какая марка алюминия самая прочная

Марки алюминия

Вопросы, рассмотренные в материале:

Современную промышленность трудно представить без алюминия и его сплавов. И потому так важно знать, какие марки этого металла используются для тех или иных целей. К примеру, виды, применяемые для строительства фюзеляжа космического корабля, не подойдут для производства пищевой посуды и т. д.

Маркировка алюминия используется для обозначения процентного содержания различных примесей, а также технологии получения или обогащения. Давайте же разберемся, какими физико-химическими свойствами обладают те или иные марки этого металла и где они применяются.

Какие различают марки алюминия

Придание металлу определенных свойств, усиление его характеристик возможно за счет легирования его различными химическими элементами, такими как магний, медь, цинк, кремний, марганец.

Существуют разные марки алюминия, отвечающие определенным стандартам, к примеру, «АД0» по ГОСТу 4784-97. Во избежание путаницы классификация включает высокочастотные металлы.

Алюминий может быть следующих марок:

Помимо перечисленных марок алюминия, отдельно выделяют его соединения, с помощью которых создают сплавы с золотом, серебром, платиной, прочими драгоценными металлами. Такие соединения называют лигатурами.

Марки первичного алюминия

Примером этой группы можно назвать первичный алюминий марки «А5». Для его получения используется обогащенный глинозем. Встретить металл в чистом виде в природе невозможно, поскольку он обладает высокой химической активностью.

При взаимодействии с другими элементами металл образует бокситы, нефелины и алуниты. Впоследствии эти руды используются для получения глинозема, а затем путем определенных химико-физических реакций – чистого алюминия.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Требования, которым должны соответствовать марки первичного алюминия, установлены в ГОСТе 11069. Отметки об отнесении металла к определенному классу представляют собой вертикальные и горизонтальные полосы, наносимые на заготовки несмываемой краской определенных цветов. Первичный алюминий используется в ведущих промышленных областях, по большей части в тех, где необходимы повышенные технические характеристики сырья.

Марки технического алюминия

В марках технического (нелегированного) алюминия содержание посторонних примесей составляет не более 1 %.

По ГОСТу 4784-97 марки технического алюминия должны обладать повышенной антикоррозионной стойкостью. При этом их прочность не очень высока. Отсутствие в составе металла легирующих элементов приводит к образованию на его поверхности устойчивой защитной оксидной пленки.

Отличительными чертами марок технического алюминия являются высокая тепло- и электропроводность. Молекулярная решетка отличается почти полным отсутствием примесей, рассеивающих поток электронов. Подобные свойства позволяют применять металл в таких сферах, как приборостроение, изготовление оборудования для нагревания и теплообмена, освещения.

Марки деформируемого алюминия

Различные марки алюминия обрабатываются в горячем и холодном виде путем прокатки, прессования, волочения и т. п. Пластические деформации позволяют получать заготовки с разным продольным профилем: алюминиевые прутки, листы, ленты, плиты, профили и пр.

Требования, предъявляемые к деформируемым маркам алюминия, закреплены в ГОСТе 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026. Отличительная черта металла заключается в твердой структуре раствора, в котором содержится большой процент эвтектики – жидкой фазы, находящейся в равновесии с двумя и более твердыми состояниями вещества.

Марки деформируемого металла широко применяются в таких отраслях, как самолето- и кораблестроение, строительство (для сварочных работ), т. е. в сферах, в которых требуются повышенные технические характеристики материалов.

Марки литейного алюминия

Фасонные изделия производятся из марок алюминия для литья, характерными свойствами которых является высокая удельная прочность, сочетающаяся с низкой плотностью. Благодаря этим особенностям возможно изготовление (отлив) деталей различной конфигурации без появления трещин.

Существует деление литейных марок металла на группы в соответствии с предназначением. Они бывают:

Для повышения свойств деталей из этих видов алюминия используют различные способы термической обработки.

