/
Author: Белецкий В.М.
Tags: металлургия металловедение химия сплавы металлы и сплавы
ISBN: 966-8550-25-0
Year: 2005
Text
В.М. Белецкий, Г.А. Кривов
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
(СОСТАВ, СВОЙСТВА, ТЕХНОЛОГИЯ,
ПРИМЕНЕНИЕ)
СПРАВОЧНИК
Под общей редакцией академика РАН И.Н. Фридляндера
_______3,5 АЮ
НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА I
ЫБЛ ЮI*;а
Hatiionu.i>„n»io aepui. гмгп >i„
'Hi и-рсигет) .. М.С что, jh»
* Х«1рк1нський aBiaiiiftiuo; тк'гитут»
Киев
“КОМИНТЕХ”
2005
66?
ь~
УДК 669.715 (035)
ББК 34.23 я2 Б43
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
(Состав, свойства, технология, применение)
Справочник / В. М. Белецкий, Г. А. Кривов. Под общей редакцией
академика РАН И. Н. Фридаяндера - К.: “КОМИНТЕХ”, 2005. - 365 с.
ISBN 966-8550-25-0
Приведены данные по физико-химическим, физико-механическим, технологическим и
эксплуатационным свойствам современных отечественных и зарубежных алюминиевых
сплавов.
Информация, приведенная в Справочнике, обобщена и систематизирована в форме,
удобной для эффективного использования ее при решении широкого спектра конструкторских,
технологических, эксплуатационных и экономических задач.
Справочник ориентирован на специалистов — инженеров-экономистов самых разно-
образных областей производства, экспертов участвующих в выработке решений, касающихся
эффективного использования материалов в конструкциях.
ISBN 966-8550-25-0
© Белецкий В. М., Кривов Г. А., 2005
© ЗАО “КОМИНТЕХ”, 2005
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................ 5
Условные обозначения и сокращения .......................... 7
Маркировка алюминиевых сплавов ............................. И
Состояние поставки (обработки) полуфабрикатов из алюминиевых
деформируемых сплавов ..................................... 14
Глава 1. Состав, Свойства .............................. 15
1.1. Алюминий и малопрочные, термически неупрочняемые
свариваемые сплавы .............................. 15
1.1.1. Алюминий (А1) ............................ 15
1.1.2. Сплавы системы алюминий-марганец (А1—Мп) .. 19
1.1.3. Сплавы системы алюминий—магний (Al—Mg)
магналии) ................................... 21
1.2. Среднепрочные термически упрочняемые свариваемые
сплавы ......................................... 31
1.2.1. Свариваемые сплавы системы алюминий—цинк—
магний (Al—Zn— Mg) .......................... 31
1.2.2. Свариваемые сплавы системы алюминий—медь—
марганец (А1—Си—Мп) ......................... 38
1.2.3. Свариваемый жаропрочный сплав системы
алюминий—медь—магний (Al—Си—Mg) ................. 50
1.3. Среднепрочные конструкционные, жаропрочные
коррозионно-стойкие и ковочные сплавы .......... 53
1.3.1. Конструкционные сплавы системы алюминий-
медь—магний (Al—Си—Mg) ...................... 53
1.3.2. Жаропрочные сплавы системы алюминий—медь—
магний—железо—никель (Al—Си—Mg—Fe—Ni) .. 58
1.3.3. Сплавы повышенной пластичности и
коррозионной стойкости системы алюминий-
магний—кремний (Al—Mg—Si) ................... 73
1.3.4. Среднепрочные ковочные сплавы системы алюминий-
медь—магний—кремний (Al—Си—Mg—Si) ......... 85
1.4. Высокопрочные и модульные сплавы .............. 93
1.4.1. Высокопрочные сплавы системы алюминий-
цинк—магний—медь (Al— Zn— Mg—Си) ............ 93
1.4.2. Высокопрочные и среднепрочные сплавы малой
плотности и повышенного модуля упругости
системы алюминий—литий (Al— Li) .......... 121
1.5. Среднепрочные вторичные деформируемые сплавы . 145
Глава 2. Технология ...................................... 152
2.1. Критерии выбора алюминиевых сплавов. Виды
полуфабрикатов и заготовок ......................... 152
2.1.1. Критерии выбора алюминиевых сплавов ..... 152
2.1.2. Слитки, чушки; катанные и прессованные
полуфабрикаты .............................. 154
4
2.1.3. Поковки и штамповки ............................. 162
2.2. Обработка давлением ................................... 165
2.2.1. Горячая обработка давлением ..................... 165
2.2.2. Холодная обработка давлением .................... 170
2.3. Обработка резанием .................................... 174
2.4. Соединения конструкций из алюминиевых сплавов ......... 186
2.4.1. Клепаные соединения..............................187
2.4.2. Болтовые соединения..............................188
2.4.3. Сварные соединения............................... 189
2.4.3.1. Особенности сварки алюминиевых сплавов .. 189
2.4.3.2. Сварка давлением...................191
2.4.3.3. Сварка плавлением..................195
2.4.3.4. Паяные соединения..................199
2.4.3.5. Клеевые соединения.................203
2.5. Коррозия и защита от коррозии алюминиевых сплавов .. 206
2.5.1. Коррозия алюминиевых сплавов.....................206
2.5.2. Защита от коррозии алюминиевых сплавов
металлургическими, электрохимическими и
химическими методами ............................. 208
2.5.3. Защита от коррозии алюминиевых сплавов
лакокрасочными покрытиями ............................... 211
2.6. Термическая обработка ................................. 214
Глава 3. Применение ............................................... 224
3.1. Летательные аппараты .................................. 224
3.2. Судостроение .......................................... 239
3.3. Транспортное машиностроение ...........................258
3.3.1. Автомобильный транспорт ......................... 258
3.3.2. Железнодорожный транспорт, метро, городской
электротранспорт ................................. 266
3.4. Подъемно-транспортные средства ........................ 271
3.5. Энергетика ............................................ 285
3.5.1. Электротехника .................................. 285
3.5.2. Атомная энергетика .............................. 296
3.6. Двигатели ............................................. 302
3.7. Нефтегазовая, химическая, пищевая промышленность ... 309
3.7.1. Нефтегазовая промышленность......................310
3.7.2. Нефтегазоперерабатывающая промышленность ........ 313
3.7.3. Химическая и пищевая промышленность ............. 317
3.8. Сельское хозяйство.....................................320
3.9. Тара и упаковка........................................328
3.10. Потребительские товары ............................... 336
Приложение № 1. Стандарты и технические условия на алюминий,
алюминиевые сплавы и полуфабрикаты из них................... 343
Приложение № 2. Стандарты по контролю и измерениям, используемые
при производстве и применении алюминия, алюминиевых сплавов и
полуфабрикатов из них ...................................... 347
Список литературы .......................................... 350
ПРЕДИСЛОВИЕ
Алюминий и сплавы на его основе по объемам производства и потреб-
ления занимают второе место после стали, что объясняется удачным соче-
танием физико-химических, физико-механических и технологических
характеристик.
Алюминий является одним из наиболее распространенных элементов
на Земле, занимая четвертое место после кислорода, водорода и кремния
и первое место среди металлов. На долю алюминия приходится около
5,5% общего веса атомов земной коры, запасы алюминиевого сырья на
Земле практически неограничены.
Все это является мощным стимулом для дальнейшего расширения
применения алюминия и его сплавов, как в традиционных областях —
авиакосмической технике (в основном за счет применения новых, более
прочных и долговечных сплавов), так и в других областях деятельности —
автомобилестроении, наземном, водном и трубопроводном транспорте,
строительстве, нефтегазодобывающей и медицинской технике, бытовых
приборах и оборудовании, электротехнике, сельском хозяйстве и др.
Многие справочные материалы по алюминиевым сплавам, изданные
в свое время различными ведомствами для служебного пользования
(«Алюминиевые и бериллиевые сплавы», ОНТИ ВИ AM и др.) недоступны
для большинства пользователей. Другие справочники, изданные 25—30
лет тому назад недоступны современным пользователям из-за библиогра-
фической редкости (справочник «Алюминиевые сплавы» в 6 томах,
издававшийся в 70-80 годах прошлого столетия).
Переводные справочники (справочник «Алюминиевые сплавы», 1979 г.
издания, пер. с нем.) малодоступны из-за давних лет издания и содержат в
основном данные и нормативные требования по зарубежным сплавам.
Необходимо отметить, что практически все изданные ранее справоч-
ники рассчитаны на достаточно узких специалистов в области металлургии,
металловедения и конструирования и содержат большое количество
теоретических металловедческих и прочностных данных.
Для обеспечения необходимой информацией максимального количества
специалистов разных уровней и направлений деятельности в Справочнике
широко представлена общедоступная информация по физико-химическим,
физико-механическим свойствам и технологическим характеристикам
алюминиевых деформируемых сплавов. Особое внимание уделено работе
алюминиевых сплавов при повышенных и пониженных температурах и
их влиянию на эксплуатационные характеристики.
Справочник состоит из 3-х глав:
I глава содержит данные по физико-химическим и физико-механи-
ческим характеристикам алюминиевых деформируемых сплавов;
6
II глава содержит данные по технологии: методам обработки, соеди-
нениям, коррозии и защиты от коррозии алюминиевых деформируемых
сплавов;
III глава содержит данные и рекомендации по применению алюми-
ниевых деформируемых сплавов в различных отраслях, особенностях
применения алюминиевых сплавов в конкретных условиях и технико-
экономических показателях при использовании алюминиевых сплавов.
Систематизированные современные справочные данные помогут
специалистам правильно и рационально выбирать необходимые сплавы,
эффективно изготавливать из них конструкции и успешно эксплуати-
ровать изделия с применением алюминиевых сплавов в различных
производственных и климатических условиях.
Справочник «Алюминиевые сплавы» предназначен для широкого круга
работников, связанных с проектно-конструкторскими, технологическими,
производственными, ремонтными процессами, материально-техническим
обеспечением и сбытом, торговлей металлами и т.п.
Учитывая, что в Украине справочники по алюминиевым сплавам не
издавались, а издаваемые за пределами Украины справочники для боль-
шинства специалистов недоступны, необходимость в издании такого
Справочника очевидна.
Справочник «Алюминиевые сплавы» может быть полезен профес-
сорско-преподавательскому составу и студентам высших и средних
специальных учебных заведений при преподавании и изучении соответ-
ствующих курсов.
Справочник подготовлен специалистами Украинского НИИ авиацион-
ной технологии - Белецким Виктором Максимовичем и Кривовым
Георгием Алексеевичем — многие годы проработавшими в авиастроении
и участвовавшими в разработке и постройке десятков типов и модифи-
каций самолетов.
Общую редакцию книги любезно согласился выполнить патриарх
авиационного материаловедения, создатель многих поколений высоко-
прочных алюминиевых сплавов академик Фридляндер Иосиф Наумович.
Авторы благодарят своих помощников - коллег и сотрудников, за
оказанную помощь при подготовке материалов книги.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
И СОКРАЩЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
Физические свойства
у — плотность
Т — температура
Гп1 — температура плавления
Г.ип — температура кипения
Т сп — температура испарения
а — температуропроводность
А — теплопроводность
ср — удельная теплоемкость
а - температурный коэффициент линейного расширения
а' — температурный коэффициент электрического сопротивления
р — удельное электрическое сопротивление
8 — удельная электрическая проводимость
АН — теплота
4Нп1 — теплота плавления
4Ннсп — теплота испарения
R — постоянная Холла
X — магнитная восприимчивость
Механические свойства
Е — модуль упругости, определенный динамическим методом
Е — модуль упругости, определенный статическим методом при
растяжении (модуль Юнга)
Е.ж — то же при сжатии
G -- модуль упругости при сдвиге (модуль сдвига)
р — коэффициент Пуассона
ощ — предел пропорциональности при растяжении
стпц сж — предел пропорциональности при сжатии
стпИ «1 — предел пропорциональности при смятии
гпц — предел пропорциональности при кручении
сг02 — предел текучести условный (с допуском на остаточную
деформацию 0,2 %) при растяжении
ст сж — предел текучести условный при сжатии
<702 см — предел текучести условный при смятии
т03 — предел текучести при кручении (с допуском на остаточную
деформацию сдвига 0,3 %)
ств — временное сопротивление
ств сж — предел прочности при сжатии
ств — предел прочности при смятии
изг ~ предел прочности при изгибе
тв — предел прочности при кручении
тср — сопротивление срезу
ст" — предел прочности при растяжении образца с надрезом
ст"/сто — чувствительность к надрезу при растяжении
се
(Ув — предел прочности сварного соединения
о/о, — коэффициент ослабления прочности сварного соединения
ст — секундная прочность
су — предел прочности при растяжении при температуре Т
ог/у — удельная прочность
г(г5г10) — относительное удлинение после разрыва
Т — относительное сужение после разрыва
НВ — твердость по Бринеллю
HV — твердость по Виккерсу
HRA — твердость по Роквеллу, шкала А
HRB — твердость по Роквеллу, шкала В
HRC — твердость по Роквеллу, шкала С
ст — предел длительной прочности при заданном времени
действия t (в часах) и температуре Т
ст /t — предел ползучести при допусках на заданную остаточную
деформацию (от 0,1 до 1 %) за определенное время t (в часах)
при температуре Т
£ — остаточная деформация
Э — скорость ползучести
ст — напряжение цикла при испытании на усталость
N — число циклов нагружений до разрушения при испытании на
усталость (циклическая долговечность)
f — частота нагружений при испытании на усталость
R — коэффициент асимметрии цикла напряжений при испытании
на усталость
К' — коэффициент концентрации напряжений теоретический
а — предел выносливости
ст ; — предел выносливости при симметричном цикле (R = 1)
KCV — ударная вязкость при изгибе образца с V-образным надрезом
КСU — ударная вязкость при изгибе образца с U-образным надрезом
КСТ — работа разрушения при ударном изгибе образца с трещиной
9
— критический коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации (вязкость разрушения)
КС(К) — критический коэффициент интенсивности напряжений при плоском напряженном состоянии (условный, определяется по исходной длине трещины)
^<2 — расчетная величина коэффициента интенсивности напряжений
лк — размах коэффициента интенсивности напряжений
ТР . брутто/ — остаточная прочность пластины с центрально расположенной
/иГР ' нетто трещиной в сечении брутто/нетто
СРТУ- — скорость роста трещины усталости (2Z - длины трещины)
d(2l)/dH
или dl/dH
Коррозионные свойства
О’ кр — напряжение критическое (пороговое) при коррозии под напряжением
1Z •‘'ISCC — критический коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании Технологические и другие характеристики
t т R шш к выт к ь ото к выд а к Г ь S ^отп — время — масса — минимальный радиус гибки на угол 90° — коэффициент вытяжки — коэффициент отбортовки — коэффициент выдавливания — угол загиба при сварке — коэффициент трешинообразования при сварке — длина — ширина — толщина — диаметр отпечатка при испытании на твердость по Бринеллю Сокращения
д п в — направление долевое — направление поперечное — направление высотное
10
дп — направление вырезки образца долевое с направлением надреза и (или) трещины поперечным
пд — направление вырезки образца поперечное с направлением надреза и (или) трещины долевым
вд — направление вырезки образца высотное с направлением надреза и (или) трещины долевым
МНЦУ МЦУ КР РСК мкк кст ктв в д пд 3 к ц г 0 м АрДЭС тмо нтмо РЗМ — многоцикловая усталость — малоцикловая усталость — коррозионное растрескивание под напряжением — расслаивающая коррозия — межкристаллитная коррозия — камера соляного тумана — камера (тропическая) тепла и влаги — литье по выплавляемым моделям — литье под давлением — литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка) — литье в песчаную форму — литье в кокиль литье центробежное — литье в гипсовую форму — литье в оболочковую форму — модифицирование сплава — аргонодуговая электросварка — термомеханическая обработка — низкотемпературная термомеханическая обработка — редкоземельные металлы
Содержание химических элементов приведено в массовых долях (%), кроме особо оговоренных
случаев.
МАРКИРОВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Исторически сложившаяся буквенная и буквенно-цифровая отечест-
венная маркировка алюминиевых деформируемых сплавов является
достаточно случайной и не позволяет организовать механизированный
учет и машинную обработку сплавов у производителей и потребителей
продукции.
Так, сплавы алюминия с марганцем маркируются буквами АМц,
следующие за буквами цифры обозначают приблизительное содержание
в % марганца в сплаве.
