7. Цветные металлы и сплавы

7.1. Алюминий и его сплавы

Алюминий  металл серебристого цвета с плотностью 2,7 Мг/м³ и температурой плавления 660 С; имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку; не имеет аллотропических превращений.

Алюминий характеризуется высокими тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Последнее объясняется способностью алюминия на воздухе покрываться прочной оксидной пленкой, защищающей металл от дальнейшего окисления. Алюминий характеризуется высокой пластичностью, хорошо обрабатывается давлением. Механические свойства прокатанного и отожженного алюминия высокой чистоты: _В = 58 МПа; _0,2 = 20 МПа;  = 40 %;  = 85 %; твердость 25 НВ. Примеси по-разному влияют на алюминий: магний и марганец снижают его тепло- и электропроводность, железо  коррозионную стойкость. Магний, марганец, медь, цинк, никель и хром, упрочняют алюминий.

Благодаря удачному сочетанию физических, химических, механических и технологических свойств алюминий и его сплавы широко применяют в различных областях народного хозяйства. Высокая тепло- и электропроводность алюминия позволяют использовать его в электротехнической промышленности, теплообменниках холодильников и др. Алюминий применяется для получения сплавов на его основе и как легирующий элемент в магниевых, медных, цинковых, титановых и других сплавах. Листовой алюминий идет как упаковочный материал, увеличилось применение алюминия в строительстве, сельском хозяйстве и др.

По способу производства изделий алюминиевые сплавы можно разделить на две группы: деформируемые (в том числе спеченные), идущие на изготовление полуфабрикатов  листов, прутков, профилей, поковок путем прокатки, прессования, ковки и т.д., и литейные, предназначенные для фасонного литья.

Деформируемые алюминиевые сплавы по объему производства составляют около 80 %. Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

К термически неупрочняемым сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и с магнием  магналин (АМг2, АМг3, АМг6 и др.). Сплавы эти обладают средней прочностью, хорошей пластичностью и свариваемостью, а также высокой коррозионной стойкостью. Они применяются в судо- и авиастроении, в производстве сварных емкостей, холодильников и т.д.

Механические свойства сплавов АМЦ следующие: _в =130 МПа (в отожженном состоянии) и 220 МПа (в нагартованном);  = 23 и 5 % соответственно. Сплав АМг6 в отожженном состоянии имеет _в = 340 МПа,  = 18 %, а в нагартованном  _в = 400 МПа,  = 10 %.

К термически упрочняемым относят следующие алюминиевые сплавы: на основе системы AlCuMg (дуралюмины Д1, Д16 и др.; _в = 410…540 МПа,  = 11…15 %); на основе AlCuMgSi (авиали типа АВ; _в =220 МПа,  =22 %); на основе AlCuMgZn (высокопрочные сплавы В95, В96; _в 550…700 МПа,  = 7…8 %); на основе AlMgNiSi (жаропрочные сплавы АК4-1, Д20; _в430 МПа,  = 12 %) и на основе AlCuMgMn (ковочные сплавы АК-6, АК-8; _в = 480 МПа,  = 10 %) и др.

Наибольшую известность получили дуралюмины. Термическая обработка дуралюминов заключается в закалке при температуре 500 С с охлаждением в воде и последующим естественным или искусственным старением, которое заключается в возникновении при температуре нагрева сплава AlCu до 548 С дисперсных частиц избыточной упрочняющей фазы CuAl₂.

Силумины  это литейные сплавы на основе алюминия, содержащие кремний и некоторые другие элементы (АЛ2, АЛ4, АЛ9; _в = 180…260 МПа,  = 14 %).

Модифицирование силумина смесью солей натрия (²/₃ NaГ + ¹/₃ NaCl) повышает характеристики прочности и пластичности силуминов.

Кроме силуминов находят применение следующие литейные алюминиевые сплавы: на основе AlMg (АЛ8, АЛ13 и др.; _в = 330 МПа,  = 15 %); на основе AlCu (АЛ7, АЛ19 и др.; _в = 240…360 МПа,  = 2…9 %); на основе AlCuSi (АЛ3, АЛ6 и др.; _в =170…240 МПа,  = 1…4 %).

В последнее время получили распространение гранулированные и порошковые алюминиевые сплавы. Гранулирование производится распылением расплава; при этом получаются частицы сферической или овальной формы  гранулы. Скорость охлаждения зависит от толщины частиц, которая может меняться от десятых долей до сотен микрометров (10⁵…10⁸ С/с). В гранулируемых алюминиевых сплавах повышаются механические и физические свойства. Гранулы брикетируют, а затем подвергают пластическому деформированию.

Методами порошковой металлургии изготавливают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС). Первые состоят из порошка алюминия и дисперсных частиц Al₂O₃, которые повышают прочность сплава и снижают его пластичность. Сплавы обладают высокой жаропрочностью до 500 С. Содержание Al₂O₃ в САПах колеблется от 6 до 22 %.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) относятся к сплавам системы AlSiNi. Используются они в основном в приборостроении как материалы с низким коэффициентом линейного расширения. САСы в виде порошков получают пульверизацией жидких сплавов при высоких скоростях охлаждения. В структуре САС содержатся мелкие включения кремния и интерметаллиды. Механические свойства этих сплавов определяются формой и размерами частиц (_в = 230…400 МПа,  = 0,5…4 %).