Авіяцыйны алюміній: характарыстыкі

Дзякуючы лёгкасці, пластычнасці і стойкасці да карозіі алюміній стаў незаменным матэрыялам у многіх вытворчасцях. Авіяцыйны алюміній - гурт сплаваў, якія адрозніваюцца падвышанай трываласцю з уключэннем магнію, крэмнія, медзі і марганца. Дадатковую трываласць сплаву надаюць пры дапамозе т. Зв. «Эфекту старэння» - адмысловага метаду загартоўкі пад уздзеяннем на працягу доўгага часу агрэсіўнай атмасфернай асяроддзя. Сплаў быў вынайдзены ў пачатку 20 стагоддзя, атрымаўшы назву дзюралюмініем, цяпер вядомы таксама пад назвай «авиаль».

Вызначэнне. гістарычны экскурс

Пачаткам гісторыі авіяцыйных алюмініевых сплаваў лічыцца 1909 год. Нямецкі інжынер-металург Альфрэд Вільме дасведчаным шляхам усталяваў, калі сплаў алюмінія з нязначным даданнем медзі, марганца і магнію пасля загартоўкі пры тэмпературы 500 ° C і рэзкага астуджэння вытрымаць пры тэмпературы 20-25 градусаў на працягу 4-5 сутак, ён паэтапна становіцца цвярдзей і трывалей, не губляючы пры гэтым пластычнасці. Працэдура атрымала назву «старэнне» або «ўзмужнення». Падчас такой загартоўкі атамы медзі запаўняюць мноства драбнюткіх зон на межах зерняў. Дыяметр атама медзі менш, чым у алюмінія, таму з'яўляецца напруга сціску, з прычыны чаго павышаецца трываласць матэрыялу.

Упершыню сплаў быў засвоены на нямецкіх заводах Dürener Metallwerken і атрымаў гандлёвую марку Dural, адкуль і пайшла назва «дуралюмин». Пасля, амерыканскія металловеды Р. Арчер і В. Джафрис ўдасканалілі склад, змяніўшы адсоткавыя суадносіны, у асноўным магнію. Новы сплаў атрымаў назву 2024, які ў розных мадыфікацыях шырока ўжываецца і зараз, а ўсё сямейства сплаваў - «Авиаль». Назва «авіяцыйны алюміній» гэты сплаў атрымаў практычна адразу пасля адкрыцця, паколькі цалкам замяніў дрэва і метал ў канструкцыях лятальных апаратаў.

Асноўныя віды і характарыстыкі

Вылучаюць тры асноўныя групы:

• Сямейства алюміній-марганец (Al-Mn) і алюміній-магній (Al-Mg). Асноўная характарыстыка - высокая, ледзь якая саступае чыстаму алюмінію каразійная стойкасць. Такія сплавы добра паддаюцца пайцы і зварцы, але дрэнна рэжуцца. Ня мацаваць тэрмічнай апрацоўкай.
• Каразійна-ўстойлівыя сплавы сістэмы алюміній-магній-крэмній (Al-Mg-Si). Мацаваць тэрмічнай апрацоўкай, а менавіта загартоўкай пры тэмпературы 520 ° C з наступным рэзкім астуджэннем вадзе і натуральным старэннем каля 10 сутак. Адметная характарыстыка матэрыялаў гэтай групы - высокая каразійная ўстойлівасць пры эксплуатацыі ў звычайных умовах і пад напругай.
• Канструкцыйныя сплавы алюміній-медзь-магній (Al-Cu-Mg). Іх аснова - легаваны меддзю, марганцам і магніем алюміній. Змяняючы прапорцыі легіруючых элементаў, атрымліваюць авіяцыйны алюміній, характарыстыкі якога могуць адрознівацца.

Матэрыялы апошняй групы валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі, але пры гэтым вельмі схільныя карозіі, чым першае і другое сямейства сплаваў. Ступень схільнасці карозіі залежыць ад выгляду апрацоўкі паверхні, якую ўсё роўна неабходна абараняць лакафарбавым пакрыццём або анадаванне. Каразійная стойкасць часткова павялічваецца увядзеннем у склад сплаву марганца.

Акрамя трох асноўных відаў сплаваў адрозніваюць таксама ковочные сплавы, гарачатрывалыя, высокатрывалыя канструкцыйныя і інш. Валодаюць неабходнымі для канкрэтнай сферы ўжывання ўласцівасцямі.

Маркіроўка авіяцыйных сплаваў

У міжнародных стандартах першая лічба маркіроўкі авіяцыйнага алюмінія пазначае асноўныя легіруючых элементаў сплаву:

• 1000 - чысты алюміній.
• 2000 - дзюралюмініем, сплавы легаваныя меддзю. У пэўны перыяд - самы распаўсюджаны аэракасмічны сплаў. У сувязі з высокай адчувальнасцю да каразійнай парэпання ўсё часцей замяняюцца сплавамі серыі 7000.
• 3000 - легіруючых элементаў - марганец.
• 4000 - легіруючых элементаў - крэмній. Сплавы вядомыя таксама як Сілумін.
• 5000 - легіруючых элементаў - магній.
• 6000 - самыя пластычныя сплавы. Легіруючых элементаў - магній і крэмній. Могуць падвяргацца термозакалке для павышэння трываласці, але па гэтым параметры саступаюць серыям 2000 і 7000.
• 7000 - тэрмічнаму загартаваныя сплавы, самы трывалы авіяцыйны алюміній. Асноўныя легіруючых элементаў - цынк і магній.