Марки алюминия для раскисления

Физические свойства материала изготовления влияют на итоговые характеристики товара. Алюминий низкого качества не подходит для производства продукции, однако одним из вариантов его использования является раскисление стали. В процессе раскисления из расплавленного железа удаляется растворенный в нем кислород. За счет этого улучшаются механические свойства металла. Процесс выполняется с алюминием марок «АВ86» и «АВ97Ф».

Марки алюминия и его сплавов

Существует деление алюминиевых сплавов на:

Требования к их химическому составу определены в ГОСТах 1131 и 4784-97.

В зависимости от типа упрочнения сплавы могут быть:

Более распространенной является другая классификация, в основе которой лежат характеристики сплавов. Согласно ей термоупрочненные сплавы делятся на:

Термически неупрочняемые стали с повышенной коррозионной устойчивостью и свариваемостью делятся на:

При изготовлении листов должны соблюдаться требования ГОСТа 21631–76. Классифицируется продукция в зависимости от области применения и свойств:

Готовый прокат может быть как листами, толщиной от 0,3–2 мм, так и плитами, толщиной до 10,5 мм. Ширина проката составляет 0,5-2 м, длина – 2–7,2 м.

Отдельно отметим гофрированные алюминиевые листы (профилированные), используемые для кровельных работ. Их отличительными чертами являются долговечность и высокие эксплуатационные характеристики.

Профилированные изделия изготавливаются из марок алюминия, подходящих для гибки, и обладают следующими достоинствами:

Кроме того, выпускаются также алюминиевые анодированные листы с матовой, зеркальной или полуматовой поверхностью. Бытовые приборы, оконные жалюзи, осветительные приборы, декоративные элементы, солнечные батареи производятся из аланода – листа алюминия, имеющего зеркальную поверхность. Сфера его использования напрямую связана со светоотражающими способностями.

Таблица основных марок алюминия и его сплавов

Ниже приведены марки стали алюминия в соответствии с классами, к которым они относятся:

Источник

Какая марка алюминия самая прочная

Как выбрать марку алюминиевого сплава для своих изделий.

В этой статье рассмотрим вопрос выбора марки алюминиевого сплава с точки зрения дальнейшей декоративной обработки изделий из этого материала.

Существует большое количество марок алюминиевого сплава, которые подразделяются на два основных вида: литейные и деформируемые. К литейным относятся сплавы типа АЛ и АК (например АЛ4, АЛ9, АЛ33, АЛ19, АК9, АК5 и т.п.) Которые в свою очередь подразделяются на группы по основе образования систем (например алюминий-кремний, алюминий-кремний-медь, алюминий-магний, алюминий медь). К деформируемым сплавам относятся сплавы типа АД, АМГ, АМц, Д (АД0, АД1, АМг5,АМг6, Д16, Д18 и т.д.) их подразделяют по прочностным свойствам (по одному из типов свойств): мягкие, сплавы умеренной прочности и высокопрочные. Разновидность марок сплавов алюминия большое и сложное, поэтому их описание будет очень ёмким, достаточно сказать, что все сплавы имеют свой уникальный химический состав и, как следствие, содержание тех или иных легирующих элементов в сплаве отражаются на его физических свойствах.

При необходимости проведения процессов анодирования, выбор марки материала, является одним из ключевых моментов, если изделиям необходимо придать декоративный вид с помощью данной обработки. Основную роль при этом играет химический состав сплава, т.к. содержание тех или иных компонентов может неблагоприятно сказаться на внешнем виде изделий. Так, например, литейные сплавы (или силумины) с большим содержанием кремния в своем составе практически не «поддаются» анодированию с окрашиванием в цвет, при этом образуется рыхлая и тонкая анодная плёнка которую невозможно окрасить в растворах красителях. К сожалению, именно по этим причинам многие владельцы авто и мото техники не могу произвести внешнее преобразование тех или иных узлов своего транспорта. Однако, существуют процессы позволяющие выполнить анодирование силуминов, но они настолько сложны, дорогостоящи и редкие, что можно сказать «практически отсутствуют».