Сплавы алюминия с магнием маркируются буквами АМг, следующие
за буквами цифры приблизительно обозначают содержание в % магния в
сплаве.
Сплавы алюминия, т.н. дуралюмины, маркируются буквой Д, а последую-
щие цифры обозначают: 1 — сплавы легированные медью и магнием —
Д16, где цифра, следующая за единицей, обозначает номер сплава; 2 —
сплавы, легированные медью и марганцем — Д20 или медью, магнием и
марганцем — Д21; сплавы алюминия с магнием, кремнием и медью
маркируются — АВ (авиаль); АД31.
Некоторые ковочные сплавы имели обозначение АК (алюминий
ковочный): АК6; АК8; АК4-1.
В сплаве В95 — буква В обозначала ВИАМ, а цифра 95 — номер
завода, где он впервые был освоен.
Порошковые сплавы алюминия с окисью алюминия обозначались буквами
САП (спеченная алюминиевая пудра), а легированные дополнительно дру-
гими легирующими элементами — САС (спеченные алюминиевые сплавы).
Вспененный водородом алюминий маркировался как пеноалюминий.
Подобная маркировка вносила путаницу и невозможность механизиро-
ванного учета у производителей и потребителей и не соответствовала
международным стандартам по маркировке алюминиевых сплавов.
В бывшем СССР взамен буквенной и буквенно-цифровой маркировки
была разработана цифровая маркировка алюминиевых сплавов, которая
стоит из 4-х цифр. Первая цифра — 1 обозначает основу алюминиевых
сплавов — алюминий. Вторая цифра характеризует главный легирующий
элемент или группу главных легирующих элементов. Третья и четвертая
цифры обозначают порядковый номер сплава.
Все алюминиевые сплавы делятся на 10 групп по 100 сплавов в
к.ждой группе, т.е. общее число всех алюминиевых сплавов может
с< ставлять 1000 сплавов.
Последняя цифра у деформируемых алюминиевых сплавов должна
'ыть нечетной (включая ноль).
У порошковых сплавов последняя цифра 9, у литейных сплавов послед-
я цифра — четная. В Справочнике, где возможно, буквенное и буквенно-
д ифровое обозначение увязывается с цифровым — Д16-1160; В95-1950.
Опытные сплавы обозначаются цифрой «О», которая ставится перед
единицей. Опытный сплав находится в стадии опробования и испытания
3—5 лет, после чего этот сплав либо становится серийным, если он принят
к серийному производству и цифра «О» снимается, либо, если результаты
испытаний отрицательны, работа с этим сплавом прекращается. Между-
народная система маркировки алюминиевых деформируемых сплавов
также цифровая четырехзначная.
В табл. 1 дано обозначение основных деформируемых алюминиевых
сплавов по буквенно-цифровой и цифровой системам маркировки.
Таблица 1
Маркировка деформируемых алюминиевых сплавов
Буквенная и буквенно-цифровая маркировка Цифровая .маркировка
1. Технический алюминий 1000—1018
АД000 -
АДОО 1010
АДООЕ* 1010E
АДО 1011
АДОЕ* 1011*
АД1 1013
АД 1015
АД 1пл -
2. Порошковые сплавы СЛП
САП-1 САП-2 САП-3 и т.д. Все номера, оканчивающиеся на цифру 9: 1019, 1029, 1039, 1049 и т.д.
3. Пеноалюминий
Пеноалюминий 1020-1025
4. Сплавы систем А1—Си—Mg; Al—Си Mg—Fe—Ni 110—1190
Д1 1110
Д16 1160
— 1161
1163
Д19 1190
Д19П 1197
ВАД! 1191
- 1151
Д18 1180
В65 1165
АК4 1140
АК4-1 1141
АК4-2ч 1143
5- Сплавы системы Al—Си—Мп 1200— 1290
Д20 1200 1201
Д21 - 1210 01205
6. Сплавы систем Al—Mg-Si; Al— Mg—Si—Си 1300- 1390
АД31 1310
АДЗЗ 1330
АД35 1350
Продолжение табл. 1
Буквенная и буквенноо-цифровая маркировка Цифровая маркировка
6. Сплавы систем Al—Mg—Si; Al—Mg—Si—Си 1300-1354
AB (без меди) 1340
AB (с медью) 1341
АД37 1370
АК6 1360
АК8 1380
7. Сплавы системы Al—Si, порошковые сплавы С АС
САС 1319, 1329, 1349 и т.д.
8. Сплавы систем Al—Mn; Al—Be—Mg 1400-1419
АМц 1400
АМц1 1401
ММ 1403
Д12 1521
АБМ-1 1411
АБМ-2 1412
АБМ-3 1413
АБМ-4 1414
9. Сплавы системы Al—Li 1420—1490
- 1420
1421
- 1423
- 1430
I — 1440
ВАД-23 —
- 1450
- 1451
I ~ 1460
10. Сплавы системы Al—Mg 1500-1590
АМгО,5 —
АМг! 1510
АМг2 1520
АМгЗ 1530
АМг4 1540
АМг5 1550
АМгб 1560
АМгбпч -
АМг61 1561
— 1570
11. Сплавы систем Al—Zn—Mg; Al—Zn—Mg—Cu 1900—1990
— 1911
В91 1913
В92ц -
- 1915
- 1925
В 93 1930
— 1933
— 1935
В94 1940
В 95 1950
Продолжение табл. 1
Буквенная и буквенно-цифровая маркировка Цифровая маркировка
11. Сплавы систем Al—Zn—Mg; Al—Zn—Mg—Си 1900-1990
В95пч —
В95оч —
- 1955
B96 1960
В96ЦЗ 1963
— 01970
B48-4 1980
• Буква Е обозначает алюминий с гарантированными электротехническими характеристиками.
Таблица 2
Состояние поставки (обработки) полуфабрикатов из алюминиевых деформируемых
сплавов, обозначение в технической документации и маркировка
Маркировка Состояние поставки (обработки)
Россия США
Без т.о.'1 ГК ГП F После изготовления, без дополнительной термической обработки. Степень нагартовки и механические свойства не контролируются Горячекатанное Горячепрессованное
М О Отожженное (мягкое). Наиболее высокая пластичность и стабильность размеров
н — Нагартованное (холоди одеформированное)
Н4 Н18 Усиленно нагартованное (прокаткой листов около 20%, для максимального упрочнения)
НЗ Н16 На три четверти (3/4) нагартованное, повышение прочности
Н2(П) Н14 Полунагартованное (1/2), повышение прочности
Н1 Н12 На четверть (1/4) нагартованное, повышение прочности
3 W Закаленное'2 (нестабильное, обычно указывается длительность естественного старения после закалки), повышение прочности
т ТЗ, Т4 Закаленное + естественно состаренное. Получение достаточно высокой прочности, повышенной пластичности, трещиностойкости и сопротивления усталости
Т1 Тб Закаленное + искусственно состаренное на максимальную прочность
Т12 Т2 ТЗ Т77 Т76 Т73 Закаленное + искусственно перестаренное. Улучшение характеристик сопротивления коррозии, трещиностойкости, пластичности при некотором снижении прочности. В русской маркировке возрастание первой цифры при букве указывает на увеличение степени перестаривания и разупрочнения
TH"3 Т31, Т36, Т37, Т39 Закаленное + естественно состаренное + нагартованное. На степень деформации нагартовки указывает вторая цифра. Повышение прочности при снижении характеристик пластичности, трещиностойкости
Т1Н'3 Т81, Т83, Т86, Т87 Закаленное + нагартованное + искусственно состаренное. На степень деформации (нагартовки) указывает вторая цифра. Повышение прочности при снижении характеристик пластичности, трещиностойкости
Т1Н1"3 T9 Закаленное + искусственно состаренное + нагартованное. Повышение прочности, особенно при совмещении с процессом формообразования детали
‘ Т.О- — термическая обработка. *2 В свежеэакалениом состоянии длинномерные полуфабрикаты (катанные, прессованные), как правило, подвергаются регламентированному растяжению со степенью остаточной деформации 1 -3% для правки и 1 снижения зака лочных напряжений, а также некоторого повышения прочностных свойств, особенно предела текучести. Для этих же целей кованные полуфабрикаты (поковки, штамповки) в ряде случаев подвергаются обжатию или обжатию -растяжению с остаточной деформацией 1 -5%. *э Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).
ГЛАВА 1
СОСТАВ, СВОЙСТВА
1.1. АЛЮМИНИЙ И МАЛОПРОЧНЫЕ,
ТЕРМИЧЕСКИ НЕУПРОЧНЯЕМЫЕ
СВАРИВАЕМЫЕ СПЛАВЫ
1.1.1. АЛЮМИНИЙ (А1)
Алюминий — химический элемент третьей группы периодической
системы Д. И. Менделеева, химический символ — А1, без полиморфных
превращений, с решеткой гранецентрированного куба с периодом а =
0,4049 нм; атомный номер 13; радиус атома А3+0,57Е, атомная масса 26,9815;
температура плавления 660°С; температура кипения 2500°С; плотность
2,71 т/м3; модуль упругости 71 ГПа; удельное электросопротивление р =
2,62 10“8 Ом-м; температурный коэффициент линейного расширения в
интервале температур 20—100°С а = 23,9x10-61/К; коэффициент Пуассона
М = 0,34, теплопроводность X = 226 Вт/м-К.
Впервые алюминий в чистом виде был получен датским физиком
Эрстедом в 1825 г. в результате взаимодействия амальгамы калия с
хлористым алюминием. Немецкий химик Велер в 1827 г. усовершенствовал
метод Эрстеда, заменив амальгаму калия на металлический калий.
В 1854 г. француз Сент-Клер Девиль применил способ Велера для
промышленного производства, использовав вместо калия более дешевый
натрий, а вместо гигроскопического хлорида алюминия — двойной хлорид
алюминия.
Русский физико-химик Н. Н. Бекетов в 1865 г. осуществил реакцию
вытеснения алюминия магнием из расплавленного криолита, на основании
которой в 1888 г. в городе Глинингене (Германия) был построен первый
немецкий завод по производству алюминия.
Химический способ получения алюминия применялся с 1854 по 1890 гс,
с помощью которого за этот период было получено 200 т алюминия.
В 1886 г. француз Эру и американец Холл независимо друг от друга
запатентовали способ получения алюминия электролизом глинозема, раство-
ренного в расплавленном криолите. Этот способ является основой совре-
менной алюминиевой промышленности, которая за более чем 100 лет
своего существования стала одной из крупнейших отраслей металлургии.
После стали алюминий и его сплавы является самым распространенным
металлическим материалом.
Подтверждением этого может служить динамика роста мирового произ-
водства первичного алюминия (табл. 3).
Таблица 3
Мировое производство алюминия, тыс. тонн
Годы
1900 1920 1940 I960 1970 1972 1983 1993 1998 1999
0,073 0,126 0,783 4548 10228 11504 12000 15000 22700 25400
В 1900 г. производство первичного алюминия было сосредоточено
только в 5 странах (США, Швейцария, Франция, Германия, Англия), в
1972 г. первичный алюминий производили уже 37 стран, а в 1999 г. более
50 стран.
Особенно бурно развивалась алюминиевая промышленность после
II мировой войны. В течение 25-летнего периода (1950—1975 гг.)
среднегодовой темп прироста производства алюминия составлял 9,7% за
год, что примерно в 2 раза превышало прирост валового национального
продукта (ВНП) и обеспечило семикратное увеличение производства
алюминия.
После 1975 г. мировое производство первичного алюминия несколько
замедлилось и сравнялось с ростом ВНП. Снижение производства первич-
ного алюминия за последние 100 лет происходило лишь трижды: дважды
после 1-й и 2-й мировых войн и один раз после мирового экономического
кризиса.
Алюминий, предназначенный для изготовления полуфабрикатов
методом горячей или холодной деформации, а также слябов и слитков,
поставляется в соответствии с ГОСТ 4784-97. Марки и химический состав
технического алюминия приведены в табл. 4.
Технический алюминий изготавливается электролизом криолит-
глиноземистых расплавов.
<>(> ища
Мирки. Обозначения. Химический состав технического алюминия
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, % Плот- ность, кг/дм3
Россия* по ИСО 209-1 КремннЙ Желе- зо Медь Мар- ганец Маг- ИНЙ Хром Цинк Титан Другие элементы Прочие элементы Алюми- ний
цнф- ров а я бук- венная каждый сумма
- АД000 А199,8 0,15 0,15 0,03 0,02 0,02 - 0,06 0,02 - 0,02 - 99,80 2,70
1010 1010Е АД00 АД00Е 1080А А 199,7 1070А ЕА 199,7 0,20 0,10 0,25 0,25 0,03 0,02 0,03 0,01 0,03 0,02 0,01 0,07 0,04 0,03 Бор: 0,02 0,03 0,02 0,10 99,70 99,70 2,70 2,70
1370 А199.6 0,25 0,35 0,05 0,03 0,03 0,05 0,03 Ванадий + титан: 0,02 Ванадий: 0,03 99,60 2,70
1011 АДО 1060 А199.5 0,25 0,40 0,05 0,05 0,05 - 0,07 0,05 0,05 0,03 — 99,50 2,71
ЮНЕ АД0Е Ю50А ЕА 199,5 0,10 0,40 0,05 0,01 — 0,01 0,05 — Бор: 0,05 0,03 0,10 99,50 2,71
1013 ЮНЕ АД1 1350 А 199,3 0,3 0,3 0,05 0,025 0,05 0,1 0,15 Ванадий + титан:0,02 0,05 99,30 2,71
1015 1013 АД А 199,0 Кремний+ — 0,05 0,05 - — 0,10 0,05 - 0,05 0,15 99,0 2,71
АД1пл 1200 железо: 1,0 0,30 0,30 0,02 0,025 0,05 - 0,1 0,15 - 0,02 - 99,30 2,71
* ГОСТ 1131, ГОСТ 7871, ГОСТ 13726, ГОСТ 21631
Примечания:
Е *Р. 'применяется для обозначения марки алюминия с гарантированными электрическими характеристиками.
2, Фактическое содержание алюминия в не тегирован ном алюминии определяется разностью между 100% и суммой всех элементов, присутствующих в
количестве 0,010% или более каждый, выраженных с точностью до второго десятичного знака.
Прй определении марки алюминия содержание титана, введенного в качестве модификатора, не следует учитывать в сумме примесей.
-А. Допускается содержание меди в сплаве АД1пл устанавливать, равное 0,05%.
'5. В.'аЬюминии марки АДО для листовых заготовок, подвергаемых дальнейшей формовке, допускается введение титана до 0,15%.
18
Механические свойства алюминия зависят от содержания примесей
железа, кремния, меди, повышение которых ведет к увеличению прочности.
Технический алюминий может упрочняться нагартовкой, что видно из
табл. 5.
Таблица 5
Гарантируемые механические свойства (не менее) листов из алюминия
марок АДО, АД1
Состояние Толщина листа, мм и„, МПА 6/О, %
м 0,5 < 00 20
0,6 0,9 < 60 25
1,0 10,0 < 60 28
н* 0,5-0,8 145 3
0,9-4,0 145 4
4,1 10.0 130 5
ГК 5,0 10,5 70 15
Степень холодной деформации при прокатке но менее 00%.
Типичные механические свойства технического алюминия приведены
в табл. 6.
Таблица 6
Типичные механические свойства листов технического алюминия при 20 °C
Состояние О0 6„ Е G О-/* ни л/
МПа о /о ГПа МПа - -
м 80 30 35 80 71 27 35 53 25 0,31
и 150 100 6 60 71 27 42 -63 32 0,31
Ч- 1; /- 40 Гц-, дг - 21 о7
Полуфабрикаты из технического алюминия поставляются в трех
состояниях: отожженном, полунагартованном и нагартованном и могут
применяться при изготовлении сварных и несварных конструкций,
которые обладают высокой общей коррозионной стойкостью и отсутствием
склонности к межкристаллитной и расслаивающей коррозии и коррозион-
ному растрескиванию.
На коррозионную стойкость алюминия влияют примеси, поэтому,
чем чище алюминий, тем выше его коррозионная стойкость. Блестящая
полированная поверхность алюминия обладает большой способностью к
отражению света, тепла, электромагнитных излучений в широком диапа-
зоне волн и малую теплоту излучения.
Защита от коррозии конструкций из технического алюминия зависит
от назначения и осуществляется химической и электрохимической обра-
боткой и лакокрасочными покрытиями.
