Алюминий относится к легким металлам, он почти в 3 раза легче железа. Низкая плотность, невысокая стоимость, большой объем производства (второе место после железа) обусловили широкое применение его в авиационной промышленности. Высокая электропроводность (65% от меди) позволяет применять алюминий для электротехнических целей как проводниковый металл. Провод из алюминия равной электропроводности легче, чем из меди.
Алюминий – химически активный металл, но пленка окиси на поверхности алюминия надежно защищает металл от дальнейшей коррозии. Азотная и органические кислоты не действуют на алюминий. Отсюда широкое применение алюминия в химической промышленности и в быту для хранения и транспортировки продуктов питания.
Высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия различной формы изделия и профили, вплоть до тончайшей фольги, порошка, пудры.
Качество алюминия определяется степенью чистоты и по этому признаку он подразделяется на три группы по ГОСТ 11069-74:
1. Алюминий особой чистоты марки:
А999 содержит 99, 999% Аl и 0,001% примесей
2. Алюминий высокой чистоты марок:
А995
содержит
99,995% Аl
и 0,05%
примесей
А99
-
99,99% Аl
и 0,01%
-
А97
-
99,97% Аl
и 0,03%
-
А95
-
99,95% Аl
и 0,05%
-
3. Алюминий технической чистоты марок: А85, А8, А7, А6, А5, АО содержит от 0,15 до 1,0% примесей.
Применять чистый алюминий в качестве конструкционного материала в промышленности нецелесообразно, так как он имеет низкие прочностные свойства: sв»60МПа, s0,2»20МПа. Существенно повысить свойства можно путем сплавления алюминия с кремнием, магнием, марганцем, медью, цинком, причем последние два элемента позволяют упрочнять сплавы закалкой до sв»700МПа.
Технические алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые, при этом и те и другие могут использоваться без термического упрочнения или с применением закалки.
1. Сплавы, деформируемые не упрочняемые термической обработкой легированы марганцем и магнием: АМц1 (1%Мn), АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, содержат магния от 1 до 6%, остальное алюминий.
2. Сплавы деформируемые упрочняемые термической обработкой обозначаются буквой Д (дюралюминий) или В (высокопрочный) и условным порядковым номером.
Таблица 11.1 Состав и свойства деформируемых алюминиевых, упрочняемых термообработкой сплавов ГОСТ 4784-74
Марка сплава
Состав сплава, %
Механические свойства
Сu
Мg
Мn
Zn
Zr
sв,МПа
s0,2,МПа
d,%
Д1
3,8-4,8
0,4-0,8
0,4-0,8
<0,3
-
410-490
240-320
14-20
Д16
3,8-4,9
1,2-1,8
0,3-0,9
²
-
440-540
330-400
11-18
Д18
2,2-3,0
0,2-0,5
< 0,2
< 0,1
-
-
-
-
В95
1,4-2,0
1,8-2,8
0,2-0,6
5,0-7,0
-
500-600
450-550
8-12
В96
2,0-2,6
2,3-3,0
²
8,0-9,0
0,1-0,2
3. Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок должны иметь кроме высоких механических свойств хорошую пластичность в горячем состоянии. В таких случаях применяют сплавы по составу близкие к дюралюминию. Обозначаются эти сплавы буквами АК и условным порядковым номером.
Таблица 11.2 Состав и свойства сплавов АК, ГОСТ 4784-74
Марка сплава
Состав сплава, %
Механические свойства
Сu
Мg
Мn
Si
Fe
sв, МПа
d,%
АК1
3,8-4,8
0,4-0,8
0,4-0,8
до 0,7
до 0,7
АК4
1,9-2,5
1,4-1,8
0,15-0,35
0,5-1,2
1,1-1,6
-
-
АК6
1,8-2,6
0,4-0,8
0,4-0,8
0,7-1,2
до 0,06
АК8
3,9-4,8
0,4-1,0
0,4-1,0
0,6-1,2
до 1,0
Сплав АК4 содержит 1,0-1,5% Ni
Более низкие свойства сплавов типа АК по сравнению с дюралюминием объясняются более грубой структурой этих сплавов. Из дюралей изготавливают более тонкие профили с большей степенью деформации; структура их более однородна мелкозерниста, имеет более высокую прочность и пластичность. Полуфабрикаты из сплавов АК испытывают меньшую степень деформации. Улучшают структурное состояние и упрочняют сплавы АК модифицированием и применением различных видов термообработки. Модифицированные сплавы имеют индекс М после номера сплава, а вид термообработки указывается цифрой от 1 до 8 после буквы М: АК4М4, АК6М7, АК8М3, АК7М2.
4. Для фасонного литья разработаны 3 вида литейных алюминиевых сплавов. Самыми распространенными являются силумины – сплавы алюминия с кремнием. Нормальный силумин содержит 10-13% Si, другие силумины содержат пониженное (8-10%) и низкое (4-6%) количества кремния. Вторая группа литейных сплавов близка по составу к дюралям и содержит в своем составе Сu-Мg- Мn. Последние сплавы называются магналии, т.к. содержат 9,5-11,5% магния.
Литейные сплавы для отливок обозначаются буквами АЛ и цифрой: А – алюминиевый сплав, Л – литейный, цифра - порядковый номер в ГОСТе: АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ11, АЛ12.
Механические свойства этих сплавов меняются в широких пределах, т.к. зависят от способа литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Кроме того, отливки могут подвергаться различным видам термообработки.
Помимо вышеперечисленных сплавов для фасонных отливок выплавляются сплавы, которые отливаются в чушках. Сплавы в чушках используют в качестве шихты при выплавке других сплавов. Обозначаются сплавы в чушках по ГОСТ 1583-89 с использованием буквенно-цифровой схемы, аналогичной для сталей. При этом вводимые в алюминий элементы обозначаются следующим образом: К - кремний, М - медь, Мг - магний, Ц - цинк.
Таблица 11.3 Марки и состав алюминиевых сплавов в чушках