Алюминиевые сплавы широко используются в промышленности благодаря уникальному сочетанию легкости, прочности, пластичности и коррозионной стойкости. В статье мы разберем основные виды алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроении, авиастроении, судостроении и других отраслях, рассмотрим их свойства и преимущества. Узнаете, какой сплав подойдет для конкретных задач.
Классификация алюминиевых сплавов по назначению
Все алюминиевые сплавы условно делятся на два типа:
- Литейные сплавы. Их получают путем заливки расплавленного металла в форму, соответствующую конфигурации готового изделия.
- Деформируемые (конструкционные) сплавы. Их разливают в слитки, а затем придают нужную форму методами прокатки, штамповки, прессования.
Литейные сплавы часто содержат кремний для улучшения литейных свойств. Деформируемые обладают более высокими механическими характеристиками и используются в ответственных конструкциях.
Маркировка алюминиевых сплавов согласно ГОСТ
В России для обозначения алюминиевых сплавов применяют буквенно-цифровую систему согласно ГОСТ 4784-97. Она включает:
- Буквы, указывающие на основные легирующие элементы.
- Цифры, определяющие номер конкретной марки в пределах группы.
- Букву после номера, обозначающую состояние сплава (термообработку).
Например, сплав марки АМг6М — алюминий, легированный магнием и марганцем. Цифра 6 — порядковый номер данной марки. Буква М означает, что сплав подвергнут термической обработке.
Алюминиево-магниевые сплавы (система Al-Mg)
Системы Al-Mg содержат от 1 до 6% магния. Они отличаются высокой прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, отлично свариваются.
Повышение содержания магния на 1% увеличивает предел прочности такого сплава примерно на 30 МПа. При этом пластичность почти не снижается. Однако при концентрации магния более 6% структура становится нестабильной.
Для улучшения характеристик в сплавы Al-Mg также вводят хром, марганец, титан, кремний, ванадий. А вот медь и железо снижают прочность и коррозионную стойкость.
Сплавы на основе алюминия системы Al-Mg широко применяются в судо- и авиастроении, ракетной технике, для изготовления различных емкостей и труб.
Алюминиево-марганцевые сплавы (система Al-Mn)
В составе алюминиево-марганцевых сплавов обычно присутствуют примеси кремния и железа. Эти элементы снижают растворимость марганца в алюминии. Поэтому для получения однородной мелкозернистой структуры сплавы легируют титаном.
Благодаря достаточному количеству марганца такие сплавы сохраняют стабильность структуры даже в сильно деформированном состоянии. Их механические характеристики после термообработки могут превышать показатели низкоуглеродистых сталей.
К недостаткам алюминиево-марганцевых сплавов относится пониженная коррозионная стойкость. Поэтому готовые изделия покрывают защитными слоями. Такие сплавы широко используются в машиностроении, при производстве различных деталей.
Алюминиево-медные сплавы (система Al-Cu)
Алюминиево-медные сплавы часто легируют марганцем, кремнием, железом и магнием для улучшения свойств.
Магний оказывает наибольшее влияние, значительно повышая пределы прочности и текучести. Железо и никель увеличивают жаропрочность таких сплавов. А кремний улучшает способность к искусственному старению.
После закалки и последующей нагартовки алюминиево-медные сплавы быстрее подвергаются процессу искусственного старения. Это позволяет дополнительно повысить их прочностные характеристики и коррозионную стойкость.
Такие сплавы, легированные кремнием, часто называют силуминами. Их используют для литья декоративных элементов, корпусов приборов, бытовой техники. Небольшие добавки натрия или лития повышают содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12 до 14%, что улучшает литейные свойства.
Алюминиево-кремниевые сплавы
Наряду с силуминами, к алюминиево-кремниевым сплавам относятся авиали — разновидность деформируемых сплавов системы алюминий-магний-кремний.
Открытие эффекта искусственного старения таких сплавов позволило значительно увеличить их прочностные характеристики. Это объяснило широкое применение авиалей в авиастроении.
Авиали отличаются повышенной пластичностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью. Их используют для изготовления сложных кованых и штампованных авиационных деталей — лонжеронов, лопастей винтов вертолетов.