Термической обработкой алюминий не упрочняется. Для разупрочне-
ния нагартованного алюминия применяется отжиг при температуре 300—
500’С с охлаждением на воздухе или воде.
.Алюминий обладает высокой технологической пластичностью и легко
подвергается деформации. Алюминий сваривается всеми видами сварки.
Обрабатываемость резанием плохая ввиду высокой вязкости.
Алюминий широко применяется в химической и пищевой промыш-
ленности, т.к. он нейтрален к концентрированной азотной кислоте,
органическим кислотам и пищевым продуктам. Из алюминия изготавли-
вается различная тара, емкости, трубопроводы, упаковочные материалы,
предметы домашнего обихода, декоративные изделия и др.
1.1.2. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-
МАРГАНЕЦ (А1-Мп)
К системе А1—Мп относятся сплавы, легированные марганцем, иногда
с добавками магния и отличаются от технического алюминия более
высокой прочностью при сохранении высокой пластичности, коррозионной
стойкости и хорошей свариваемости. Состав и марки сплавов системы
А1—Мп приведены в табл. 7.
Прочность сплавов системы А1- Мп невысокая, и они не упрочняются
термической обработкой, ее повышение возможно путем нагартовки
полуфабрикатов, которые поставляются в отожженном, полунагартованном
и нагартованном состояниях.
Для полного разупрочнения сплавов после нагартовки применяется
отжиг при 300—500°С с охлаждением на воздухе, для частичного
разупрочнения и повышения пластичности применяется низкотемпера-
турный отжиг при 200—290°С.
Сплавы деформируются в горячем состоянии при температурах 320—
470сС и холодном состоянии при комнатной температуре. Ковка и
штамповка производятся при 420—470°С.
Листы в отожженном состоянии при операциях формообразования
имеют параметры штампуемости: Кыт =1,8 ... 1,9; КтЬ =1,4 ... 1,5; Квыд =
18—22%; 7?mju = 0,8 ... 0,555. Сплавы хорошо свариваются аргонодуговой,
газовой и контактной сваркой. Прочность сварного шва равна прочности
-•сновного металла. Сплавы системы А1—Мп широко применяются в
народном хозяйстве для изготовления сварных и несварных конструкций
и емкостей (баки, продуктопроводы, емкости и др., радиаторы для
автомобилей и тракторов, в строительстве, для упаковки и для заклепок).
Марки. Обозначения. Химический состав (по ГОСТ 4784-97) алюминиевых сплавов
системы алюминий—магний
Таблица 7
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО 209-1 Кремний Железо Медь Марганец Магния Хром Цинк Титан Прочие элементы Алюми- НИЙ
буквенно- цифровая циф- ровая буквенно- цифровая циф- ровая каждый сумма
АМц 1400 AlMnlCu 3003 0,6 0,7 0,05-0,20 1,0-1,5 — — 0,10 — 0,05 0,15 Ост.
АМцС 1401 — — 0,15-0,35 0,25-0,45 0,1 1,0-1,4 0,05 — 0,1 0,1 0,05 0,1 То же
ММ 1403 AlMnMgO,5 3005 0,6 0,7 0,30 1,0-1,5 0,20-0,6 0,10 0,25 0,10 0,05 0,15 «
Д12 1521 AlMnlMgl 3004 0,30 0,7 0,25 1,0-1,5 0,8-1,3 — 0,25 — 0,05 0,15 «
П р и м сч ап ис : В листах сплава АМп, подвергаемых дальнейшей формовке, /(опускается введение титана до 0,2%.
21
В табл. 8 приведены гарантируемые механические свойства полуфаб-
рикатов из сплава АМц, в табл. 9 приведены механические свойства этого
сплава при низких и повышенных температурах, в табл. 10 приведены
основные характеристики сплава АМц.
Таблица 8
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов из сплава АМц
Вид полуфабрикатов Состояние а„, МПА б, % г„, МПа
Листы толщиной, мм: 0,3-3,0 3,0-6,0 м 5100-150 22 20 -
0 3- -6,5 Н2 (П) 150-220 6
0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,2 1,2-6,0 Н 190 1 2 30 40
Трубы всех размеров м 5 130 —
н 140 — —
Профили всех размеров м гп 5 170 170 16 160
Проволока для заклепок Без т.о. — 70
Плиты толщиной 11—25 мм ГК 120 15 —
Таблица 9
Механические свойства сплава АМц при нормальной, низких и высоких температурах
Температура, 'С а., МПА Сот, МПа б, %
200 70 — 41
150 85 — 39
100 95 — 35
20 150 120 24
-196 300 155 34
-253 445 170 33
-269 450 175 27
1.1.3. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЙ
(Al-Mg) (МАГНАЛИИ)
Сплавы системы Al—Mg (магналии) являются термически неупроч-
няе.мыми сплавами с относительно невысокой прочностью, но с высокими
пластическими свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и
хорошей свариваемостью.
Из сплавов этой системы выпускаются все виды деформируемых
полуфабрикатов: плиты, листы, ленты; прессованные панели, профили,
“утки, трубы; поковки и штамповки, сварочная и заклепочная проволока
Марка
АМц
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Mg
Си
Ti Ni Примеси Прочие
не более
0,15
0,05-0,2
Мп
1,0-1,5
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м*град.К);
Модуль упругости, ГПа:
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Относительное удлинение,
%, при температуре;
Температура,
V: 200
70
41
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Отжиг полный
Отжиг низкотемпературный
300 -500
200-290
Время, ч
0,2-1
0,2-1
Охлаждение
Воздух
Воздух
Описание:
Сплав системы Al-Мп. В отожженном
состоянии имеет максимальную пластичность
при минимальной прочности. В полунагарто-
ванном и нагартованном состояниях растет
прочность и падает удлинение. Хорошо дефор-
мируется в гооячем и холодном состояниях,
плохо обрабатывается резанием. Хорошо сва-
ривается аргоно-дуговой, газовой и контактной
сваркой. Имеет высокую коррозионную стойкость.
Применение:
Широко применяется для изготовления малона-
груженных деталей сварных баков, бензомасло-
проводов, радиаторов, а также в строительстве,
наземном транспорте, для упаковки.
23
15 термически необработанном состоянии, после отжига, а катанные
полуфабрикаты могут поставляться также после нагартовки.
Основным легирующим элементом в сплавах этой системы является
магний, увеличение содержания которого ведет к повышению прочности
сплава. Каждый процент магния повышает временное сопротивление на
30 МПа. С ростом содержания магния снижается пластичность. Для
повышения прочностных свойств магналиев в них вводят марганец в
количестве 0,2—0,8%.
Новый сплав 01570 дополнительно легирован совместной добавкой
скандия и циркония, что обеспечивает повышение прочностных свойств.
5ерия опытных сплавов системы Al—Mg, дополнительно легированная
скандием - 01570, 01545, 01535, 01523, 01515, имеющих различное
содержание основного легирующего элемента — магния от 6 до 1%, имеют
более высокие прочностные показатели и, естественно, более высокую
стоимость.
В табл. 11 приведены данные по маркам, обозначению и химическому
составе' магналиев.
Сплавы системы Al—Mg подвергаются только одному виду термичес-
кой обработки — отжигу для снятия нагартовки, если полуфабрикаты
были получены с использованием холодной деформации.
Отжиг для холоднодеформированных и горячедеформированных
пуфабрикатов, содержащих более 5% магния повышает их сопротив-
ление расслаивающей коррозии и коррозии под напряжением. Сплавы,
содержащие менее 5% магния, устойчивы против любых видов коррозии
без отжига.
Отжиг полуфабрикатов сплавов системы Al—Mg производится при
температуре 310—335°С в течение 1—2 часов с последующим охлаждением
ла воздухе.
Высоколегированные сплавы АМг5, АМгб, АМг61, 01570 для повы-
шения их сопротивления коррозии под напряжением и расслаивающей
коррозии при охлаждении с температуры отжига необходимо делать
зыдержку при 250—260°С в течение 1 часа, а затем охлаждать с нерегламен-
тированной скоростью. При отсутствии возможности ступенчатого отжига,
скорость охлаждения не должна превышать 30°С/ч.
Холоднокатанные листы и холоднодеформированные трубы могут
ытавляться в нагартованном состоянии с различной степенью деформа-
ции для повышения прочностных свойств.
В табл. 12 приведены гарантированные механические свойства
катанных, а в табл. 13 прессованных полуфабрикатов из сплавов системы
Al-Mg.
Таблица И
Марки. Обозначения. Химический состав (по ГОСТ 4784-97) алюминиевых сплавов системы алюминий—магний
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО 209-1 Кремний Же- Медь Марганец Магний 1 Цинк Титан Лрущс элементы Прочие АЛ1О-,
буквенно- цифровая циф- ровая буквенно- цифровая ровая дм*'
АМгО,5 1505 AlMgO.5 5005 0,1 0,1 0,1 0,2 0,4-0,8 - - - - 0,05 0,1 Осталь- ное
АМг1 1510 AlMgl 5010 0,30 0,7 0,20 0,20 0,50-1,1 0,10 0,25 — — 0,05 0,15 To же
АМг1,5 1515 AlMgl ,5 5050 0,40 0,7 0,20 0,10 1,1-1,8 0,10 0,25 — — 0,05 0,15 «
АМг2 1520 AlMg2 5251 0,40 0,50 0,15 0,10-0,50 1,7-2,4 0,05 0,15 0,15 — 0,05 0,15 «
АМг2,5 1525 AlMg2,5 5052 0,25 0,40 0,10 0,10 2,2-2,8 0,15-0,35 0,10 — — 0,05 0,15
АМгЗ 1530 — — 0,5-0,8 0,50 0,1 0,3-0,6 3,2-2,8 0,05 0,2 0,1 — 0,05 0,1
- - AlMg3 5754 0.40 0,40 0,10 0,50 2,6-3,6 0,30 0,20 0,15 Марганец + хром: 0,10—0,6 0,05 0,15
АМгЗ,5 1535 AlMg3,5 5154 0,25 0,40 0.10 0,10 3,1-3,9 0,15-0,35 0,20 0,20 Бериллий: 0,0008 Марганец + хром: 0,10—0,50 0,05 0,15
АМг4 1540 AlMg4 5086 0,40 0,50 0,10 0,20-0,7 3,5-4,5 0,05-0,25 0,25 0,15 — 0,05 0,15 «
АМг4,5 1545 AlMg4,5 5083 0,40 0,40 0,10 0,40-1,0 4,0-4,9 0,05-0,25 0,25 0,15 — 0,05 0,15 <<
— — AlMg5Cr 5056 0,30 0,40 0,10 0,05-0,20 4,5-5,6 0,05-0,20 0,10 — — 0,05 0,15 <<
АМг5 1550 - - 0,5 0,5 0,1 0,3-0.8 4,8-5,8 - 0,2 0,02-0,10 Бериллий: 0,0002-0,005 0,05 0,1
АМгб 1560 - - 0,4 0,4 0,1 0,5-0,8 5,8-6,8 0,2 0,02-0,10 'Бериллий: 0,0002-0,005 0,05 0,1
АМг61 1561 - - 0,4 0,4 0,1 0,7-1,1 5,5—6,5 - 0,2 - 0,02-015 Zr 0,0001-0,003 Be 0,05 0,1 «
01570 - । | 0,2 0,3 0,1 0,2-0,6 5,3-6,3 0.1 - 0,05-0,157 Zr 0,15-0,35 Sc 0,0002-0,005 Be 0,05 1 0,1 *
25
Таблица 12
Гарантируемые (не менее) механические свойства катанных полуфабрикатов
из сплава системы Al—Mg
Сплав Состояние Полуфабрикат Толщина, мм а. | 6, %
МПа
м 0,5—1,0 1,0—10,5 s 165 s 165 - 16 18
АМг2 Н2 Листы 0,5—1,0 1,0—5,0 5,0—10,0 234- 315 234- 315 225 145 145 135 5
Н 0,5—1,0 1,0—10,5 265 265 215 215 3
5,0—10,5 175 - 7
ГК, без т.о. Плиты 11,0—25,0 25,0—80,0 175 155 7
М 0,5—0,6 0,6—5,5 4,5—10,5 195 s 135 s 185 <90 s 100 s 80 15 15 15
АМгЗ Н2 Листы 0,5—1,0 5,5—10,5 245 245 235 195 195 7 7 6
Без т.о. 6,0—10,5 185 185 80 80 12 15
АМгЗ Без т.о. Плиты 11,0—25,0 25,0—80/) 185 165 70 60 12 11
М Листы 0,5—0,6 0,6—1,5 4,5—10,5 <275 <275 s275 < 135 < 145 s 130 15 15 15
АМг5 0,5—0,6 0,6—10,5 275 275 130 130 12 15
Плиты 11.0—25,0 25,0—80,0 265 255 115 105 13 12
М Листы 5,0—6,0 6,0—10,5 <305 s 315 s 145 < 155 15 15
АМгб 5,0—10,5 315 155 15
Без т.о. Плиты 11,0—25,0 25,0—50,0 50,0—80,0 305 295 275 145 135 125 11
М Листы 0,8—2,3 2,5—4,5 400 s 360 <270 < 240 13 13
Н2 0,8—2,3 410 320 6
Н 0,8—2,3 460 410 4
В табл. 14 приведены гарантируемые механические свойства прессо-
ванных, а в табл. 15 катанных труб из сплавов системы Al—Mg.
В табл. 16 приведены гарантируемые механические свойств поковок
штамповок из сплавов системы Al—Mg.
26
Таблица 13
Гарантированные механические свойства (не менее) прессованных
прутков и профилей из сплава системы Al—Mg в состоянии
без термической обработки
о. Оо,г
Л: 1Па
АМг2 Прутки 175 - 13
АМгЗ Профили 175 75 12
Прутки 175 75 13
АМг5 Профили 255 115 15
Прутки 265 118 15
АМгб Профили, прутки 315 155 15
Панели 315 155 15
АМг61 Профили 330 205 И
(1561) Прутки 330 155—205 И
Панели 330 185 И
Прутки 402 245 14
Профили 392 255 14
Таблица 1-
Гарантпруемые механические свойства (не менее) прессованных
труб из сплавов системы Al—Mg в состоянии без термической
обработки (без т.о.) и в отожженном состоянии (М)
Сплав и состояние о« 1 00.2 6, %
МПа
АМг2, АМг2М 155 60 10
АМгЗ, АМгЗМ 180 70 15
АМг5, АМг5М 255 110 15
АМгб, АМгбМ 315 145 15
Таблица 1
Гарантируемые механические свойства (не менее) катанных
и тянутых труб из сплавов системы Al—Mg
в отожженном и нагартованном состояниях
Сплав и состояние 1 О. 1 О«.2 6, %
АМг2М 5 155 - -
АМг2Н 225 —
АМгЗМ s 185 70 15
АМгЗН 225 100 —
АМгбМ s 265 s 200 is ;
АМг5Н 315 165
АМгбМ 5 315 15
АМгбН 345 195 | —
27
Таблица 16
Гарантируемые механические свойства поковок и штамповок из сплавов системы
Al—Mg в отожженном состоянии в зависимости от направления волокна (Д, П, В)
Сплав Толщина, а., МПа | оп ,, МПа 1 L % НВ
д 1 п В i д 1 п д J п 1 В
Поковки
_-.Мг2М До 75 165 145 135 — 15 13 И 44,0
А.МгЗМ До 75 185 165 155 70 — 15 12 10 44,0
До 75 275 — — 145 — 15 — — 63.5
1 До 75 316 305 305 135 130 15 14 14 63,5
ЗМгбЫ 76-100 295 295 295 130 130 14 14 14 63,5
100-300 285 285 285 120 120 И И И 63,5
ш тампонни
АМг2М До 75 165 145 135 — — 15 12 10 44,0
ЧМгЗМ До 75 185 165 155 70 — 15 12 10 44,0
ЧМ15М До 75 275 — — 145 — 15 — — 63,5
До 75 315 305 305 155 130 15 14 14 63,5 1
АМгбМ 76- 100 295 295 295 130 130 14 14 14 63,5
100-300 285 285 285 120 120 11 И 11 53,5
В табл. 17 приведены типичные механические свойства сплавов
системы Al—Mg при низких температурах, а в табл. 18 при повышенных
температурах.
