Прочностные характеристики алюминия
Самый легкий среди металлов, серебристо-белый алюминий прославился, как надежный конструкционный материал. Сразу уточним, что и в сделавших его знаменитым авиационной промышленности, а также автопроме, кораблестроении, применяются его сплавы. Из-за своей выраженной мягкости в чистом виде этот металл там, где требуются хорошие прочностные характеристики алюминия, использоваться не может. Но добавление в его кристаллическую решетку некоторых других металлов и элементов способно кардинально улучшить прочность материала.
Механические свойства распространенных в промышленности марок намного превышают характеристики алюминия первичного. Получаемый заводскими методами алюминий высокой и даже технической чистоты, в структуре которого от 90% металла, лишь незначительно прочнее марки А999 – алюминия особой чистоты. Зато существуют весьма прочные варианты, связанные с легированием металла. Некоторые из сплавов сравнимы по твердости и жесткости со сталью. А высокая стойкость к коррозии и существенно меньший удельный вес наделили алюминий рядом дополнительных преимуществ.
Классификация алюминиевых сплавов
Легирование позволило кардинально улучшить многие основные характеристики алюминия чистого. В зависимости от типа дальнейшего использования сплавы бывают:
- деформируемыми - из них изготавливают с помощью прессования, прокатки металлоизделия – листы, трубы, прутки и профили;
- литейными - из них получается различное фасонное литье, а механические характеристики алюминия можно повышать, проводя особую температурную обработку;
- полученными методами порошковой металлургии - такие сорта называют «низкосортными», но они незаменимы при процедуре раскисления стали, делающей ее существенно прочнее после удаления из структуры кислорода.
Некоторые деформируемые составы можно сделать прочнее термическими методами обработки. Их называют упрочняемыми. Те же из них, чьи физические показатели не поддаются при нагревании изменению – неупрочняемые.
Дюралюминии и прочие упрочняемые сплавы
Основной добавкой в дюралюминиях является медь. Дополнительно они легируются марганцем и магнием. С появлением марки Д16, заменившей используемый долгое время Д1, появился материал, сходный по прочности с некоторыми сортами стали. К дюралюминию часто применяют процедуры плакирования (покрытие слоем химически чистого алюминия) или подвергают электрохимической обработке – анодированию. Это сильно повышает небольшую коррозийную стойкость Д16, но несколько снижает прочность.
Другие примеры:
- Авиали или авиационные сплавы, включающие еще хром и кремний. Серьезно повышает их прочность закалка. Хотя авиали не столь прочны, как дюралюминиевые сплавы, но они значительно пластичнее в широком диапазоне температур.
- Марки серии В (высокопрочные), которые широко применяются в несущих строительных конструкциях. Наличие в структуре сплава В95 цинка и титана позволяет получить наивысшие прочностные технические характеристики алюминиевых сплавов. Но приходится сталкиваться с низкой антикоррозийной устойчивостью, что частично нивелируется внедрением марганца, а также с низкой пластичностью.
- Если говорить о пластичности, в лидеры выйдут сплавы серии АК для ковки и штамповки. Они используются также для получения отливок. Наиболее прочна марка АК8, которую применяют даже, как материал для сильно нагружаемых деталей.
Механические показатели прочих сплавов
Когда в материале важна устойчивость к коррозии, а большая прочность не требуется, используются неупрочняемые деформируемые сплавы алюминия с магнием и марганцем. Чтобы повысить их прочность применяется упрочнение верхних слоев (нагартовка). В случае алюминиево-магниевых материалов для достижения этой цели снижают зернистость структуры, дополнительно добавляя марганец.
Немного о второй основной категории или литейных материалах. Среди них силумины, содержащие много кремния, которые, правда, самые непрочные.
При правильном дополнительном легировании литейные сплавы приобретают довольно высокую механическую прочность. Из них отливают детали сложных конфигураций. Дефекты или трещины при этом исключены. Помимо материалов высокой герметичности к литейным относятся также те, что обладают повышенной прочностью и жаростойкостью. Среди наиболее эффективных - марки АЛ5, АЛ13, АЛ19, АЛ22 и АЛ33.