Другая лічба маркіроўкі - парадкавы нумар мадыфікацыі алюмініевага сплаву пасля зыходнага - лічба «0». Дзве заключныя лічбы - нумар самога сплаву, інфармацыя аб яго чысціні па прымешкам. У выпадку, калі сплаў дасведчаны, да маркіроўкі дадаецца пяты знак "Х".

На сённяшні дзень, самыя распаўсюджаныя маркі авіяцыйнага алюмінія: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Адметнымі асаблівасцямі гэтых сплаваў з'яўляюцца: лёгкасць, пластычнасць, добрая трываласць, ўстойлівасць да трэння, карозіі і высокім нагрузак. У авіябудаванні найбольш шырока выкарыстоўваюцца сплавы - авіяцыйны алюміній 6061 і 7075.

склад

Асноўнымі легіруючых элементаў авіяцыйнага алюмінія з'яўляюцца: медзь, магній, крэмній, марганец, цынк. Працэнтнае ўтрыманне гэтых элементаў па масе ў сплаве вызначаюць такія характарыстыкі, як трываласць, гнуткасць, ўстойлівасць да механічных уздзеянняў і інш. Аснова сплаву - алюміній, асноўныя легіруючых элементаў: медзь (2,2-5,2% масы), магній (0, 2-2,7%) і марганец (0,2-1%).

Сямейства авіяцыйных сплаваў алюмінія з крэмніем (4-13% масы) з нязначным зместам іншых легіруючых элементаў - медзь, марганец, магній, цынк, тытан, берылій. Выкарыстоўваецца для вырабу складаных дэталяў, вядомы таксама як сілумін або ліцейны алюмініевы сплаў. Сямейства сплаваў алюміній-магній (1-13% масы) з іншымі элементамі валодаюць высокай пластычнасцю і каразійнай устойлівасцю.

Ролю медзі ў складзе авіяцыйнага алюмінія

Прысутнасць медзі ў складзе авіяцыйнага сплаву спрыяе яго ўмацавання, але ў той жа час дрэнна ўплывае на яго каразійную ўстойлівасць. Выпадаючы па межах зерня, у працэсе загартоўкі, медзь робіць сплаў схільным кропкавай карозіі, карозіі пад напругай і межзеренной карозіі. Зоны багатыя меддзю больш гальванічна катодныя, чым алюмініевая матрыца вакол, а таму больш уразлівыя для карозіі, якая адбываецца па гальванічнай механізму. Павелічэнне ўтрымання медзі ў масе сплаву да 12% павышае трывальныя ўласцівасці за кошт дысперснага ўмацавання ў працэсе старэння. Пры ўтрыманні медзі ў складзе звыш 12% сплаў робіцца далікатным.

сферы ўжывання

Алюмініевыя сплавы з'яўляюцца найбольш запатрабаваным металам па продажы. Лёгкі вага авіяцыйнага алюмінія, трываласць робяць гэты сплаў добрым выбарам для многіх вытворчасцей ад самалётаў да прадметаў побыту (мабільныя тэлефоны, навушнікі, ліхтарыкі). Алюмініевыя сплавы прымяняюцца ў суднабудаванні, аўтамабілебудаванні, будаўніцтве, вытворчасці ж / д транспарту, у атамнай прамысловасці.

Шырока запатрабаваныя сплавы з умераным утрыманнем медзі (2014, 2024 інш.). Профілі з гэтых сплаваў маюць высокую каразійную стойкасць, добрую обрабатываемость, кропкавую свариваемость. З іх вырабляюць адказныя канструкцыі самалётаў, вялікагрузных аўтамабіляў, ваеннай тэхнікі.

Асаблівасці злучэння авіяцыйнага алюмінія

Зварка авіяцыйных сплаваў ажыццяўляецца выключна ў ахоўнай асяроддзі інэртных газаў. Пераважнымі газамі з'яўляюцца: гелій, аргон або іх сумесь. Больш высокай цеплаправоднасцю валодае гелій. Гэта дае права на больш спрыяльныя тэмпературныя паказчыкі зварачнай асяроддзя, што дазваляе досыць камфортна злучаць таўстасценныя элементы канструкцый. Выкарыстанне сумесі ахоўных газаў спрыяе больш поўнаму газоотводу. Пры гэтым верагоднасць адукацыі часу ў зварным шве значна памяншаецца.

Прымяненне ў авіябудаванні

Авіяцыйныя алюмініевыя сплавы першапачаткова спецыяльна ствараліся для будаўніцтва авіяцыйнай тэхнікі. З іх вырабляюць корпуса лятальных апаратаў, дэталі рухавікоў, шасі, паліўныя бакі, крапежныя прылады і інш. Дэталі з авіяцыйнага алюмінія выкарыстоўваюцца ў інтэр'еры салона.

Алюмініевыя сплавы серыі 2ххх выкарыстоўваюць для вытворчасці дэталяў, якія падвяргаюцца ўздзеянню высокіх тэмператур. Дэталі малонагруженных вузлоў, паліўных, гідра- і маслосистем вырабляюць з сплаваў 3ххх, 5ххх і 6ххх. Найбольш шырокае прымяненне ў авіябудаванні атрымаў сплаў 7075. З яго вырабляюцца элементы для працы пры значнай нагрузцы, нізкіх тэмпературах з высокай устойлівасцю да карозіі. Асновай сплаву з'яўляецца алюміній, а асноўнымі легіруючых элементаў: магній, цынк і медзь. З яго вырабляюць сілавыя профілі канструкцый самалётаў, элементы ашалёўкі.