Таблица 17
Типичные механические свойства листов из сплавов системы Al—Mg
толщиной 2 мм в отожженном состоянии при низких температурах
Сплав о.,МПа, при Т, *С ае,, МПа, при Т. ‘С ри Т, вС
-70 -196 -70 -196 -70 -196
AMrlM 150 230 - - 35 45
АМг2М 200 310 - - - -
АМгЗМ 230 330 95 100 29 43
ЛМг5М 310 400 160 190 24 28
АМгбМ 350 460 - - 26 33
Таблица 18
Типичные механические свойства листов толщиной 2 мм из сплава системы Al—Mg
при повышенных температурах
Сплав и состояние Е, ГПа, при Т, "С ав, МПа, при Т, ‘С со ;,, МПа, при Т, "С б, %, при Т, °C
100 150 200 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300
AMrlM 59 55 — 120 110 90 60 40 — - — — — 25 30 40 55 65
АМг2М 59 55 - 170 160 130 110 70 90 80 60 — — 25 35 45 60 75
АМг2В - - - 270 240 210 170 80 230 210 150 90 - 6 10 15 25 65
В табл. 19 приведены типичные физические свойства сплавов системы
Al-Mg.
28
Таблица 19 Типичные физические свойства промышленных сплавов из сплавов системы Al—Mg в отожженном состоянии
Сплав X, Вт/(м • К) р. Ом • м у, г/сма а 10", 1/К ср, ДжДкг- К) Интервал температур плавления, *С
АМг1 185 3,4 2,7 23,4 0,92 638-657
АМг2 155 4,8 2,68 24,2 0,97 627-652
АМгЗ 147 4,9 2,67 23,5 0,88 593-643
АМг4 134 5,9 2,65 24,1 0,91 571-638
АМг5 121 6,4 2,65 — —
АМгб 118 6,8 2,64 24,7 0,92 -
По мере увеличения степени легирования сплавов почти в 2 раза
снижается теплопроводность и возрастает электросопротивление, что
объясняется увеличением концентрации магния в твердом алюминиево»
растворе. Плотность сплавов при этом незначительно снижается. Средни!
коэффициент линейного расширения, удельная теплоемкость практически
не зависят от содержания магния, температуры начала и конца плавленш
сплавов с ростом содержания магния заметно снижаются, при это»
температура конца плавления снижается в большей степени, чем темпера-
тура начала плавления, обусловливая расширение температурного интервал
плавления. Последний фактор отрицательно сказывается на технологичности
сплавов при литье слитков и сварке плавлением.
Основные показатели технологической пластичности листов из сплаво
системы Al—Mg при холодной штамповке приведены в табл. 20. Лисп
обладают в отожженном состоянии удовлетворительной штампуемостш
повышение содержания магния не ухудшает этих показателей. Нагартовк
заметно снижает штампуемость листов.
Сплавы системы Al—Mg обладают хорошей сопротивляемость!
грещинообразованию при сварке. С повышением содержания магни
коэффициент трещинообразования при сварке уменьшается (табл. 21
Однако в связи с увеличением температурного интервала плавления
овышением концентрации водорода с ростом содержания магни
ористость сварных соединений возрастает.
Сварные соединения этих сплавов, как и сварные соединения други
сплавов, ослаблены по сравнению с основным материалом. Это относите
< характеристикам прочности, пластичности и в особенности к характера
гикам коррозионной стойкости. Сварные соединения из низколегиров.1
зых сплавов АМг1, АМг2, АМгЗ обладают высокой коррозионн-з
стойкостью. Сварные соединения сплавов с более высоким содержание
лагния АМг5, и особенно сплавов АМгб, 01570, при определенны
условиях эксплуатации (агрессивная коррозионная атмосфера, длительна
шзкотемпературные нагревы сварных соединений) могут проявит
склонность к коррозии под напряжением и к расслаивающей коррозя
сплав 01570). С целью повышения устойчивости сварных соединений
•зэррозии под напряжением и расслаивающей коррозии следует перед
.'варкой полуфабрикаты подвергать ступенчатому отжигу.
Сплавы на основе системы Al—Mg широко используются на
производстве и в быту.
В сплавах АМгО,5, АМг1 жестко регламентируется содержание приме-
сей; полуфабрикаты из этих сплавов следует использовать в изделиях, где
требуются повышенная декоративность и высокая отражательная
способность.
Сплавы АМг2, АМгЗ применяются в слабонагруженных сварных
конструкциях, способных работать длительное время в достаточно
.грессивной коррозионной атмосфере. Эти сплавы наиболее широко
используются и, главным образом, в виде листов.
Сплавы АМг5, АМгб применяют в нагруженных сварных конструк-
циях в авиакосмической технике, используемых в том числе при криоген-
ных температурах, а также в народном хозяйстве.
Полуфабрикаты из сплава АМг61 применяются в судостроении. Сплав
г»1570 является сравнительно новым, и полуфабрикаты из этого сплава
применяются в ракетнокосмической технике, а также опробуются для
_ругих целей.
Таблица 20
Показатели штампуемое™* листов толщиной 2 мм при различных операциях
формообразования
Отбортовка
AMrlM
АМг2М
АМгЗМ
А.Мг4М
АМг5М
АМгбМ
МгбН
Выдавливание
1.32-1.40
О. 1.70
0,22-0,25
0,29-0,3
0,23-0,26
0,22-0,25
0,17-0,19
0,36-0,42
0,36-0,32
(0,6—l,0)s
(1,0-1,5)
1,7—1,87
0,37 -0,46
(0,6—l,0)s
(2,0-2,5)
КС А',,„в ’ предельный tt рабочий) коэффициенты вытяжки; и отбортовки; К„„ Ксф - коэффициенты
.'кого и сферического выдавливания; RM-, ~соответственно минимальный п рабочий радиусы гиба.
Таблица 21
Свойства сварных соединений листов толщиной 2 мм сплавов системы Al—Mg
Сплав о“ , МПа Коэффициент ослабления сварного соединения aj / о. Коэффициент трещинообразования Ктр, % Угол загиба,
АМг! 90 0,9 15 120
АМг2 170 0,9 10 120
АМгЗ 210 0,9 5 120
АМг5 240 0,9 10 90
АМгб 290 0,85 5 90
01570 400 0,85 0 100
В табл. 22 приведены основные характеристики сплава АМгб.
Марка
АМгб
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Fe Si
300-340 Коэф. терм, расширения, мкм/(м*град.К):
150-170 Модуль упругости, ГПа:
4 15 Предел прочности, МПа, при температуре:
50-80 Предел текучести, МПа, при температуре:
2,64 Относительное удлинение, %, при температуре:
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Отжиг полный
310-335
Р1- 2
Воздух, выдержка при 250—260°С — 1 час и далее скорость
охлаждения не регламентируется
1.2. СРЕДНЕПРОЧНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИ
УПРОЧНЯЕМЫЕ СВАРИВАЕМЫЕ СПЛАВЫ
1.2.1. СВАРИВАЕМЫЕ СПЛАВЫ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ-ЦИНК-МАГНИЙ (Al-Zn-Mg)
Упрочнение свариваемых алюминиевых деформируемых сплавов
^алкой и старением расширяет объемы применения этих сплавов, а
также повышает эффективность сварных конструкций.
Сплавы системы Al—Zn—Mg отличаются хорошей технологичностью
металлургическом и машиностроительном производстве, свариваются
контактной и аргонодуговой сваркой с незначительным разупрочнением
эколошовпой зоны, и после термообработки они на 20—25% прочнее, чем
магналии. Сплавы обладают хорошей общей коррозионной стойкостью,
но чувствительны к коррозии под напряжением и замедленному разруше-
нию с ростом их прочности.
Отличительная особенность этих сплавов — самозакаливаемость, т.е.
способность закаливаться при охлаждении на воздухе, температуры
_»кончания горячей деформации, что обеспечивает механические харак-
теристики основного металла, а при сварке сварных соединений после
старения близкими к механическим характеристикам основного металла.
Марки, обозначения, химический состав сплавов системы Al—Zn—Mg
приведен в табл. 23.
Все промышленные свариваемые сплавы системы Al—Zn—Mg делятся
на низколегированные с суммарным содержанием цинка и магния не
более 5,2—6,5% (сплавы 1915, 1911, 1935) и высоколегированные с
суммарным содержанием цинка и магния 6,5—8,5% (сплав В92, 1955,
с11970). Сплавы также содержат в различных комбинациях добавки
переходных металлов Мп, Сг, Zr, Ti.
Прочность сплавов и эффекты старения растут с увеличением
суммарного содержания цинка и магния, которые определяют не только
эффект упрочнения, но и склонность сплава к самозакаливанию. Сплавы
е малым содержанием цинка (до 3%) имеют низкую прочность, но высокую
пластичность и слабо упрочняются при искусственном старении.
Сплавы с высоким содержанием цинка 4—6% и магния 2—5%
характеризуются значительным упрочнением в процессе старения после
закалки и старения после сварки. При этом они чувствительны к скорости
охлаждения при закалке. Закалка на воздухе снижает прочность этих сплавов.
С повышением прочности снижается пластичность и растет склонность
:< коррозии под напряжением.
Термообработка сплавов системы Al—Zn—Mg осуществляется закалкой
. искусственным старением.
Марки. Обозначения. Химический состав (по ГОСТ 4784-97 и НД) алюминиевых сплавов
системы алюминий—цинк—магний
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия И СО 209-1 Крем- ний Же- лезо Медь Мар- ганец Маг- ний Хром Цинк Титан Цирконий Другие элементы Прочие элементы Алю- миний
буквен- но-циф- ровая циф- ровая буквенно-цифровая циф- ровая каждый сумма
1915 AIZn4,5Mgl ,5Mn 7005 0,35 0,40 0,10 0,20- 0,7 1,0- 1,8 0,06- 0,20 4,0— 5,0 0,01- 0,06 0,08- 0,20 — 0,05 0,15 Осталь- ное
— 1925 AlZnMgl,5Mn — 0,7 0,7 0,8 0,2— 0,7 1,3- 1,8 0,2 3,4- 4,0 0,1 0,1-0,2 — 0,05 0,1 То же
— 1911 — 7004 7019 0,2 0,3 0,1- 0,2 0,2- 0,5 1,6- 2,1 0,07— 0,25 3,8— 4,4 — 0,13- 0,22 — 0,05 0,15
1935 — 7024 7027 0,3 0,4 0,2 0,2- 0,5 j 0,6- 1,1 0,2 3,6- 4,1 0,2 0,15- 0,22 0,0001- 0,005 Сс 0,05 0,15
— 1955 7003 6,3 0,7 0,2— 0,6 0,2 0,7- 1,2 0,08— 0,15 4,6- 5,4 0,1 0,10- 0,22 0,001- 0,1 Се 0,05 0,1
В92Ц •— — 0,35 0,35 0,05 0,6- 1,0 3,9- 4,6 — 2,9— 3,6 0,Ol- О.06 0,06- 0,2 0,05 0,1
01970 — — X (Zn + Mg) = 8 Мп, Zr, Sc
33
Сплавы имеют широкий интервал нагрева под закалку (350—580°С)
и малую чувствительность к скорости охлаждения. Наименее чувствитель-
ны к скорости охлаждения сплавы 1935 и 1915, что используется при
прессовании профилей и труб, где охлаждение после прессования на
оздухе заменяет закалку. Стандартная температура нагрева под закалку
составляет 440—460°С. Закаленные сплавы подвергаются естественному
или искусственному старению.
В табл. 24 приведены рекомендуемые режимы термообработки сплавов
с стемы Al — Zn — Mg.
Таблица 24
Рекомендуемые режимы термообработки сплавов системы Al—Zn—Mg
Сплав Допустимый интервал температур Старение
нагрева под закалку, °C вид температура, *С продолжительность, ч
В92 450 -470 Естественное Искусственное: I ступень II ступень 20 60-70 195-205 720 23-25 4-6
1911 440-460 Естественное Искусственное: первый режим Т1 I ступень II ступень второй режим Т1 I ступень' II ступень 20 95-105 155-165 95-105 170-180 720 20 10 20 8-10
11915 440-460*3 Естественное Искусственное: первый режим Т1 I ступень II ступень 20 95-105 145-155 720 23-251 10 12
11915*' I 440 460*3 второй режим Т1 I ступень II ступень 95- 105 170-180 23-24*4 4-6
-25*' 440—460*3 Естественное Искусственное: первый режим Т1 I ступень II ступень 20 95-105 170-180 720 24 *' 4
1915*1 440-460*3 Естественное Искусственное: первый режим Т1 I ступень II ступень 20 95—105 115-125 720 24 24
55*2 440-460 Естественное 20 720
' Зег 1ды полуфабрикатов
”pv6w.
’ Прессованные полуфабрикаты толщиной до можно охлаждать при закалке на столе пресса, па слоёном
воздухе.
Выдержку на первой ступени можно сократить до 1Д если перерыв между закалкой и старением более 3 сут. ।
Естественное старение закаленных сплавов системы Al—Zn—Mg проис-
ходит очень медленно, основной прирост прочности и твердости наблюда-
ет оя в течение 1 мес.; дальнейшее очень медленное повышение прочности
34
продолжается до 10—15 лет. Характеристики пластичности при этом изме-
няются незначительно, например, после десятилетнего естественного старе-
ния относительное удлинение изделий из сплава 1911 остается выше 12%.
Естественное старение деформированных полуфабрикатов из свари-
ваемых сплавов системы Al—Zn—Mg обеспечивает сочетание высоких
характеристик прочности и пластичности и удовлетворительной коррози-
онной гибкости. Строительные сварные конструкции из естественно
состаренных профилей, рассчитанные на длительную эксплуатацию в
атмосферных условиях, не требуют никаких защитных покрытий. И только
при работе конструкций в особо агрессивных атмосферных условиях
(периодическое воздействие пара и водяных брызг, морская атмосфера)
в течение нескольких десятилетий отмечены начальные стадии расслаи-
вающей коррозии.
Искусственное старение по сравнению с естественным обеспечивает
более высокий предел текучести и лучшую коррозионную стойкость сплавов.
Искусственное старение, как правило, проводится по двухступенчатым
режимам: первая ступень низкотемпературная (90—110°С), вторая —
высоко-температурная (150—180°С).
Перерыв между закалкой и искусственным старением положительно
влияет на эффект искусственного старения. Если перед искусственным
старением происходит естественное старение, то время выдержки при
температуре первой ступени может быть сокращено, а достаточное
длительное естественное старение (более 1 мес.) может полностью заменить
первую ступень искусственного старения.
С целью повышения пластичности листов (или других полуфабрика-
тов) из сплавов 1915, 1925, 1911 перед их холодной деформацией
проводится отжиг по режиму: 350—420°С, выдержка 10—60 мин, охлаждение
до 200°С со скоростью не более 30°С/ч, далее на воздухе. Охлаждение
полуфабрикатов и деталей из сплавов 1915, 1925, 1911 после выдержки
при температуре отжига разрешается проводить на воздухе, но в этом
случае разупрочнение является временным: высокая пластичность сплава
сохраняется только в течение 24 ч после охлаждения.
Гарантируемые механические свойства прессованных и катанных
полуфабрикатов из сплавов системы Al—Zn—Mg приведены в табл. 25.
В настоящее время широко внедрены в производство сплавы 1915.
1925 (более дешевая модификация сплава 1915) и 1935. По этим сплавам
накоплен многолетний опыт производства и применения. Эти сплавы явля-
ются наиболее надежными и перспективными для дальнейшего применения
Прочность полуфабрикатов из сплава 1915 с понижением температуры
существенно повышается, а пластичность возрастает, т.е. сплав 1915 может
эксплуатироваться при криогенных температурах (табл. 26); при повышен-
ных температурах (выше 20°С), сплав 1915, так же как и другие алюминие-
вые сплавы с цинком, разупрочняется и для работы при повышенных
температурах не рекомендуется.
Таблица 25
Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов из сплавов
системы Al—Zn—Mg (не менее)
Сплав Состояние Прессованные профили Прессованные трубы Листы
0„, МПа о„ „ МПа 6, % св, МПа о,„ МПа 6, % ок, МПа а„„ МПа 6, %
м 275 175 12 — — — 245 — 10
1915 345 215 10 355 215 10 315 195 10
Т1 375 245 8 — — — — —
м 294 - 12 — — — — — —
1925 pH 345 195 10 355 195 10 — — -
Т5 345 195 9 335 195 10 — —
Прессованные прутки
Т1 — — — 345 195 10 — — —
935 м p'j’ti 245 155 10 — — 245 — 10
Катанные трубы
м — — — 245 — 10
955 т — — — — — 355 195 10
TH*2 — — -- — — 355 225 6
ТН1*3 — — — — — — 375 255 10
" Свойства профилей и труб с толщиной стенки до 10 мм в состоянии Т обеспечивается при
'•..1ажденпи с температуры прессования на воздухе до естественного старенияг 30 су г.