Антифрикционные алюминиевые сплавы
Антифрикционные сплавы на основе алюминия, также называемые алькусинами, применяются в подшипниках скольжения, для изготовления цилиндров двигателей.
Такие сплавы обладают высокой твердостью поверхности, поэтому плохо прирабатываются. Вместе с тем они отличаются достаточной прочностью и технологичностью при механической обработке.
Применение алюминиевых сплавов в строительстве
Благодаря коррозионной стойкости, легкости и прочности алюминиевые сплавы активно используются в строительстве для:
- Кровли
- Оконных рам и переплетов
- Фасадных панелей
- Опор освещения
- Систем вентиляции и отопления
По сравнению с традиционными материалами алюминий позволяет удешевить и облегчить конструкции без потери надежности.
Алюминиевые сплавы в авиакосмической отрасли
Сплав на основе алюминия незаменим в авиастроении благодаря высокой удельной прочности. Из него производят обшивку фюзеляжа, элементы планера, двигателей воздушных судов.
Алюминиевые сплавы в авиакосмической отрасли
Сплав на основе алюминия незаменим в авиастроении благодаря высокой удельной прочности. Из него производят обшивку фюзеляжа, элементы планера, двигателей воздушных судов.
Применение алюминиевых сплавов позволяет создавать легкие и прочные конструкции, снижая нагрузку на силовую установку. Это особенно важно для сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.
Алюминиевые сплавы в судостроении
В судостроении алюминиевые сплавы применяются для изготовления корпусов, надстроек, мачт, трубопроводов судов.
Их использование позволяет снизить вес конструкции и увеличить полезную нагрузку судна. Кроме того, алюминий устойчив к коррозии, в том числе в морской воде.
Алюминиевые сплавы в железнодорожном транспорте
Благодаря высокой ударопрочности и малому весу алюминиевые сплавы стали незаменимым материалом для производства подвижного состава.
Их используют для кузовов пассажирских вагонов, цистерн, железнодорожных платформ, контейнеров. Это позволяет увеличить скорость и грузоподъемность поездов при той же мощности локомотива.
Применение алюминиевых сплавов в машиностроении
В машиностроении алюминиевые сплавы применяются для производства различных ответственных деталей — шатунов, поршней, головок блока цилиндров, картеров.
Их использование позволяет уменьшить вес конструкции, снизить инерционные нагрузки и повысить ресурс работы узлов.
Перспективы применения алюминиевых сплавов
В будущем ожидается расширение использования алюминиевых сплавов в машиностроении и строительстве за счет удешевления производства.
Кроме того, ведутся работы по созданию новых сплавов с улучшенными характеристиками, в том числе жаропрочных и износостойких.
Разработка жаропрочных алюминиевых сплавов
Жаропрочные алюминиевые сплавы с рабочими температурами свыше 250°C востребованы в авиадвигателестроении, ракетостроении, атомной энергетике.
Ведутся исследования по созданию таких сплавов на основе систем Al-Sc, Al-Zr, Al-Ti-Ni, в том числе с применением нанотехнологий.
Разработка износостойких антифрикционных сплавов
Перспективным направлением являются эвтектические алюминиевые сплавы с высокой твердостью для замены бронз и сталей в узлах трения.
В частности, ведутся работы по созданию сплавов на основе систем Al-Si-Ni-Cu, Al-Fe-Cu с высокими антифрикционными и прочностными свойствами.
Оптимизация состава традиционных сплавов
Продолжаются исследования по оптимизации состава распространенных алюминиевых сплавов с целью улучшения технологичности, свариваемости, коррозионной стойкости.
Изучается влияние микродобавок скандия, циркония, титана, лантаноидов на структуру и свойства промышленных алюминиевых сплавов.
Применение нанотехнологий
Перспективным направлением является применение нанотехнологий для модифицирования структуры алюминиевых сплавов, формирования упрочняющих наноразмерных частиц.
Это позволит значительно повысить прочность и жаростойкость сплавов при сохранении пластичности и коррозионной стойкости.
Теперь вы знаете различные виды алюминиевых сплавов, их классификацию, маркировку и области применения.