Для марок деформируемых сплавов содержание некоторых элементов, которые вводятся для улучшения механических и антикоррозионных свойств, может оказаться слишком высоким и при этом анодная пленка приобретает различные оттенки и дефекты:

большое содержание железа может привести к образованию серого осадка и черных полос на изделиях, марганца – к коричневому оттенку пленки, магния и цинка к темно серому, хрома к желтому оттенку пленки, а большое содержание титана к снижению яркости анодной пленки. При проведении анодирования с окрашиванием в цвет со светлыми тонами эти дефекты могут быть значительными, однако, при окрашивании в чёрный цвет данные дефекты становятся менее заметны.

Стоит упомянуть об изделиях изготовленных из листового материала. Вне зависимости от марки материала на большинство «алюминиевого металла», которое идет в виде листов, заводом изготовителем наносится так называемый плакирующий слой (плакирование- покрытие поверхности тонким слоем чистого алюминия ) наносимое для создания дополнительной антикоррозионной защиты. При этом в шифре сплава появляется дополнительная литера «А», «Б» или «У» (например Д16 АТ,АМг6БМ) которые информируют о толщине плакирующего слой: 2-4%, 1.5%, 4-8% соответственно (процент от толщины листа). В связи с особенностью нанесения данного слоя на металл, при проведении анодирования не всегда получается добиться необходимого цвета изделий (они выходят на несколько тонов светлее требуемого), могут проявляться разнотонности в виде пятен или переходов цвета. Так же стоит сказать, что проведение полировки такого листового материала, тоже может привести к появлению пятен.

Всё вышеизложенное имеет большое значение при проведении декоративного анодирования, однако при нанесении анодной пленки для технических нужд это ни каким образом не отражается на свойствах нанесенной пленки.

И в качестве рекомендаций к выбору марки алюминиевого сплава под анодирование с дальнейшим окрашиванием к вашим изделиям, можем предложить следующее:

— для изготовления деталей с зеркальным блеском можно применять алюминий марок А99, А97, А95 или А7. Несколько меньший блеск имеет поверхность деталей из алюминия марок А6, АД1 или алюминиевых сплавов АМг3, АД31, АД33.

-для изготовления деталей не требующих блестящей поверхности, могут быть использованы деформируемые алюминиевые сплавы (например В95, Д16, АМц или их аналоги)

— при выборе марки Амг6 (в связи с особенность хим.состава) окрашивание можно производить только в черный цвет.

— для создания матовой поверхности (в частности для чёрной матовой поверхности) детали необходимо подвергнуть пескоструйной обработке (наилучший результат достигается при пескоструйке корундом).

При выборе марки алюминия для деталей необходимо иметь ввиду, что чем чище по химическому составу алюминий, тем выше качество отделки.

Источник

Алюминиевые сплавы серии 7ххх

Самые прочные алюминиевые сплавы

Сплавы серии 7ххх являются самыми прочными среди всех алюминиевых сплавов (рисунок 1). Однако у них есть большой недостаток – они склонны к коррозии под напряжением. Основные легирующие элементы – от 1 до 9 % цинка (чаще всего от 4 до 6 %), от 1 до 3 % магния, а также, для некоторых сплавов – до 3,0 % меди, алюминий – все остальное. Эти сплавы упрочняются термической обработкой.

Важные области применения этих сплавов связаны с их высокой прочностью. Это – аэрокосмическая техника, военная техника и оборудование атомной энергетики. Кроме того, они имеют применение в строительстве, а также для изготовления спортивного инвентаря, например, лыжных палок и теннисных ракеток.

Рисунок 1 – Рейтинг прочности популярных алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы серии 7ххх

Растворимость цинка в алюминии снижается от 31,6 % при 275 ºС до 5,6 % при 125 ºС (рисунок 2). Промышленные сплавы серии 7ххх содержат цинк, магний и медь с небольшими добавками марганца и хрома, а также циркония для контроля роста зерна и рекристаллизации.