TH - грубы нагартованы после епественного старенияг 30 сут.
TH трубы нагартованы после искусственного старения.
Таблица 26
Механические свойства* естественно состаренных (Т) полуфабрикатов
из сплава 1915 при различных температурах
Температура испытания, °C Прессованные полосы, 60 х 110 мм Листы
о,, МПа 0Й„ МПа 6, % о , МПа 0О„ МПа б, % Е, МПа
-196 520 370 13 470 290 24 —
-70 — — — 370 240 18 —
-50 470 350 15 — - - —
20 440 310 14 340 200 15 68000
50 450 350 13 — — — —
100 380 270 13 270 190 16 58000
150 — — — 210 160 18 55000
200 — — — 170 140 20 —
Значения характеристик для листов — в поперечном направлении, полос — в долевом.
Сплав 1935, с меньшим содержанием цинка и магния, чем сплав 1915,
уступает последнему по прочности при 20°С и криогенных температурах,
но превосходит сплав 1915 по пластичности, ударной вязкости и техноло-
гичности при обработке давлением. Типичные механические свойства
закаленных с охлаждением на воздухе и естественно состаренных профи-
лей из сплава 1935 приведены ниже:
Температура испытания, °C 20 -50 -196
ов, МПа 290 310 400
Оо,2> МПа 190 310 400
6, % И 15 26
36
О высокой вязкости разрушения профилей из сплава 1935 свидетель-
ствуют высокие значения ударной вязкости KCU: для сплава 1935 — до
700 кДж/м2, для сплава 1915 — до 400 кДж/м2.
Сплав 1911, содержащий больше цинка и магния, чем сплав 1915,
имеет более высокую статическую прочность по сравнению со сплавом
при практически одинаковых характеристиках конструкционной прочности.
Сплав 1925, отличающийся от сплава 1915 только тем, что в нем
допускается большее содержание примесей Fe, Si и Си, по свойствам близок
к сплаву 1915: прочность сплава 1925 практически такая же, как и сплава
1915. Примесь Си в сплаве 1925 ухудшает свариваемость, в связи с чем
полуфабрикаты из сплава 1925 для сварных конструкций не рекомендуются.
Полуфабрикаты из сплава 1915 хорошо свариваются всеми видами
сварки. Коэффициент трещинообразования Хр по существующим техноло-
гическим пробам не выше, чем у Al—Mg - сплавов типа АМг5 и АМгб,
например, К по крестовой пробе не выше 10%. При аргонодуговой сварке
полуфабрикатов из сплава 1915 используется присадочная проволока из
сплава 1557 (табл. 27). В табл. 28 приведены механические свойства
сварных соединений из сплава 1915 в зависимости от режима старения
после сварки. Сварные соединения мало разупрочняются по сравнению с
основным материалом; сварочный фактор (о^/сг^ изменяется в пределах
0,97—0,8 в зависимости от толщины свариваемых листов.
Таблица 27
Химический состав сплава 1557 для присадочной проволоки (остальное — А1)
Элемент Mr Мп Zr Cr Be Fe Si Си
Содержание, % 4,5—5,5 0,2-0,6 0,2-0,35 0,07-0,15 0,002-0,005 0,3 0,15 0,05
Таблица 28
Типичные механические свойства сварных соединений листов из сплава 1915Т
(с усилием)
Старение после сварки и„ основного материала, МПа Свойства сварных соединении
св ив , МПа угол загиба, град К СТ, кДж/м2 Св ав /ч,
по шву по зоне сплавления
Толщина листа 2 ,5—3 мм
Естественное'
1 сут — 290 150 230 170 —
30 сут 350 340 120 230 170 0,97
90 сут — 340 115 220 150 —
Искусственное, 100° С, — 360 60 180 100 —
24 ч + 175°С, 4 ч
Толщина листа 10—12 .мм
Естественное, 30 сут 370 300 100 - - 0,81
Сплав 1935 по свариваемости аналогичен сплаву 1915; разупрочнение
при сварке несколько меньше, чем сплав 1915.
Опытный сплав 01970 содержит XZn и Mg 8%; при этом комбинация
скандия, циркония, меди и титана в сплаве обеспечивает сочетание высокой
прочности и удовлетворительной коррозионной стойкости. Присутствую-
щий в сплаве скандий обусловливает резкое повышение температуры
рекристаллизации, в результате чего структура полуфабрикатов всех видов
после нагрева под закалку сохраняется нерекристаллизованной. Типичные
механические свойства полуфабрикатов из сплава 01970 приведены в
табл. 29.
Таблица 29
Типичные механические свойства полуфабрикатов из сплава 01970Т1
Полуфабрикат а п в
МПа МПа б, % Он, МПа МПа 6, % МПа °0.2. МПа б, %
Плита толщиной 32 мм 490 440 15 480 430 13 480 420 11
Штамповка 490 440 15 490 430 14 480 420 И
Лист толщиной 2 мм 520 490 11 520 490 И — — —
Прессованная полоса 480 460 И 480 450 12 470 420 9
Сплав 01970 является наиболее прочным свариваемым алюминиевым
сплавом.
Механические свойства сварных соединений из сплава 01970Т1
(1 мес. естественного старения) следующие: ст/" основного сплава —
520 МПа; ст/ = 480 МПа; = 0,81; угол загиба — 80°; М10 3 = 34
(МЦУ) при = 160 МПа.
Коррозионная стойкость полуфабрикатов из сплавов 1915 и 1925 и
сварных соединений из листов и профилей сплава 1915 удовлетворитель-
ная. Листы и профили из сплавов 1915 и 1925 имеют определенную
чувствительность к расслаивающей коррозии, зависящую от режима
термообработки.
Для обоих сплавов склонность к расслаивающей коррозии примерно
одинакова; она не зависит от степени рекристаллизации структуры (для
листов и профилей баллы одинаковые) и сильно зависит от режима
старения. Применение искусственного старения практически устраняет
чувствительность сплавов 1915 и 1925 к расслаивающей коррозии, но и
после естественного старения стойкость сплавов против расслаивающей
коррозии удовлетворительная.
Большее сопротивление коррозионному растрескиванию имеют
сварные соединения после естественного старения, т.е. не подвергнутые
специальному искусственному старению.
Полуфабрикаты из сплава 1935 не чувствительны к коррозии под
напряжением; по общей коррозионной стойкости сплав 1935 близок к
зплаву 1915; склонность к расслаивающей коррозии естественно состарен-
ных листов и профилей из сплава 1935 оценивается баллами 5—6.
Сплав 1911 по коррозионной стойкости аналогичен сплаву 1915.
Физические свойства для наиболее распространенного сплава 1915 сис-
темы Al—Zn—Mg: у = 2,77 г/см3; р-108 = 4,85 ... 5,17 Ом-м; ср, кДж/(кг-К):
38
0,882 (1ОО°С); 0,924 (200°С); 0,966 (300°С); X, Вт/(м-К): 155,4 (25°С);
159,6 (200°С); 168 (300°С); сс-106, 1/76: 25,6 (20-100°С); 26,4 (20-200°С).
Технологические свойства. Важным технологическим свойством
сплавов системы Al—Zn—Mg является хорошая свариваемость всеми
видами сварки, малая склонность к образованию трещин при сварке, при
этом сварные швы обладают высокими механическими и коррозионными
свойствами.
Сплавы системы Al—Zn—Mg особенно 1915, 1925, 1935, 1955, очень
технологичны при горячей обработке давлением. При производстве
прессованных профилей и труб из этих сплавов скорость истечения
металла значительно выше, чем для других алюминиевых сплавов с
аналогичной прочностью (в 10—20 раз), что позволяет существенно
увеличивать объем производства на существующем оборудовании.
Сплавы системы Al—Zn—Mg имеют хорошую технологичность при
холодной штамповке (табл. 30).
Таблица 30
Показатели технологической пластичности листов из сплава 1915
Состояние Предел ьные коэф фи циеиты Радиус гибки Я™
х.„.
Отожженное 1,9 1,75 27 1,0s
Естественно состаренное _ 1,35 1,2 _ 2? 2,5s
По обрабатываемости резанием, химической и электрохимической
обработке сплавы системы Al—Zn—Mg близки к другим алюминиевым
среднепрочным сплавам. Сплавы системы Al—Zn—Mg в виде прессованных
профилей, труб и листов нашли широкое применение в строительстве и
транспортном машиностроении (товарные и пассажирские вагоны, вагоны
метро, автомобили, автобусы). Сплавы 1911 и 01970 рекомендуются для
авиакосмической промышленности.
1.2.2. СВАРИВАЕМЫЕ СПЛАВЫ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ-МЕДЬ-МАРГАНЕЦ (Al-Cu-Mn)
Алюминиевые свариваемые сплавы системы А1—Си- Мп имеют хоро-
шие технологические и прочностные характеристики, высокую технологич-
ность, пластичность и жаростойкость, хорошо свариваются различными видами
сварки. Сплавы имеют высокие механические свойства при криогенных
температурах и не охрупчиваются вплоть до температуры -253°С. Хими-
ческий состав сплавов системы А1—Си—Мп приведен в табл. 31.
Как видно из табл. 31, основными легирующими компонентами
сплавов этой системы являются медь и марганец, а также небольшие
добавки титана. Введение марганца и титана обеспечивает сплавам этой
системы значительную жаропрочность.
Марки. Обозначения. Химический состав алюминиевых сплавов системы
алюминий—медь—марганец (по ИД)
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО 209-1 Крем- ний Же- лезо Медь Мар- ганец Магний Хром Цинк Титан Цирконии Другие элементы Прочие элементы А.11О- МИНИН
буквенно- цифровая циф- ровая буквенно- цифровая циф- ровая каж- дым сум- ма
Д20 1200 г- — 0,3 0,3 6,0-7,0 0,4-0,8 0,05 — 0,1 0,1-0,2 0,2 0,05V 0,05 0,10 Осталь- ное
— 1201 — 2219 0,2 0,3__ 5,8-6,8 0,2-0,4 0,2 — 0,1 0,02-0,1 0,1-0,25 0,05-0,15V 0,05 0,10 То же
— 01205 — — 0,3 0,3 5,8-6,8 0,3-0,8 0,2 — 0,1 0,02 -0,1 0.08-0,15 0,02V 0,1—O,2Cd 0,05 0,10 _» _
Д21 1210 — — 0,3 0,3 6,0-7,0 0,4 —0,8 0,25-0,45 — 0,1 0,1-0,2 — 0.25-0,45V 0,05 0,10 >>
40
Сплавы системы AI—Си—Мп упрочняются термической обработкой:
закалкой и искусственным старением. Оптимальная температура нагрева
под закалку 525—530°С. Сплавы практически не упрочняются естествен-
ным старением, что обусловлено содержанием железа и марганца. Опти-
мальные механические свойства достигаются после искусственного
старения (табл. 32).
Таблица 32
Режимы старения сплава системы А1—Си—Мп
Сплав Полуфабрикаты Вариант старения Темпера- тура, °C Продолжи- тельность, ч Применение
Д20 Все виды Первый режим 165-175 16-24 Для деталей и полуфабрика- тов при кратковременной работе при повышенных температурах
Второй режим 200-220 8-12 Для деталей и полуфабрика- тов для длительной работы при повышенных температурах
1201 Листы Первый режим 185-195 20-36 Для пеправленпых и нагар- товаипых после закалки полуфабрикатов и деталей
Второй режим 175-185 18-20 Для правлеппых полуфабри- катов с остаточной деформа- цией: 1.5—3% для листов и плит, 1—3% — для прессо- ванных полуфабрикатов и 1—5% — для поковок и штамповок
Третий режим 165—175 16-24 Для пагартоваииых па 7—10% полуфабрикатов и деталей
Прессованные полуфабрикаты Первый режим Второй режим 185-195 185—195 20-36 18-20 То же, что и для листов
Плиты Первый режим Второй режим Третий режим 185-195 175-185 175-185 20-36 18-20 16-18
Поковки, штамповки Первый режим Второй режим 185-195 175-185 22-30 18-20
Д21 Все виды Первый режим 180-195 15-17
01205 Поковки, штамповки Первый режим 190 24 Для полуфабрикатов, ие
Поковки, штамповки Первая ступень (до деформиро- вания) Вторая ступень 160 165 2 36 подвергавшихся правке, а также правленых после закалки (без предвари- тельного старения)
Для снятия упрочнения после термической обработки применяется
полный отжиг при 380—420°С в течение 10—60 мин со скоростью
охлаждения 30°С/ч до 260°С, затем на воздухе.
Для снятия упрочнения от технологического наклепа после холодной
обработки давлением применяется неполный отжиг при 350—270°С в
течение 30—60 мин с охлаждением на воздухе.
41
Гарантируемые механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп
приведены в табл. 33.
Таблица 33
Гарантируемые механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп в состоянии Т1
Сплав Характери стика Листы плаки- рованные Плиты* Профиль | Пруток Штамповки (поковки)
прессованные
Д20 Толщина, мм (масса, кг) 0,5-10,5 11-80 До 125 До 300 До 100
Направление вырезки образца П П Д д Д п В
а„, МПа аС2, МПа 65, МПа бщ, МПа 375 275 8 375 275 8 345 235 8 355 235 8 375 255 10 365 4 355 4
201 Толщина, мм (масса, кг) 2-10,5 11-90 Все размеры — До 100
Направление вырезки образца П П д - Д П В
оЕ, МПа о02, МПа 65, МПа б1П, МПа 410-420 320 6 430-420/450 315-305/350 5 400 300 6 — 400 280 6 380 260 4 370 240 2
Д21 Масса, кг — — — До 100
Направление вырезки образца — - - Д Д П В
а,,, МПа оС2, МПа 65,’ МПа 6|П, МПа — — - 415 335 8 410 300 7 (6) 400 290 4 (3) 400 4(3)
В знаменателе - для состояния T1H.
Типичные механические свойства сплава 01205 приведены в табл. 34.
Таблица 34
Типичные механические свойства сплава 01205
Сплав Полуфаб- рикаты Е. ГПа Д п в
а», МПа Оо,2» МПа а, % МПа 00.2, МПа а. % МПа Со.2, МПа а. %
01205 Листы 70 — — — 450— 480 370— 390 7-10 __ —
Плиты 70 — — 430— 450 340— 360 7-8 — — —
Прессован- ные 71 450— 480 360- 380 7-10 — — — — __ —
Поковки, штамповки 71 430— 460 350— 380 6-8 390— 430 340— 370 4-7 350— 410 310- I 2-4 330
Механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп при повы-
шенных температурах приведены в табл. 35.
Пределы ползучести и длительной прочности сплавов системы
А1—Си—Мп приведены в табл. 36.
Механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп при низких
температурах приведены в табл. 37.
