнием и марганцем; АД – «алюминиевый деформируемый»; АК – ковочный сплав. Цифры указывают номер сплава, например, В93, В96, Д16, среднее содержание легирующего элемента, например, сплав АМг6 содержит 6 % Mg. Такая маркировка алюминиевых сплавов не отличается системой и единообразием. Поэтому в настоящее время вводится единая четырехцифровая система. В этой системе первая цифра 1 означает алюминий – основу сплава. Вторая цифра характеризует группу основных легирующих элементов: 1 – Al-Cu-Mg; 2 – Al-Cu-Mg; 3 – Al-Mg-Si; 4 – Al-Mn; 5 – Al-Mg; 9 – Al-Zn-Mg. Третья цифра соответствует старой маркировке, четвертая – указывает класс сплава. В ГОСТ 4784-74 дано традиционное буквенное и, параллельно, цифровое обозначение марки сплава: Д19 – 1190; Амг1 – 1510. Новым сплавам присваивают только цифровое обозначение.

Для повышения прочности деформируемых алюминиевых сплавов широко используют нагартовку и различные режимы термической обработки. Поэтому, в конце маркировки могут стоять обозначения, отражающие состояние сплава: М – «мягкий», отожженный: Н – нагартованный; Т – после закалки и естественного старения; Т1, Т2,…,Т6 – после закалки и искусственного старения по указанному режиму.

Литейные алюминиевые сплавы в соответствии с ГОСТ 1583-89 маркируют буквой А, за которой следуют буквы, обозначающие легирующий элемент: К-Si, М-Cu, Мг-Mg, Н-Ni, Кд-Cd, Ц-Zn. Цифры после обозначения элемента указывают его среднее содержание. В ранее действовавших стандартах, указанную систему маркировки использовали только применительно к вторичным сплавам, выплавляемым из лома и отходов. Литейные сплавы, выплавляемые с использованием первичного алюминия, обозначали буквами АЛ и цифрами, указывающими условный номер сплава. В производственных условиях эта маркировка продолжает широко использоваться, например, АЛ2 – АК12, АЛ5 – АК5М. Механические свойства литейных сплавов ниже по сравнению с деформируемыми сплавами аналогичного химического состава.

В качестве коррозионно-стойких сплавов применяют сплавы АМц, АМг6, АВ, АД31, АЛ8, АЛ24, АЛ27. Хорошим сочетанием прочности и пластичности отличаются дуралюмины Д1, Д16, Д19, ВД17. В авиации дуралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов, силовых конструкционных элементов планера самолетов. Высокопрочные сплавы В93, В95, В96Ц характеризуются высокими значениями прочности s_В = 700 МПа, но невысокими рабочими температурами – до 120 °С. Литейные конструкционные герметичные сплавы на основе системы Al-Si-Mg получили название силумины: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34. Сплав АЛ2 используют для мелких деталей, сплавы АЛ4 и АЛ9 для средних и крупных деталей. Высокопрочные и жаропрочные сплавы Д20, Д21, АК4-1, АЛ3, АЛ5, АЛ19, АЛ33 применяют для изготовления деталей с рабочими температурами от 250 до 350 °С (диски и лопатки компрессоров, поршни цилиндров). В табл. 3.5 приведены более подробные сведения для некоторых сплавов.

Сплав (материал), полученный после прессования и спекания алюминиевой пудры, называется «спеченный алюминиевый порошок» – САП. В результате равномерно распределенных высокодисперсных частиц Al₂O₃ в алюминиевой основе, механические свойства САП существенно отличаются от свойств литого или деформированного технического алюминия. Так, например, если для деформированного технически чистого алюминия s_В = 60…90 МПа, d = 20…40 %, то у САП s_В = 250…400 МПа, d = 5…8 %, т. е. САП значительно прочнее деформированного алюминия. Уровень механических свойств САП зависит от содержания Al₂O₃ (табл. 3.6). Однако, основное преимущество спеченного алюминиевого порошка перед алюминиевыми сплавами – высокая жаропрочность при температурах 350–500 °С.

Таблица 3.5

Химический состав и механические свойства алюминиевых сплавов

Марка сплава	Содержание легирующих элементов, % по массе	Режим т.о.	Мех-е свойства
Cu	Mg	Mn	Si	Zn	Fe	Другие эл-ы.	sВ, Мпа	d, %
Деформируемые сплавы
АМг6	<0,1	6,0	0,65	<0,4	<0,2	<0,4	Ti<0,06	Н1
Д20	6,5	–	0,6	–	–	–	Ti<0,15	Т1
Д16	4,35	1,5	0,6	<0,5	<0,3	<0,5	Ni<0,1	T1
В96	2,3	2,65	0,55	<0,3	8,5	<0,5	–	Т2
АК8	4,35	0,6	0,7	0,9	<0,3	<0,7	Ti<0,1 Ni<0,1	T1
Литейные сплавы
АЛ2	<0,6	<0,1	<0,5	11,5	<0,3	<1,5	Zr<0,1	–
АЛ27	<0,15		<0,1	<0,2	<0,1	–	Ti – 0,1 Be – 0,1 Zr – 0,12	T4

Примечание: Приведен усредненный состав сплавов.

Таблица 3.6

Состав и механическикие свойства сплавов системы Al-Al₂O₃

Марка сплава	Состав, % по массе (Al-основа)	Температура испытания, °С	Механические свойства
Al2O3	Fe	sВ, МПа	s0,2, МПа	d, %
САП-1	6,0-9,0	< 0,25
САП-2	9,1-13,0	< 0,20
САП-3	13,1-18,0	< 0,20

Дата добавления: 2014-01-07