Рисунок 2 – “Алюминиевый” участок фазовой диаграммы алюминий-цинк [2]

Алюминиевые сплавы серии 7ххх применяют для изготовления несущих элементов самолетов, таких как верхние оболочки крыльев, стрингеры, горизонтальные и вертикальные стабилизаторы. Горизонтальные и вертикальные стабилизаторы имеют такие же конструкционные критерии как и крылья. Верхняя и нижняя поверхности горизонтального стабилизатора испытывают изгиб и для них критическим является сжимающее нагружение. Поэтому модуль упругости на сжатие является наиболее важным свойством. Критическими конструкционными параметрами компонентов верхней части крыла являются прочность на сжатие и сопротивление усталости.

Самые прочные сплавы серии 7ххх

Все алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu проявляют самую высокую прочность. Добавление 2 % меди в комбинации с магнием и цинком значительно повышает прочностные свойства сплавов серии 7ххх.

Самые высокие величины прочности на растяжение, какие только могут быть у алюминиевых сплавов, имеют следующие сплавы:

Сплав 7075-Т6 имеет очень высокую отношение прочность-вес, низкую стоимость производства и хорошую механическую обрабатываемость. Поэтому он является предпочтительным при выборе материала для конструкционных элементов самолетов. Вместе с тем, сплав 7075 имеет довольно низкое сопротивление коррозии. Склонность этого сплава к коррозионному растрескиванию под напряжением может контролироваться должной термической обработкой и добавками некоторых материалов, таких как хром.

Рисунок 3 – Уровень прочности алюминиевого сплава 7075-Т6 среди других конструкционных материалов

Алюминиевый сплав 7075

Состояние Т6

Сплав 7075 – сплав Al-Zn-Mg-Cu-Cr – имеет наиболее широкое и длительное применение из всех сплавов серии 7ххх. Он был введен в Японии в 1943 году, был большим секретом и применялся для изготовления японских военных самолетов. Сплав 7075 первоначально применялся для деталей и компонентов с тонким поперечным сечением, в основном в виде листов и прессованных профилей. Для этих изделий скорость закалки обычно очень высокая и растягивающие напряжения не возникают в коротком поперечном направлении. Поэтому коррозионное растрескивание под напряжением не является проблемой для таких материалов с высокопрочном состоянии Т6.

Однако, когда сплав 7075 применяется в изделиях и деталях больших размеров и большой толщины, становится ясно, что такие изделия и детали, термически упрочненные до состояний Т6, часто не отвечают заданным требованиям. Изделия, которые получали путем большой механической обработки из крупных поковок, прессованных профилей или плит, затем подвергались длительным растягивающим напряжениям при неблагоприятной ориентации. В таких условиях в эксплуатации довольно часто возникало коррозионное растрескивание под напряжением (коррозия под напряжением).

Состояние Т73

Решением этой проблемы было введение состояния Т73 для толстых и массивных изделий из сплава 7075. термическая обработка, которая применяется для получения этого состояния, требует двухстадийного искусственного старения. Вторая стадия выполняется при более высокой температуре, чем та, которая применяется для достижения состояния Т6. Эта дополнительная термическая обработка снижает прочность до уровня ниже того, которого сплав 7075 достигает в состоянии Т6.

Состояния Т7 достигается перестариванием, что означает, что старение сплава продолжается после достижения пика значений его твердости и прочности, в отличие от состояний Т6.

Многочисленные эксперименты и длительный опыт эксплуатации подтвердили, что сплав 7075-Т73 имеет значительно более высокое сопротивление коррозии под напряжением, по сравнению со сплавом 7075-Т6.

Интересно, что колеса знаменитого марсохода Curiosity сделаны из сплава 7075-Т7351 с помощью механической обработкой из цельного кованого кольца (рисунок 8).