42
Таблица 35
Механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп в состоянии Т1 при 20°С
и повышенных температурах
Сплав Полуфабрикаты Температура испытания, ’С О о 4, %
М 1а
20 400 300 10
Листы плакированные 150 320 250 14
200 260 180 16
250 180 120 16
20 400 320 12
Поковки 150 350 280 16
(массой до 100 кг) 200 310 220 18
250 230 180 18
20 400 250 12
150 340 220 12
Прессованные профили 200 300 210 12
250 240 160 И
20 420 330 10
Листы плакированные 150 340 275 12
200 290 220 13
20 450 350 7,5
Пли т ы 150 350 280 9
1201 200 305 250 10
20 420 310 9
Прессованные профили 150 330 285 И
200 280 240
20 380 270 10
Поковки 150 330 250 13
(массой до 100 кг) 200 280 230 15
20 430 310 14
Листы плакированные 150 380 290 14
200 300 250 15
250 230 200 15
20 430 370 9
Плиты 150 390 340 10
200 350 310 12
250 270 230 13
Д21 20 470 370 10
150 430 340 10
Прессованные профили 200 380 310 12
250 270 230 12
20 430 350 8
Поковки 150 380 320 9
200 330 290 8
250 300 210 10
20 450 350 8
Листы плакированные 150 360 280 15
200 310 230 10
250 220 170 8
01205 20 480 380 8
150 360 300 17
Прессованные профили 200 300 260 16
250 220 200 16
Пределы ползучести и длительной прочности, МПа, сплавов системы А1—Си—Мп
Сплав Полуфабрикаты 125’С 150'С 17.ТС 2004
Оо.>/1000 0/100 0/1000 Оо.2/100 Оо.г/1000 с/100 о/ЮОО 09,2/ЮО °о.2/ЮОО 0/100 о/ЮОО Onj/lOO 09,2/1000 о/100 о/ЮОО
Д20 Прессованные полосы — — — 200 — 300 — 170 — 210 — 120 — 180 —
1201 Плиты 240 210 290 260 200 160 250 210 140 125 220 180 130 105 180 150
Листы плакированные — — — — 150 — — — — — — — — 160 —
Поковки 240 — 290 260 200 — 300 — 140 125 — — 120 — 180 —
Д21 Листы плакированные 290 260 370 290 250 160 330 240 170 95 240 180 105 — 170 130
Плиты 310 290 270 330 280 230 310 270 220 175 260 220 160 120 200 160
Прессованные прутки 310 280 — — 280 230 340 280 220 — 250 200 160 — 190 140
01205 Листы плакированные — — — — 160 — 250 — — — — — 60 — 150 —
Прессованные полуфабрикаты — — — — 250 — 280 — 230 — 250 — 150 — 180 —
44
Таблица 37
Механические свойства сплавов системы А1—Си—Мп при низких температурах
Сплав Полуфабрикаты Температура испытания, °C °0.2 6, %
МПа
-70 430-450 340-360 9-11
-196 500-530 390-400 12-13
плакированные -253 600-630 430-450 16-18
Плиты, -70 470 345 8
1201 прессованные -196 545 415 9
профили -253 645 430 12
Поковки -196 485 310 13
Листы -70 -196 490 550 390 425 9,5 17
01205 плакированные -253 660 510 15
Прессованные -196 600 470 12
профили -253 700 550 И
Д20 Поковки -70 196 420 520 350 400 14 16
Сплавы системы А1—Си—Мп обладают высокими технологическими
свойствами при литье слитков, горячей и холодной деформации. Темпера-
турный интервал горячей деформации 380—480°С. Допустимая деформация
на прессе за один нагрев 80%, на молоте 60%. Сплавы хорошо формообра-
зуются при листовой штамповке (табл. 38).
Таблица 38
Показатели штампуемости листов из сплава 1201
Состояние к„„. к.„, %
Отожженное Закаленное и правленнос Закаленное и нагартованнос (= 7%) 1,80-1,90 1,77-1,80 1,50-1,60 1,35-1,55 1,35-1,40 1,30-1,35 12-15 15- 17 10-12 (0,8- l,0)s (1,0- l,2)s (1,2-l,5)s
Сплавы Д20, Д21, 1201, 1205 удовлетворительно свариваются всеми
видами сварки. При аргонодуговой сварке применяется присадочная прово-
лока Св.1201. Склонность к образованию трещин при сварке незначитель-
ная. Предел прочности сварного соединения без термической обработки
после сварки составляет 65—70% прочности основного металла для листов
толщиной 2—4 мм и 50—60% для листов толщиной более 4 мм. Для
создания равнопрочных сварных конструкций необходимо местное утол-
щение сварных кромок не менее 50%. Механические свойства сварных соеди-
нений при комнатной и повышенной температурах приведены в табл. 39.
Коррозионные свойства. Неплакированные полуфабрикаты из сплавов
Д20, 1201, 01205, Д21 имеют пониженную общую коррозионную стойкость.
Основной материал и сварные соединения не склонны к коррозионному
растрескиванию. Сварные соединения имеют склонность к межкристаллит-
ной коррозии. Эксплуатационные нагревы не снижают сопротивления
коррозионному растрескиванию. Плакированные листы имеют удовлетво-
рительную коррозионную стойкость, но несколько уступают по коррозион-
ной стойкости плакированным листам из сплава Д16Т из-за брльшей
диффузии меди в плакирующий слой.
Таблица 39
Механические свойства сварных соединений (листы толщиной 2 мм) из сплавов
системы А1—Си—Мп
Сплав Температура испытания, ’С Св О * , МПа Св ° в/°‘
1201 20 300 0,68
20 290 0,73
Д20 150 260 0,81
Д21 200 220 0,84
250 160 0,89
20 290 0,61
01205 150 200 250 230 0,67 0,78
250 180 0,82
Защита от коррозии осуществляется анодно-оксидными, химичес-
кими и лакокрасочными покрытиями. Для защиты сварных соединений
может применяться металлизация.
Физические свойства сплавов системы А1—Си—Мп
Сплав у, кг/м3 р-106, Ом-см
1201 2850 5,53
Д20 2840 6,1
Д21 2840 5,4
01205 2850 5,34
Теплофизические свойства сплавов системы А1—Си—Мп даны в табл. 40.
Таблица 40
Теплофизические свойства сплавов системы А1—Си—Мп
Сплав Характеристика Температура испытания, °C
25 100 200 300 400 20-100 20-200 100-200
01205 Вт/(мК) 134 142 151 159 167 — — —
ср, кДж/(кг-К) — 0,900 0,963 1,00 1,09 — — —
а - 10®, 1/К __ — — — — 23.9 24,8 25,7
1201 X, Вт/(.мК) — 142 155 163 167 — — —
ср, кДж/(кг-К) — 0.858 0,921 1,05 1,05 — — —
а 106, 1/К — __ — — — 23,8 24.5 25,3
Д21 к, Вт/(м-К) 130 138 151 168 — — — —
ср, кДж/(кг-К) 0.754 0.797 0,880 0,964 — — — —
а 106, 1/К — — — — — 19 21,4 23,8
Д20 X, Вт/(.м К) 138 142 147 155 159 — — —
а • 106, 1/К __ — — — — 22,6 23.6 —
Сплавы Д20, 1201 применяются в сварных и несварных конструкциях,
длительно работающих при повышенных температурах до 200°С и кратковре-
менно до 300°С, а также при пониженных температурах до -253°С. Наи-
более прочный сплав этой системы 01205 применяется в сварных и несварных
конструкциях, работающих длительно до 200°С и кратковременно до 300°С,
а также для криогенной техники, работающей до температуры ~253°С.
Жаропрочный сплав Д21 предназначен для конструкций, длительно
работающих при температурах 150—200°С.
В табл. 41, 42, 43, 44 приведены основные характеристики сплавов
Д20, Д21, 1201, 1205.
Марка
Д20
Таблица 41
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Си Мп Ti
Примеси Прочие
не более
каждая
сумма
□ЙЕ)
Предел прочности, МПа:
350-380
Предел текучести, МПа
240-260
Модуль упругости, ГПа:
Относительное удлинение, %:
8-10
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м*град.К):
22
71—72
Температура, С: 300
Описание:
Сплав алюминия с медью и марганцем.
Обладает высокими’ пластичностью,
технологичностью, хорошей свариваемостью,
коррозионная стойкость удовлеторительная.
Упрочняется закалкой и искусственным старением.
Твердость:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Плотность. г/смэ:
Относительное удлинение,
%, при температуре:
210
Применение:
Сварные и несварные детали и конструкции,
длительно работающие при температурах 150—
200°С, кратковременно до 350°С, а также сварные
детали и емкости, кратковременно работающие
при температурах от -253 до +300°С.
Рекомендуемая термическая обработка
Вил термообработки Т, °C
Закалка 530—540
Т1 — Искусственное старение 165- 175
Т2 — Искусственное старение 200- 220
Отжиг полный 380- 420
Отжиг неполный 350—370
Время, ч
10-16
8 12
10—60 мин
30—60 мин
Охлаждение
Кипящая вола
Воздух
Воздух
Со скоростью 30“С/ч до 260°С, далее на воздухе
Воздух
Марка
Д21
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Примеси Прочие
Предел прочности, МПа:
400-410
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м*град.К):
Предел текучести, МПа:
300-335
Модуль упругости. ГПа:
Относительное удлинение, %:
8-14
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Твердость:
60
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Плотность, г/см3:
2,84
Относительное удлинение,
%, прн температуре:
Температура,
200
не более
21,4
70-72
310
12
каждая
| 0,05
сумма
Описание:
Сплав алюминия с медью и марганцем с высокими
пластическими и технологическими характеристи-
ками, свариваемый, удовлетворительной корро-
зионной стойкостью- Упрочняется закалкой и
искусственным старением.
Применение:
Нагруженные детали, длительно работающие
при температурах 150—200‘С.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки т,°с Время, ч Охлаждение
Закалка 520-530 Кипящая вода
Т1 — Искусственное старение 170-180 15-17 Воздух
Отжиг полный 380-420 10—60 мин Со скоростью 30°С/ч до 260"С, далее на воздухе
Отжиг неполный 350-370 30—60 мин Воздух
Марка
1201
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Си Мп Zr Ti V
Прочие
сумма
I °-10 I
Описание:
Высокопрочный сплав алюминия с медью и мар-
ганцем с добавлением циркония, магния и ванадия
обладает средней прочностью и высокой техноло-
гической пластичностью. Сплав сваривается
сваркой плавлением и контактной сваркой.
Упрочняется закалкой и искусственным старением
Применение:
Нагруженные сварные и несварные элементы
конструкции, кратковременно работающие при
температурах до 200°С длительно, до 300°С
кратковременно. Для криогенной техники — до
253°С.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки т,°с Время, ч
Закалка 530-540
Т1 — Искусственное старение (первый режим) 185-195 20-36
Т1 — Искусственное старение (второй режим) 175-185 18-20
Т1 — Искусственное старение (третий режим) 165- 175 16—24 мин
Отжиг полный 380-420 10—60 мин
Отжиг неполный 350-370 30—60 мин
Охлаждение
Вода (не выше 40°С)
Воздух (неправленные после закалки детали)
Воздух (правленные после закалки детали, остат. дефор. 1—3%)
Воздух (нагартованные после закалки на 7—20% детали)
Со скоростью 30°С/ч до 260“С, далее на воздухе
Воздух
1.1. I ll 1111.1 11
Марка
1205
Химический состав, % массовой доли
Al — основа
Си Мп Ti Cd Zr Fe Si
Прочие
5,8-6,8 0,3-0,8 0,02-0,1 0,1-0,2 0,08-0,15
Примеси
23,9
каждая
сумма
Г^~1
Предел прочности, МПа:
Предел текучести, МПа:
Относительное удлинение, %:
450-480
360-380
7
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м*град.К):
Модуль упругости, ГПа:
70-71
Твердость:
60
Плотность, г/см’1:
2,85
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Относительное удлинение,
%, при температуре:
Температура,
310
Описание:
Высокопрочный свариваемый сплав с небольшими
добавками кадмия или циркония. Обладает высо-
кими механическими свойствами после длительных
нагревов при повышенных температурах. Коррози-
онная стойкость ниже, чем у сплава Д16. Упрочня-
ется закалкой и искусственным старением.
200
230
Применение:
Сварные и несварныс конструкции: длительно
работающие при температурах от -253 до +200°С;
кратковременно от -253 до +300“С.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки Т, °C
Закалка 530—535
Т1 — Искусственное старение 190
Т1 — Искусственное старение двхступенчатое 1) 160
2) 165
Отжиг полный 380—420
Отжиг неполный 350—370
Время, ч
24
2
36
10—60 мин
30—60 мин
Охлаждение
Вода (20°С или 75—90'С)
Воздух
Воздух
Вода
Со скоростью ЗО’С/ч до 260‘С, далее на воздухе
Воздух
50
1.2.3. СВАРИВАЕМЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ
СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ—МЕДЬ—МАГНИЙ
(Al-Cu-Mg)
Свариваемый жаропрочный сплав системы А1—Си—Mg 1151 не
имеет аналогов среди отечественных и зарубежных алюминиевых деформи-
руемых сплавов и обладает удачным сочетанием свойств в металлургическом
и машиностроительном производствах; повышенной жаро- и коррозион-
ной стойкостью; высокими физико-механическими свойствами при
криогенных температурах; хорошей вязкостью и пластичностью; хорошей
свариваемостью всеми видами сварки; стабильностью свойств: стандартной
термической обработкой для всех видов полуфабрикатов из сплава 1151
является закалка с температуры 500—508°С и естественное старение (Т).
При необходимости полуфабрикаты подвергаются отжигу при 380—
420°С в течение 10 мин.
Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов из сплава 1151
приведены в табл. 45.
Таблица 45
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов из сплава 1151
Полуфабрикаты Состояние Направление а. б, %
МПа
Листы плакированные (холодно- и горячекатанные) м п < 216*’ — 12,0*'
т п 400-420*2 280—300*2 12,0‘2
Прессованные профили т д 430 314 11,0
п 372 294 4,0
Прессованные прутки т д 430 284 8,0
п 392 274 5,0
Штамповки т д 410 284 10,0
п 392 274 7,0
в 372 265 4,0
Поковки т д 401 284 10,0
п 372 275 5,0
д 362 265 4,0
*' Толщина 1,0—4,0 мм. *2 Толщина 1,0—7,0 мм.
Сварные соединения из сплава 1151 при 20°С имеют прочность 0,85
от прочности основного металла. При повышении температуры прочность
сварного шва разупрочняется незначительно. При сварке плавлением
применяется присадочная проволока из сплава 1177.
В табл. 46 приведены типичные механические свойства основного
материала и сварного соединения при нормальных, повышенных и
пониженных температурах.
В табл. 47 приведены механические свойства штамповок при нормаль-
ных, повышенных и пониженных температурах.
51
Таблица 46
Типичные механические свойства при -196 ... 450°С листов толщиной 2-3 мм
и сварного соединения (АрДс) из сплава 1151Т
Температура испытания, ’С Основной материал (направление П) Сварное соединение (направление Д)
Оя в, % о., МПа
МПа
-196 560 392 — 18,0 —
20 460 319 304 16,0 390
125 420 317 268 15,0 1
150 402 315 245 15,0 __ 1
175 390 290 240 15,5
200 382 284 245 16,5 335
225 333 265 200 14,5 —
300 290 250 — 15,5 200
350 167 125 — 20,0 160
400 65 48 — 28,0 65
450 45 25 — 78,0 45
Таблица 47
Типичные механические свойства при -196 ... 450"С штамповок
массой до 120 кг из сплава 1151Т
Температура спытания, *С а в
Оя в, % Е, ГПа KCV, 0(1,2 ъ, % KCV,
МПа МДж/м2 МПа МДж/м1
-196 — — — — 13,0 — — — 7,0
-70 465 335 13,0 73,0 14,0 470 325 12,0 7,0
20 456 305 13,0 72,5 14,0 446 310 9,0 7,5
125 412 304 12,0 — — 417 309 6,5 —
150 412 300 12,5 — 13,0 407 300 8,5 10,0
200 368 268 12,5 65,2 12,5 368 260 11,5 11,0
250 328 275 13,0 — 12,2 328 260 11,5 11,0
300 186 155 24,0 58,0 12,5 205 172 11,5 10,0
350 93 72 33,0 52,5 14,0 110 63 28,5 9,5
400 55 41 60,0 44,7 16,5 64 31 46,5 17,0
450 35 22 75,0 36,5 42,0 40 24 90,0 19,0
В табл. 48 приведены характеристики ударной вязкости сплава 1151
_ри нормальной и пониженных температурах.
Таблица 48
Ударная вязкость KCV (МДж/м2) полуфабрикатов из сплава 1151Т
Температура испытания, ’С Лист толщиной 2,5 мм Поковка, Д
д п
-196 19,5 13,0 9,5
-70 19,5 13,0 14,0
20 19,0 13,0 13,0
В табл. 49, 50 приведены физические свойства сплава 1151Т.
Сплав 1151 имеет хорошую коррозионную стойкость в воздушной и
морской среде. Нагревы не ухудшают коррозионную стойкость сплава.
Сплав не склонен к межкристаллитной и расслаивающей коррозии.
52
Таблица 49
Теплопроводность, теплоемкость и удельное сопротивление сплава 1151Т
Температура, °C X, Вт/(м К) с„, Дж/(г- К) р’108, Ом ’ м
0 124,6 0,8 —
20 127,4 0,825 6,2
100 146,9 0,98 7,0
150 166,0 0,97 —
200 192,1 1,10 8,1
300 180,6 0,97 8,65
400 235,8 1,17 9,6
Таблица 50
Температурные коэффициенты линейного расширения сплава 1151Т
для различных температурных интервалов
Температура, ‘С а • 10п, 1/к Температура, °C а 10G, 1/К
0-100 23,0 0-100 23,0
100-200 25,0 0-200 23,7
200-300 26,5 0-300 24,6
300-400 24,2 0-400 24,5
400-500 27,0 0-500 25,0
В табл. 51 приведены данные по сопротивлению сплава 1151 МКК и
РСК после нагревов, а в табл. 52 по сопротивлению сплава коррозии под
напряжением.
