Алюминиевые сплавы: состав, свойства и ключевые области применения

Что такое алюминиевый сплав?

Алюминиевый сплав — материал на основе алюминия с легирующими элементами (до 15% по массе). В жидком состоянии компоненты перемешиваются и при остывании образуют твёрдый раствор. Основные легирующие элементы: железо, медь, магний, кремний, цинк. По сравнению с чистым алюминием сплавы обладают большей прочностью, технологичностью, коррозионной стойкостью, электропроводностью и/или меньшей плотностью. Алюминиевые сплавы лёгкие и коррозионностойкие.

Добавление малых количеств других металлов превращает мягкий слабый алюминий в твёрдый прочный материал с сохранением лёгкости. Сплавы делят на литейные и деформируемые (кованые), обе группы содержат термоуправляемые сплавы. Дальнейшая классификация — по реакции на термическую обработку упрочнения.

Для литья общего назначения алюминий легируют цинком (12,5–14,5%) и медью (2,5–3,0%). Важные высокопрочные литейные и кованые сплавы для авиации: цинк 5%, магний 3%, медь 2,2%, никель до 1%, остальное алюминий.

Основные типы алюминиевых сплавов

1. Дюралюмин
2. Y-сплав (Y-alloy)
3. Магналий
4. Хиндалий

1. Дюралюмин

Важный деформируемый сплав. Состав: Cu 3,5–4,5%, Mn 0,4–0,7%, Mg 0,4–0,7%, Al ~94%.

Свойства

• Низкая температура плавления → легко ковать, лить, деформировать.
• Высокая временная прочность (сравнима с конструкционными сталями) при лёгкости алюминия.
• Низкая коррозионная стойкость, высокая электропроводность.
• После термической обработки и старения (3–4 дня при комнатной температуре) прочность возрастает (эффект самоверждения).
• После отжига можно холодную деформацию. Горячая деформация при 500 °C.

Применение

Кованые детали, штамповки, прутки, листы, трубы, болты, нити. Авто- и авиапром (высокая удельная прочность). Комбинированные листы (пленка чистого Al на дюралюмине) в авиации. Хирургические инструменты, немагнитные приборы, измерительная техника.

2. Y-сплав (медный алюминиевый сплав)

Состав: Cu 3,5–4,5%, Mn 1,2–1,7%, Ni 1,8–2,3%, Si, Mg, Fe по 0,6%, Al 92,5%.

Свойства

• Медь повышает прочность и режущую способность.

Хорошо литьё и горячая деформация. Термоуправляемый, старение ~5 суток при комнатной температуре.

Применение

Преимущественно литьё, но также кованые детали. Лучшая высокотемпературная прочность, чем у дюралюмина → головки блоков цилиндров, поршни, картеры ДВС, литьё под давлением, плунжеры насосов.

3. Магналий

Сплав Al, Mg, Cu, Ni, Sn. Диапазоны: Al 85–95%, Cu 0–25%, Mg 1–5%, Ni 0–1,2%, Sn 0–3%, Fe 0–0,9%, Mn 0–0,03%, Si 0,2–0,6%. Получение: плавка с 2–10% Mg в вакууме, остывание в вакууме или под давлением 100–200 атм.

Свойства

• Лёгкий, хрупкий.
• Плохая литейность, хорошая режущая способность.
• Хорошо сварливается.

Применение

Авиационные и автомобильные компоненты (легкость + механические свойства).

4. Хиндалий

Торговая марка сплава Al, Mg, Mn, Cr, Si. В Индии производит Hindustan Aluminium Corp. (Renukoot). Прокатный продукт калибра 16. Посуда: прочная, твёрдая, легко моется, дешевле нержавейки, тонкое покрытие, стойка к царапинам, низкая теплоёмкость.

Применение

Анодированная посуда. Те же эксплуатационные преимущества.