АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ сплавы на основе алюминия. Первые А. с. получены в 50-х гг.
19 в.; они представляли собой сплав алюминия с кремнием и характеризовались
невысокими прочностью и коррозионной стойкостью. Длит, время Si считали
вредной примесью в А. с. К 1907 в США получили развитие сплавы А1-Си (литейные
с 8% Си и деформируемые с 4% Си). В 1910 в Англии были предложены тройные
сплавы Аl-Сu-Мn в виде отливок, а двумя годами позднее - А. с. с 10-14%
Zn и 2-3% Сu. Поворотным моментом в развитии А. с. явились работы А. Вильма
(Германия) (1903-11), к-рый обнаружил т. н. старение А. с. (см. Старение
металлов), при-водящее к резкому улучшению их свойств (гл. обр. прочностных).
Этот улучшенный А. с. был назван дуралюмином. В СССР Ю. Г. Музалевским
и С. М. Вороновым был разработан сов. вариант дуралюмина - т. н. кольчугалюминий.
В 1921 А. Пач (США) опубликовал метод модификации сплава Аl-Si введением
микроскопич. доз Na, что привело к значит, улучшению свойств сплавов Al-Si
и их широкому распространению. Исходя из механизма старения А. с., в последующие
годы велись усиленные поиски хим. соединений, способных упрочнить А1. Разрабатывались
новые системы А. с.: коррози-онностойкие, декоративные и электротехнические
Al-Mg-Si; самые прочные Al-Mg-Si-Си, Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Сu; наиболее жаропрочные
Al-Сu-Mn и Al-Сu-Li; лёгкие и высокомодульные Al-Be-Mg и Al-Li-Mg (табл.
1).

Осн. достоинства
А. с.: малая плотность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная
стойкость, высокая удельная прочность.

По способу
произ-ва изделий А. с. можно разделить на 2 осн. группы: деформируемые
(в т. ч. спечённые А. с.) для изготовления полуфабрикатов (листов, плит,
профилей, труб, поковок, проволоки) путём деформации (прокатки, ковки и
т. д.) и литейные - для фасонных отливок.

Деформируемые
А. с. по объёму произ-ва составляют ок. 80% (США, 1967). Полуфабрикаты
получают из слитков простой формы - круглых, плоских, полых,- отливка к-рых
вызывает относительно меньшие трудности. Хим. состав деформируемых А. с.
определяется гл. обр. необходимостью получения оптимального комплекса механич.,
физ., коррозионных свойств. Для них характерна структура твёрдого раствора
с наибольшим содержанием эвтектики. Деформируемые А. с. принадлежат к различным
группам (табл. 2).

Двойные сплавы
на основе системы Al-Mg (т. н. магналии) не упрочняются термич. обработкой.
Они имеют высокую коррозионную стойкость, хорошо свариваются; их широко
используют при про-из-ве морских и речных судов, ракет, гидросамолётов,
сварных ёмкостей, трубопроводов, цистерн, ж.-д. вагонов, мостов, холодильников
и т. д.

Сплавы Аl-Mg-Si
(т. н. авиали) сочетают хорошую коррозионную стойкость со сравнительно
большим эффектом старения; анодная обработка позволяет получать красивые
декоративные окраски этих сплавов.

Тройные Al-Zn-Mg
сплавы имеют высокую прочность, хорошо свариваются, но при значит, концентрации
Zn и Mg склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию. Надёжны
сплавы средней прочности и концентрации.

Четверные сплавы
Al-Mg-Si-Си сильно упрочняются в результате старения, но имеют пониженную
(из-за Си) коррозионную стойкость; из них изготовляют силовые узлы (детали),
выдерживающие большие нагрузки. Четверные сплавы А1-Zn-Mg-Си обладают самой
высокой прочностью (до 750 Мн/м² или до 75 кгс/мм²)
и удовлетворительно сопротивляются коррозионному растрескиванию; они значительно
более чувствительны к концентрации напряжений и повторным нагрузкам, чем
дуралюмины (сплавы Аl-Сu-Mg), разупрочняются при нагреве св. 100°С. Наиболее
прочные из них охрупчиваются при температурах жидкого кислорода и водорода.
Эти сплавы широко используют в.самолётных и ракетных конструкциях. Сплавы
Аl-Сu-Мn имеют среднюю прочность, но хорошо выдерживают воздействие высоких
и низких темп-р, вплоть до темп-ры жидкого водорода. Сплавы А1-Си-Li по
прочности близки сплавам А1-Zn-Mg-Сu, но имеют меньшую плотность и больший
модуль упругости; жаропрочны. Сплавы Аl-Li-Mg при той же прочности, что
и дуралюмины, имеют пониженную (на 11%) плотность и больший модуль упругости.
Открытие и разработка сплавов Al-Li-Mg осуществлены в СССР. Сплавы Al-Be-Mg
имеют высокую уд. прочность, очень высокий модуль упругости, свариваются,
обладают хорошей коррозионной стойкостью, но их применение в конструкциях
связано с рядом ограничений.