Таблица 51
Сопротивление МКК и РСК листа толщиной 2 мм из сплава 1151Т
после нагревов при 125—200°С
Длительность нагрева, ч МКК, глубина, мм РСК*, балл
Температура, °C Температура, °C
125 ±50 175 200 125 150 175 200
100 0 0,14 0,15 0,105 3 6 6 6
500 0 0,06 0,14 0,12 4 3 5-6 5-6
1000 0,035 0,07 0,14 0,14 3-4 4 6 6
2500 0,05 0,07 0,1 0,14 8 4 7-8 5
5000 0,07 0,14 0,1 0,14 3 3-4 3-4 5-6
7500 0,14 0,14 0,1 0 4 5 5-6 5-6
10000 0 0 0 0 4 4 5-6 5-6
* В исходном состоянии: МКК отсутствует, РСК-4 - 5 баллов.
Таблица 52
Сопротивление полуфабрикатов из сплава 1151Т коррозии под напряжением
Полуфабрикат Вид нагружения (образец) Направление Окп, МПа
Лист 2,0 мм Постоянное напряжение при растяжении (плоский) П 245
Прессованный пруток 0 100 мм Постоянная деформация (кольцо) ДП 78,5 |
Сплав 1151 по технологическим характеристикам близок к сплаву
Д16 и может быть рекомендован для сварных и несварных конструкций
различного назначения, работающих кратковременно при температурах до
450°С и длительно до 250°С, а также работающих при низких температурах.
53
1.3. СРЕДНЕПРОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ,
ЖАРОПРОЧНЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ
И КОВОЧНЫЕ СПЛАВЫ
1.3.1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ—МЕДЬ—МАГНИЙ (Al-Cu-Mg)
Широко применяемые сплавы системы Al—Си—Mg появились в
’.909 г. после открытия А. В ильмом эффекта упрочнения алюминия с
эавками меди и магния. Такой сплав после нагрева до 500°С, охлаждения
I воде и выдержки в течение 4-х суток при комнатной температуре имел
вышенную прочность и твердость, сохраняя относительное удлинение
эффект естественного старения). Упрочнение сплава Al—Си—Mg
(дуралюминов — по имени помощника Цеппелина-Дюрра) происходит
'лагодаря изменению и искажению кристаллической решетки при образо-
вании дискообразных участков меди, так называемых зон Гинье-Престона.
Открытие, исследование и применение этого явления имело громадное
шачение для развития алюминиевой промышленности и применение
_тюминия как конструкционного материала, так как вместо прочности
-9—80 МПа у чистого алюминия стала возможной прочность 400—
”00 МПа у его сплавов. С учетом низкой плотности и высокой коррозион-
ной стойкости это сразу вывело алюминиевые сплавы в первый ряд конст-
сционных материалов для зарождающейся авиационной техники.
На основе исследований А. Вильма был разработан и выпускался
заводом «Дигенен Metallwerke. Aktien qesellschaft (Германия) алюминиевый
нплав Д1, в дальнейшем известный под маркой 17S, который выпускается
н в наше время, как сплав 2017-Т4, сочетающий хорошую прочность и
“ластичность. В Советском Союзе аналогичный сплав под названием
-.альчуга-алюминий был изготовлен в 1922 г.
В дальнейшем исследования и разработка сплавов системы Al—Си—Mg
велись во многих странах, и сейчас они являются наиболее распространен-
-ыми в мире.
Химический состав конструкционных и заклепочных сплавов системы
Xl—Си—Mg приведен в табл. 53.
Из сплавов системы алюминий—медь—магний наибольшее распростра-
нение в авиационной и других отраслях промышленности получили спла-
вы: Д16 (1160), Д16ч(1161) и 1163, последние два сплава являются более
вершенными модификациями сплава Д16, с более жесткими пределами
но примесям и изготовляемые по более жестким технологическим парамет-
рам, имеющие повышенную вязкость разрушения (сплав 1161) и вынос-
швость (сплава 1163).
Сплав 1163 применяется в новом поколении самолетов длительного
ресурса в элементах конструкций, критических по усталости, в частности
[ля изготовления нижней обшивки крыльев, стрингеров и лонжеронов.
Марки. Обозначения. Химический состав алюминиевых сплавов системы алюминий—медь—магний
Таблица 53
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, % Плот- ность, кг/дм3
Россия ИСО209-1, Крем- ний Же- лезо Медь Мар- ганец Магний Хром Цинк Ти- тан Ни- кель Другие элементы Прочие элементы лю- минин
Бук- венное циф- ровая Циф- ровая Буквенно- цифровая Циф- ро- вая Каж- дый Сумма
Д1 1110 AlCu4MgSi 2017 0,20 — 0,8 0,7 3,5- 4,5 0,40— 0,8 0,40-0,8 0,10 0,25 0,15 — Титан + цирконий 0,20 0,05 0,15 Осталь- ное 2,80
Д1ч Д16 1160 AlCuMg 2017А 2024 0,50 0.50 3,8- I 4,9 0,30- 0.9 1,2-1,8 0,10 0,25 0,15 — Титан + цирконий 0,20 0,05 0,15 То же 2,77
Д 16ч - — 2124 0,20 0,30 3,8- 4,9 0,30- 0,9 1,2-1,8 0,10 0,25 0,15 — 0,05 0,15 -«- 2,78
В 65 1165 — — 0,25 0,2 3,9- 4,5 0,3-4,5 0,15- 0,30 — 0,1 0,1 — — 0,05 0,1 - <<- 2,80
Д 18 1180 AlCu2,5Mg 2117 0,5 0,5 2,2- 3,0 0,20 0,20 — 0,50 0,10 0,25 — — — 0,05 0,15 2,74
Д 19 1190 — — 0,5 0,5 3,8 — 4,7 0,5-1,0 17-2,3 — 0,1 0,1 — Бериллий. 0,0002 — 0,005 0,05 0,1 -с- 2,76
Д 19ч — — — 0,2 0,3 3,8- 4,3 0,4-0,9 17-2,3 0,1 0,1 —— Бериллий: 0,0002 — 0,005 0,05 0,1 -«- 2,76
ВАД1 1191 — — 0,2 0,3 3,8- 4,5 0,35- 0,8 2,3-27 — 0,1 0,1 — — 0,05 0,1 2,77
ВД 17 1170 — — 0,30 0,3 2,6- 3,8 0,4-07 2,0—2,4 — 0,1 0,1 — — 0,05 0,1 -«- 2,77
Д19П 1197 — — 0,3 0,3 3,2 — 3,7 0,5-0,8 2,1-2,6 — 0,10 0,1 — — 0,05 0,15 -«- 2,77
55
Сплавы системы Al—Си—Mg упрочняются при термической обра-
'_>ткой, состоящей из закалки и старения — естественного (зонного)
ли искусственного (фазового). В конструкциях пассажирских самолетов
тлавы Д16ч и 1163 применяются, как правило, в естественно состаренном
.огтоянии Т. Температура эксплуатации сплавов Д16, Д16ч, 1163 в естес-
“В“нно состаренном состоянии ограничена 80°С из-за снижения коррозион-
>й стойкости в случае нагревов при более высоких температурах.
Эти сплавы в искусственно состаренном состоянии Т1 имеют: улуч-
шенную коррозионную стойкость, которая не снижается при нагревах;
лее высокие прочностные свойства, особенно предел текучести; более
Мзкие — относительное удлинение, вязкость разрушения, выносливость,
?.м в естественно состаренном состоянии. Сплавы в искусственно
Г эс гаренном состоянии могут применяться в тех температурно-временных
эластях, где не рекомендуется применять сплавы в естественно соста-
вном состоянии: при эксплуатационных нагревах при температурах
зыше 80°С или технологических нагревах выше 125°С, а также при
зышенной опасности коррозии под напряжением. При изготовлении
_еталей из сплавов Д16ч и 1163 в искусственно состаренном состоянии
"обходимо выбирать конструктивные формы с минимальной концентра-
_ .ей напряжений, плавными переходами при изменении сечения деталей
уменьшать эксцентрисистемы. Кроме того, ограничиваются допустимые
формации при формообразовании и правке в зависимости от состояния
"ермообработки, а также от величины зазора перед сборкой; не рекомен-
дуется ударная клепка.
Сплавы Д1, Д16 склонны к образованию кристаллизационных трещин
поэтому относятся к категории несваривающихся сплавов (свариваемым
.плавом является сплав ВАД-1).
Механические свойства горячедеформированных термообработанных
7 луфабрикатов из сплавов типа дуралюмин сильно зависят от степени
рекристаллизации. Разность в прочности рекристаллизованного и некрис-
~'с ллизованного материалов достигает 200 МПа.
Полуфабрикаты с перекристаллизованной структурой по сравнению
. зекристаллизованной при повышенных прочностных характеристиках
з долевом направлении имеют преимущество по вязкости разрушения,
31 'носливости при одинаковом по абсолютной величине уровне напряже-
ия, сопротивлению коррозии под напряжением, но обладают более низким
’тносительным удлинением в долевом направлении; выигрыш по прочност-
ым свойствам уменьшается у образцов с отверстиями.
Листовой материал, изготовленный горячей и последующей холодной
прокаткой, а также проволока и трубы, изготовленные холодной прокаткой
• волочением, в закаленном состоянии имеют рекристаллизированную
‘труктуру. Профили и прутки, полученные горячим прессованием, после
термической обработки могут иметь структуру от полностью нерекристал-
56
лизованной до полностью рекристаллизованной. Получение преимущест-
венно перекристаллизованной структуры и в плитах. Сохранению пере-
кристаллизованной структуры способствуют повышение температуры и
уменьшение степени горячей деформации изделий, понижение темпера-
туры и времени выдержки при нагреве под закалку.
Для термически упрочняемых сплавов типа дуралюмин существуют
три типа отжига: отжиг—возврат для частичного снятия наклепа; рекристал-
лизационный отжиг для полного снятия наклепа предварительно деформи-
рованных полуфабрикатов; отжиг полуфабрикатов, предварительно упроч-
ненных термической обработкой — закалкой и старением.
Для этих сплавов температура отжига и скорость охлаждения должны
строго контролироваться с целью предупреждения возможной частичной
закалки.
При холодной деформации деталей из отожженного материала иногда
требуется промежуточный отжиг, при котором происходят интенсивный
распад и коагуляция упрочняющих фаз, а также снятие напряжений. Этот
нагрев можно осуществлять при 300—320°С с очень малой выдержкой,
достаточной только для полного прогрева детали. Скорость нагрева и
охлаждения при этом можно не контролировать, хотя лучше выполнять
нагрев быстро для уменьшения роста зерна.
Отжиг предварительно термически упрочненных полуфабрикатов
приводит к разупрочнению, т.е. к распаду и коагуляции упрочняющих
фаз. В этом случае нагрев следует проводить при 400—420°С с последую-
щим охлаждением со скоростью не более 10°С/ч. Цель этого отжига —
максимальное выведение из твердого раствора меди и магния.
Рекомендуемые режимы отжига полуфабрикатов из сплавов типа дуралю-
мин (Д16, Д16ч, 1163, Д19, Д19ч, ВАД, Д18, В65, Д1, Д1ч) приведены ниже.
Т, "С t, мин
Отжиг закаленного и 380-420 10-60 *'
состаренного материала Отжиг — кристаллизация деформированного материала 350-400 60-120 ’2
Отжиг — возврат для частичного 250-280 30
снятия наклепа
’’Охлаждение со скоростью нс более 10°С/ч до 280°С, затем на воздухе.
"1 Охлаждение со скоростью нс более 30°С/ч до 280°С, затем - на воздух.
Сплавы системы Al—Си—Mg упрочняются термической обработкой
- закалкой и старением. Температура нагрева под закалку на 3—8°С ниже
температуры плавления эвтектики, поэтому необходимо очень тщательно
контролировать равномерность температуры во всем нагреваемом простран-
стве. Продолжительность выдержки при температуре закалки зависит от
химического состава сплава, типа полуфабриката и толщины сечения.
При охлаждении крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов Д 16,
Д 16ч, 1163 толщиной более 30 мм и деталей сложной конфигурации, а
57
г;кже при наличии крупнокристаллического ободка температуру воды при
' жалке следует поддерживать в интервале 25—40°С. Нижний предел обуслов-
лен необходимостью предотвращения появления закалочных трещин и умень-
шения коробления. Верхний предел температуры закалочной воды связан
: необходимостью предотвращения снижения коррозионной стойкости.
С целью уменьшения остаточных напряжений после закалки полуфаб-
эикаты подвергают правке растяжением с остаточной деформацией 1 —
3%, которая обеспечивает также повышение прочностных характеристик,
особенно предела текучести.
С увеличением легированности твердого раствора, а также с повыше-
ием температуры старения после закалки скорость упрочнения, обуслов-
ленная образованием зон Гинье—Престона, возрастает. В интервале
температур от -10 до 25°С скорость старения увеличивается в два раза
три повышении температуры на 5°С.
Рекомендуемые режимы термической обработки — закалки и старения —
температура начала оплавления сплавов (температура пережога) приведе-
на в табл. 54. Температура пережога сплава зависит от его химического
состава: для одного и того же сплава эта температура колеблется в широких
пределах в зависимости от содержания легирующих элементов, главным
стразом тех, которые входят в состав легкоплавких эвтектик.
Таблица 54
Режимы термической обработки промышленных сплавов типа дуралюмин
Сплав Полуфабрикаты Температура нагрева под закалку, ’С Обозна- чение Режим старения Темпера- пура нача- ла оплав- ления, °C
Т, ‘С t, Ч
Д16, Д16ч Прессованные, плиты 490-498*1 т Т1 20 18-195 96 11-13’2 503
Холоднодеформиро- ванныс трубы, листы 492-500*1 т 20 185-195 96 11-13
1163 Все виды 492-500’1 т Т1 20 185-195 96 11-13*2 505
ВД17 Прессованные 495-505 Т1 165—175 (режим 1) 190—200 (режим 2) 15-17 16-8 510
Поковки, штамповки 180—190 (режим 1) 195—205 (режим 2) 10-12 80-12
Д1 Д1ч Все виды 495-510 т 20 96 514
Д19, Д19ч Прессованные, плиты 495-505 т Т1 20 185-195 120-240 12-14 510
Холоднодеформиро- ванныс трубы, листы 500-508 т Т1 20 185-195 120-240 12-14 510
ВАД1 Все виды 498-508 т Т1 20 185-195 120-240 12-14 511
Д18 Проволока, заклепки 495-505 т 20 96 560
В 65 Проволока, заклепки 520-530 т 20 40 550
Д 19П Проволока, заклепки 502-508 т 20*3 240 512
Допускается повышение верхнего предела температуры нагрева под закалку до 503“С при
удержании легирующих элементов,
близком к нижнему пределу.
' Для направленны^ прессованных полуфабрикатов 15—17 ч.
J Заклепки из сплава Д19П контролируют на срез после старения при 100°С в течение 3 ч
58
Режимы искусственного старения сплавов Д16 ч, 1163, Д 19 ч, ВАД1 и
режим 2 для сплава ВД 17 обеспечивают повышенную коррозионную стой-
кость под напряжением при пониженных пластичности и вязкости разрушения.
Гарантируемые свойства полуфабрикатов из сплавов Д16, Д16ч и 1163
в табл. 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61.
Свойства полуфабрикатов при растяжении при низких и высоких
температурах приведены в табл. 62, 63, 64.
Таблица 55
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее) плит из сплавов
Д16ч и Д16 в состоянии Т в направлении П
Характеристика Д16ч д 16
Толщина, мм От 11 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 50 Св. 50 до 60 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 70 Св. 70 до 80
о„ МПа 430 420 420 410 420 390 375 345
о„-,, МПа 295 285 285 285 275 255 245 245
6. % 8 7 6 4 7 5 4 3
Таблица 56
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее) плит
из сплава 1163
Характеристика Толщи <а А! м
20-25 26—40 20-25 | 26-40
Состояние Т7
Направление вырезки образцов д п д п д п д п
о„. МПа 430 430 440 420 450 430 460 420
о(1,, МПа 295 295 315 285 330 295 340 285
6, % 12 10 12 10 12 10 12 10
Таблица 57
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее)
плит из сплава 1163 в состоянии Т1
Толщина, мм
От 25 до 39 Св. 39 до 49 Св. 49 до 69 Св. 69 до 90
Направление вырезки образцов п д В д п в Д п в
он, МПа 450 450 426 440 430 400 440 436 391
оп.,, МПа 392 392 378 382 382 361 372 372 361
5, % 5 6 2,5 6 5 2 5 4 2
По стандартам для плит предусматривается правка растяжением после
закалки, регламентируется содержание водорода и количество дефектов
при ультразвуковом контроле. Для плит из сплава Д16ч допустимое
содержание водорода составляет 0,4 см3 на 100 г металла, а для плит из
сплава 1163 — 0,25 см3 на 100 г металла.