Рисунок 8 – Колесо марсохода Curiosity из алюминиевого сплава 7075-Т7351:
а – на Земле; б – в условиях эксплуатации на Марсе

Магний в алюминиевых сплавах 7ххх

Большая часть сплавов серии 7ххх включает магний для повышения эффективности механизма упрочнения за счет старения. Главной упрочняющей фазой выступают частицы MgZn₂. Такие сплавы имеют среднюю прочность, но относительно легко свариваются, например, сплав 7005 (аналог 1915). Сплавы Al-Zn-Mg имеют более высокую восприимчивость к термической обработке, чем бинарные сплавы Al-Zn, что обеспечивает им более высокую прочность.

Медь в алюминиевых сплавах 7ххх

Добавление меди сплавам Al-Zn-Mg вместе с небольшими количествами хрома и марганца дает этим сплавам самую высокую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Сплавы четверной системы Al-Zn-Mg-Cu имеют самый высокий потенциал упрочнения старением из всех алюминиевых сплавов: у некоторых сплавов предел прочности достигает 600 МПа, как, например, у сплава В95, и даже 700 МПа, как у сплава В96. Однако чрезмерное повышение содержания цинка и магния снижает вязкие свойства и сопротивление коррозии под напряжением. В этих сплавах цинк и магний управляют процессом старения, тогда как роль меди заключается в увеличении скорости старения и повышении чувствительности к закалке. Хотя медь снижает общую стойкость к коррозии, она повышает сопротивление коррозии под напряжением.

Источник

Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, применение

Алюминий — серебристо-белый легкий парамагнитный металл. Впервые получен физиком из Дании Гансом Эрстедом в 1825 году. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 13 и символ Al, атомная масса равна 26,98.

Производство алюминия

Для производства алюминия используют бокситы — это горная порода, которая содержит гидраты оксида алюминия. Мировые запасы бокситов почти не ограничены и несоизмеримы с динамикой спроса.

Боксит дробят, измельчают и сушат. Получившуюся массу сначала нагревают паром, а затем обрабатывают щелочью — в щелочной раствор переходит большая часть оксида алюминия. После этого раствор длительно перемешивают. На этапе электролиза глинозем подвергают воздействию электрического тока силой до 400 кА. Это позволяет разрушить связь между атомами кислорода и алюминия, в результате чего остается только жидкий металл. После этого алюминий отливают в слитки или добавляют к нему различные элементы для создания алюминиевых сплавов.

Алюминиевые сплавы

Наиболее распространенные элементы в составе алюминиевых сплавов — медь, марганец, магний, цинк и кремний. Реже встречаются сплавы с титаном, бериллием, цирконием и литием.

Алюминиевые сплавы условно разделяют на две группы: литейные и деформируемые.

Для изготовления литейных сплавов расплавленный алюминий заливают в литейную форму, которая соответствует конфигурации получаемого изделия. Эти сплавы часто содержат значительные примеси кремния для улучшения литейных свойств.

Деформируемые сплавы сначала разливают в слитки, а затем придают им нужную форму.

Марки алюминиевых сплавов

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиево-магниевые сплавы

Эти пластичные сплавы обладают хорошей свариваемостью, коррозийной стойкостью и высоким уровнем усталостной прочности.

В алюминиево-магниевых сплавах содержится до 6% магния. Чем выше его содержание, тем прочнее сплав. Повышение концентрации магния на каждый процент увеличивает предел прочности примерно на 30 МПа, а предел текучести — примерно на 20 МПа. При подобных условиях уменьшается относительное удлинение, но незначительно, оставаясь в пределах 30–35%. Однако при содержании магния свыше 6% механическая структура сплава в нагартованном состоянии приобретает нестабильных характер, ухудшается коррозийная стойкость.

Для улучшения прочности в сплавы добавляют хром, марганец, титан, кремний или ванадий. Примеси меди и железа, напротив, негативно влияют на сплавы этого вида — снижают свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Это прочные и пластичные сплавы, которые обладают высоким уровнем коррозионной стойкости и хорошей свариваемостью.