В состав деформируемых
А. с. входят т. н. спечённые (вместо слитка для дальнейшей деформации используют
брикет, спечённый из порошков) А. с. (в 1967 в США объём произ-ва составил
ок. 0,5% ). Имеются 2 группы спечённых А. с. пром. значения: САП (спечённая
алюминиевая пудра) и САС-1 (спечённый алюминиевый сплав).

САП упрочняется
дисперсными частицами окиси алюминия, нерастворимой в алюминии. На частицах
чрезвычайно дисперсной алюминиевой пудры в процессе помола её в шаровых
мельницах в атмосфере азота с регулируемым содержанием кислорода образуется
тончайшая плёнка окислов А1. Помол осуществляется с добавкой стеарина,
по мере его улетучивания наряду с дроблением первичных порошков происходит
их сращивание в более крупные конгломераты, в результате чего образуется
не воспламеняющаяся на воздухе т. н. тяжёлая пудра с плотностью св. 1000
кг/м³. Пудру брикетируют (в холодном и горячем виде), спекают
и подвергают дальнейшей деформации - прессованию, прокатке, ковке. Прочность
САП возрастает при увеличении содержания первичной окиси алюминия (возникшей
на первичных порошках) до 20-22%, при большем содержании снижается. Различают
(по содержанию А1- САП2; 13,1-18% - САПЗ; 18,1-20% - САП4). Длит, выдержки САП ниже темп-ры
плавления мало влияют на его прочность. Выше 200-250°С, особенно при больших
выдержках, САП превосходит все А. с., напр, при 500°С предел прочности
сигма2 (5- 8 кгс/мм ). В виде листов,
профилей, поковок, штамповок САП применяется в изделиях, где нужна высокая
жаропрочность и коррозионная стойкость. САП содержит большое количество
влаги, адсорбированной и прочно удерживаемой окисленной поверхностью порошков
и холоднопрессованных брикетов. Для удаления влаги применяется нагрев в
вакууме или нейтральной среде неск. ниже темп-ры плавления алюминиевых
порошков или холоднопрессованных брикетов. Дегазация САП повышает его пластичность,
и он удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой.

САС-1, содержащий
25% Si и 5% Ni (или Fe), получают распылением жидкого сплава, брикетированием
пульверизата, прессованием и ковкой прутков. Мельчайшие кристаллики Si
и FeAlсплав, повышают модуль упругости и пластичность, снижают коэфф. линейного
расширения; этот эффект тем больше, чем мельче твёрдые частицы и меньше
просвет между ними. Этот А. с. характеризуется низким коэфф. линейного
расширения и повыш. модулем упругости. По этим характеристикам порошковые
сплавы заметно превосходят соответствующие литейные А. с.

Литейные А.
с. по объёму произ-ва составляют ок. 20% (США, 1967). Для них особенно
важны литейные характеристики - высокая жидкотекучееть, малая склонность
к образованию усадочных и газовых пустот, трещин, раковин. А. А. Бочвар
установил, что эти свойства улучшаются при сравнительно высоком содержании
в сплаве легирующих элементов, образующих эвтектику, что приводит, однако,
к нек-рому повышению хрупкости сплавов. Важнейшие литейные А. с. содержат
св. 4,5% Si (т. н. силумивы). Введение гомеопатич. (сотые доли процента)
доз Na позволяет модифицировать структуру доэвтектических и эвтектических
силуминов: вместо грубых хрупких кристаллов Si появляются кристаллы сфероидальной
формы и пластичность сплава существенно возрастает. Силумины (табл. 3)
охватывают двойные сплавы системы Al-Si (АЛ2) и сплавы на основе более
сложных систем: Al-Si-Mg (АЛ9), Al-Si-Cu (АЛЗ, АЛ6); Al-Si-Mg-Си (АЛ5,
АЛЮ). Сплавы этой группы характеризуются хорошими литейными свойствами,
сравнительно высокой коррозионной стойкостью, высокой плотностью (герметичностью),
средней прочностью и применяются для сложных отливок. Для борьбы с газовой
пористостью силуминов Бочвар и А. Г. Спасский разработали оригинальный
и эффективный способ кристаллизации отливок под давлением.