Какие сплавы на основе алюминия применяют в промышленности?

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.

Комментарии