Для получения мелкозернистой структуры сплавы этого вида легируют титаном, а для сохранения стабильности в нагартованном состоянии добавляют марганец. Основные примеси в сплавах вида Al-Mn — железо и кремний.

Сплавы алюминий-медь-кремний

Сплавы этого вида также называют алькусинами. Из-за высоких технических свойств их используют во втулочных подшипниках, а также при изготовлении блоков цилиндров. Обладают высокой твердостью поверхности, поэтому плохо прирабатываются.

Алюминиево-медные сплавы

Механические свойства сплавов этого вида в термоупрочненном состоянии порой превышают даже механические свойства некоторых низкоуглеродистых сталей. Их главный недостаток — невысокая коррозионная стойкость, потому эти сплавы обрабатывают поверхностными защитными покрытиями.

Алюминиево-медные сплавы легируют марганцем, кремнием, железом и магнием. Последний оказывает наибольшее влияние на свойства сплава: легирование магнием значительно повышает предел текучести и прочности. Добавление железа и никеля в сплав повышает его жаропрочность, кремния — способность к искусственному старению.

Алюминий-кремниевые сплавы

Сплавы этого вида иначе называют силуминами. Некоторые из них модифицируют добавками натрия или лития: наличие буквально 0,05% лития или 0,1% натрия увеличивает содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12% до 14%. Сплавы применяются для декоративного литья, изготовления корпусов механизмов и элементов бытовых приборов, поскольку обладают хорошими литейными свойствами.

Сплавы алюминий-цинк-магний

Прочные и хорошо обрабатываемые. Типичный пример высокопрочного сплава этого вида — В95. Подобная прочность объясняется высокой растворимостью цинка и магния при температуре плавления до 70% и до 17,4% соответственно. При охлаждении растворимость элементов заметно снижается.

Основной недостаток этих сплавов — низкую коррозионную стойкость во время механического напряжения — исправляет легирование медью.

Авиаль

Авиаль — группа сплавов системы алюминий-магний-кремний с незначительными добавлениями иных элементов (Mn, Cr, Cu). Название образовано от сокращения словосочетания «авиационный алюминий».

Применять авиаль стали после открытия Д. Хансоном и М. Гейлером эффекта искусственного состаривания и термического упрочнения этой группы сплавов за счет выделения Mg2Si.

Эти сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из авиаля изготавливают кованые и штампованные детали сложной формы. Например, лонжероны лопастей винтов вертолетов. Для повышения коррозионной стойкости содержание меди иногда снижают до 0,1%.

Также сплав активно используют для замены нержавеющей стали в корпусах мобильных телефонов.

Физические свойства

Химический состав алюминиевых сплавов

Применение алюминия

Ювелирные изделия

В далеком прошлом из-за высокой стоимости алюминия его использовали для изготовления ювелирных изделий. Так, весы с алюминиевыми и золотыми чашами были подарены Д. И. Менделееву в 1889 г.

Когда себестоимость алюминия снизилась, мода на ювелирные изделия из этого металла прошла. Но и в наши дни его используют для изготовления бижутерии. В Японии, например, алюминием заменяют серебро при производстве национальных украшений.

Столовые приборы

По-прежнему пользуются популярностью столовые приборы и посуда из алюминия. В частности, в армии широко распространены алюминиевые фляжки, котелки и ложки.

Стекловарение

Алюминий широко применяют в стекловарении. Высокий коэффициент отражения и низкая стоимость вакуумного напыления — основные причины использования алюминия при изготовления зеркал.

Пищевая промышленность

Алюминий зарегистрирован как пищевая добавка Е173. Ее используют в качестве пищевого красителя, а также для сохранения продуктов от плесени. Е173 окрашивает кондитерские изделия в серебристый цвет.

Военная промышленность

Ракетная техника

Алюминий и его соединения используют в качестве ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах.

Алюмоэнергетика

В алюмоэнергетике алюминий используют для производства водорода и тепловой энергии, а также выработки электроэнергии в воздушно-алюминиевых электрохимических генераторах.

Источник