Листы из сплавов Д16 и 1163 поставляются с нормальной (А),
утолщенной (У) и технологической (Б) плакировкой. Из сплава 1163
изготовляют листы с «твердой» плакировкой (РД), которые имеют тот же
уровень гарантированных механических свойств, но более высокую
выносливость в условиях усталостных нагрузок.
Таблица 58
Гарантируемые механические свойства при растяжении*1 (не менее) плакированных листов (А) из сплавов Д16, Д16ч
в направлении П
Характе- ристика Толтипа, мм
От 0,3 до 0,4 Св. 0,4 до 1,9 Св. 1,9 до 4,0 От. 0,3 до 0,4 Св. 0,4 до 1,9 Св. 1,9 до 6,0 Св. 6,0 до 10,5 От 1,5 до 1,9 Св. 1,9 до 7,5 От 0,5 до 0,7 Св. 0,7 до 1,9 Св.1,9 ДО 6 От 1,5 ДО 6 Св. 1,9 до 6
Состояние М TH тГ2 Т1Н'3
ав, МПа s 245 145— 225 145— 235 400 (390) 405 (390) 425 (410) 425 (410) 425 455 390 (370) 425 (410) 445 425 450 460
о0[2, МПа — — — 265 (245) 270 (255) 275 (265) 275 (265) 335 345 345 (305) 370 (325) 380 (3401 420 450
д, % 10 10 10 13 (13) 13 (15) 11 (12) 10 (12) 10 8 5(6) 5(6) 5(6) 3 4
В скобках - свойства для листов, подвергающихся закалке и старению из отожженного состояния или пореза кал ко и старению на заводе потребителе.
2 Искусственное старение из состояния Т.
3 Искусственное старение из состояния TH.
Таблица 59
Гарантируемые механические свойства при растяжении'1 (не менее) плакированных листов из сплавов Д16, Д16ч
в поперечном направлении
Характеристика Плакировка
Б
Толщина, мм От 0,3 до 0,4 Св. 0,4 до 1,9 Св. 1,9 до 4,0 От. 0,3 до 0,4 Св. 0,5 до 1,9 Св. 1,9 до 4,0 От 0,5 до 1,9 Св. 1,9 до 4,0 От 0,5 до 3 Св. 3 до 10,5 От 0,5 до 1,5 Св. 1,5 до 6 Св. 6 до 10,5 От 1,5 до 3 Св. 3 до 7,5
Состояние М т Т1 М Т TH
ав, МПа =£ 245 125— 225 125- 235 365 (350) 365 (350) 405 (380) 365 (350) 405 (390) 145— 235 145— 235 440 (425) 440 (425) 440 (425) 475 475
о0>2, МПа — — А 230 (220) 230 (220) 250 (235) 295 (275) 315 (295) — — 290 (175) 290 (275) 290 (275) 360 360
<о 10 10 10 13 (13) 13 (13) 13 (15) 5(8) 5(6) 12 (10) И (10) 13 (13) И (И) 10 (10) 10 8
В скобках — свойства для листов, подвергающихся закалке и старению из отожженного состояния или иерезакалке и старению па заводе потребителе. *2 Искусственное старение из состояния Т. *3 У — утолщенная плакировка: 8,0—11,0% при толщине листа 0,5—1,9 мм: 4,0—7,0% при толщине листа 2,0—4,0 мм. м Б — технологическая плакировка — нс более 1,5% при толщине листа 0,5 — св. 10,0 мм.
Таблица 60
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее) прессованных профилей из сплавов Д16, Д16ч, 1163
Характеристика Толщина, мм
Все размеры До 2 Св.2 до 5 Св. 5 до 10 Св.Ю до 20 Св.2О до 40 Св. 40 до 80 Св.80 до 150 Все размеры От 2 ДО 5 Св. 5 до 10 Св. 10 до 20 Св. 20 до 40 До 5
Состояние М Т ТПП*3
Направление вырезки образцов Л ( П в Д
о;1, МПа s 245 400 (390) 410 (390) 420 (410)_ 430 (410) 450 (420) 480 (460) 450 (420) 390 345 470 470 480 490 440
о02ч, МПа — 305 (255) 315 (255) 325 (275) 335 (285) 335 (295) 355 (335) 335 (295) 285 285 345 355 365 365 380
6’1, % 10 10 (Ю; 10(10) 10(10) 10(10) 10 (10) 10(10) 10(10) 6 4 8‘2 8‘2 8*2 8'2 4
м В скобках указаны свойства для профилей, заклепанных и состаренных из отожженного состояния.
*2 Для сплава 1163 6а 10%.
'3 Повышенная прочность
Таблица 61
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее) прессованных профилей из сплавов Д16, Д16ч, 1163
в направлении Д
Характеристика Характеристика
От 5 до 22 Св. 22 до 130 Св. 130 до 300 Св. 300 до 400 От 10 до 22 Св. 22 до 28 Св. 28 до 54 Св. 54 до 150 Св. 150 до 250 Св. 250 до 300
Состояние ТПГ
МПа 390 420 410 390 415 455 470 470 460 450
оп„ МПа 275 295 275 245 305 315 325 345 335 325
6, % 10 10 8 6 10 10 10 10 10 10
I III Hill I II
Ml MHIIH'II hila I lllllll Ilin 1111 IV>|mII>|IIIIUIIiiII llpll ’ll (
Хи рн к 1 с ритм кн JIhci нлпкиропниный (A) IM сплина Д16, Д !<*• ILniia кмтпинпл из сплина 1163
Толщина, мм До 2 45-85
Состояние Т Т1 Т1Н Т Т1
Направление вырезки образцов п д
Температура испытания, “С 20 -70 -196 -253 20 -70 -196 20 -70 -196 20 -70 20 -70 -130
о„, МПа 430 460 580 690 450 490 560 450 500 610 450 470 470 510 520
о0?, МПа 345 365 460 510 410 450 510 355 365 480 325 345 410 440 450
6, % 17 19 24 16 6 6 8 13 16 20 18 18 7 9 8
Таблица 63
Механические свойства плит из сплава 1163 в состоянии Т1 толщиной 40-85 мм при 20°С, низких и высоких температурах
Характеристика Температура, ’С
Температура испытания, *С -70 -130 20 125 150 175 200
Направленно вырезки образцов д п д п д п в д п Д п Д п д п
Е, ГПа — 72 — — 67 — 65 — 63 — —
о,,,,, МПа — 305—345 — 285-355 275-295 265-285 —
оп „ МПа 410—430 430-470 380^20 370^00 335-380 315-335 315-335 285-305
о„, МПа 480—540 490—540 450-480 430—450 390-420 370-400 345-380 305-355
65,% 8-10 6-8 8-9 5-7 5-10 5 -9 2,5-5 6-13 9-13 10-17 10-14
ip, % 23-30 10-14 21-26 9-12 22-32 10-26 — 30—42 34—47 45-50 —
Таблица 64
Механические свойства при растяжении прессованных профилей из сплавов Д16, Д16ч в направлении Д при 20°С и высоких
температурах
Характеристика Толщина, мм
5-10 20-60
Состояние Т Т1 ТПП
Температура испытания,*С 20 100 150 175 200 250 20 100 150 175 200 250 20 100 150 175 200 250
о,„ МПа 420 400 380 365 345 275 450 450 440 400 375 285 490 455 420 405 385 275
оп„ МПа 325 315 305 295 275 245 400 400 390 380 355 255 365 335 325 310 285 245
&ю,% 20 20 20 20 18 — 9 9 9 — 10 — 14 14 14 14 12 —
62
Профили из сплавов Д16, Д16ч, 1163, 1163 ПП в состоянии Т
поставляют площадью сечения до 200 см2 с диаметром описанной
окружности до 350 мм и длиной до 10 м. Длинномерные (до 26 м) профили
поставляют с площадью сечения до 370 см2, при этом длинномерные
профили из сплава 1163 — с площадью до 60 см2 для стрингеров.
Массивные профили из сплавов Д16чТ1 и 1163Т1 поставляют в
искусственно состаренном состоянии.
Прессованные профили и панели подвергают правке растяжением с
остаточной деформацией 1,5—3%.
Характеристики вязкости разрушения, скорости роста трещины уста-
лости, длительной прочности и ползучести приведены в табл. 65, 66, 67.
Таблица 65
Вязкость разрушения при плоском напряженном состоянии полуфабрикатов
из сплава 1163
Характеристика Плиты Листы
Толщина, мм 20-30 2—4
Состояние Т Т7 А т
Направление вырезки образцов д д п
Ширина образца, мм 200'1 500"' 1300*2 500"2 500"’
Толщина образца, мм 10 10 15 2-4 2-4
ДДМПа'м1'2 81,3—88 121-133 154-163 117-120 107-110 1
<™о>МПа 375-380 345-365 250-265 320-330 300-305 '
' Без устранения выпучивания ’2 С устранением выпучивания
Таблица 66
Скорость роста трещин усталости в полуфабрикатах из сплава 1163
(R=0 . . .0.1, f s 5 Гц, о б^”т° = 80 МПа)
Характеристика лита П рофмль Лист
Толщина мм 30 40-85 20-80 2-4 1 2-4
Состояние Т7 Т1 ТПП AT 1 РДТ
Д К, МПа м1'2 12,4 | 25 31 12,4 18,6 21,2 25 12,4 25 31 I 12,4 25 1 31,
d(21) /dN, мкм/цикл 0,55 2,25 5 0,6 1,5 2,5 1,7 0,35 1,85 3,85 0,30 1,6 3,45
Таблица 67
Пределы ползучести и длительной прочности полуфабрикатов
________________из сплавов Д 16, Д16ч, 1163______________________
Характеристика Лист плакированный (А) из сплавов Д16, Д 16ч Профиль прессо- ванный из сплавов Д 16, Д16ч Плита из сплава 1163
Толщина, мм 1,5-3 5 -10 50-85
Направление вырезки образцов П Д Д, П
Температура испытания, *С 100 1 125 150 175 I 200 175 200 125 I 150 175 .
Состояние т Г1 Т1
ол МПа — — — — — 225 165 — — —
О(,,„м, МПа 275 235 175 130 80 145 95 285 250 215 ‘
а„,„пм, МПа — — 120 70 45 90 60 265 — — 1
о,„, МПа 390 — 345 275 235 325 280 — — -
01М, МПа 380 335 295 225 175 270 220 335 295 255 ,
РшоДЛПа 370 295 235 170 120 215 155 305 265 185
Физические свойства сплавов системы Al—Си—Mg приведены в
~абл. 68, 69.
Таблица 68
Плотность сплавов системы Al—Си—Mg
Сплав У, г/см3
Д1, Д1ч, В65 2,80
Д16, Д16ч, 1163, Д18 2,78
Д19, Д19ч 2,76
ЗД17 2,75
Таблица 69
Удельная электрическая проводимость в зависимости от режима старения
Сплав и состояние о, МСм/м
Д1Т 19,3-24,5
Д16Т, Д16чТ, 1163Т 17,2-18,7
Д,‘6чТ1, 1163Т1 > 22*' > 21.5*2
Д19Т, Д19чТ Д16, Д19М ' JiM 17,2-19 24-28 27- 28,5
" Толщина более 10 мм
— " олщина менее 10 мм
Коррозионные свойства. Неплакированные полуфабрикаты из сплавов
истемы Al—Си—Mg обладают пониженной коррозионной стойкостью.
Сопротивление коррозионному растрескиванию, межкристаллитной и
расслаивающей коррозии зависит от скорости охлаждения при закалке,
вида, толщины полуфабриката.
Детали из сплавов типа Д16 толщиной до 8 мм, закаленные со
.коростыо не ниже критической, не склонны к коррозионному растрески-
ванию и межкристаллитной коррозии, но могут обладать склонностью к
. асслаивающей коррозии.
Критические напряжения при испытании на коррозионное растрески-
вание для полуфабрикатов толщиной более 10 мм приведены в табл. 70, а
з табл. 71 приведены данные по теплофизическим свойствам полуфабрика-
тов из сплавов Д16, Д16ч в состоянии Т, Tl, М.
Эксплуатационные нагревы при температуре выше 80°С естественно
остаренных сплавов типа Д16 и технологические нагревы при температуре
эыше 125°С продолжительностью более 2 ч вызывают склонность к
•.эррозионному растрескиванию, межкристаллитной коррозии и повышают
.клонность к расслаивающей коррозии.
В искусственно состаренном состоянии сплавы системы Al—Си—Mg
'меют повышенное сопротивление коррозионному растрескиванию и
расслаивающей коррозии.
Плакированные листы обладают повышенной коррозионной стойко-
.тью. Листы толщиной менее 1 мм имеют пониженную коррозионную
.тойкость (из-за диффузии меди из сердцевины в плакировку). Для
Критическое напряжение при испытании па коррозию под напряжением в 3%-ном растворе NaCl
(периодическое погружение)
Таблица 70
Характеристика Профиль прессованный Плита
Д16, Д16ч Д16ч, 1163
Толщина, мм 10-25 25-50 До 100
Состояние Г Т1 Т Т1 Т Т1
Направление вырезки образцов Д п Д п Д п в Д п в Д п в Д п в
отМПа 345 245 410 345 345 120 50 410 345 305 235 135 50 345 345 205
1 При заданной деформации
Теплофизические свойства полуфабрикатов из сплавов Д16, Д16ч в состояниях Т, Tl, М
Таблица 71
Характеристика Температура испытания, ’С
25 100 200 300 400 -50 +20 20-100 100-200 200-300 25 100 200 300 400 20-100 100-200 200-300 25
Состояние Т Т1 М
X, Вт/(м К) 177 130 147 163 — — — — — 138 146 155 163 167 — — — 193
С„, кДжДкгК) — 0,922 1,05 1,13 1,17*' — — — — — 0,879 0,984 1,07 1,21 — — — —
Е„"2 -—- 0,04 0,045 0,05 0,055 — — — — — 0,055 0,06 0,065 0,07 — — — —
а-106, 1/К — — — — — — 21,4 22,9 24,5 — — — — — 22,9 24,9 26,5 —
4 При 350‘С
£п- степень черноты полного нормального излучения, определяли при испытании плакированных листов на воздухе.
повышения коррозионной стойкости листов толщиной менее 0,8 мм
эекомендуется применять утолщенную плакировку.
Защита от коррозии осуществляется анодно-оксидными, химическими
и лакокрасочными покрытиями.
Технологические свойства. Сплавы системы Al—Си—Mg характери-
зуются хорошей пластичностью в горячем состоянии. Из сплавов Д16,
163, Д19 изготавливают различные виды прессованных и катанных
полуфабрикатов. Полуфабрикаты из сплавов типа Д16 должны закаливать-
ся в холодной воде (до 40°С) при интенсивном ее перемешивании для
предотвращения распада пересыщенного раствора. После закалки необхо-
дима правка для снятия внутренних напряжений, особенно в массивных
чуфабрикатах.
Сплавы системы Al—Си—Mg имеют удовлетворительную пластичность
отожженном и свежезакаленном состояниях на операциях холодной
лтамповки.
Период времени после закалки, в котором сохраняется удовлетвори-
тельная технологическая пластичность, увеличивается с понижением
температуры: 1,5 ч при 20°С; 24 ч при 0°С; 3 сут. при ~5°С; 5 сут. при
-10 . . . -18°С.
Сплавы системы Al—Си--Mg имеют хорошую обрабатываемость
гзанием в термообработанном состоянии и пониженную — в отожженном.
Эти сплавы удовлетворительно обрабатываются химическим фрезерова-
нием (размерным травлением).
Применение. Наиболее широко применяют сплавы Д16, Д16ч, 1163
. 63Т7, 1163ТПП в естественно состаренном состоянии для деталей,
жределяющих ресурс пассажирских самолетов — это нижняя обшивка
рыльев, стрингеры, обшивка фюзеляжа, лонжероны, стыковые гребенки
др. В естественно состаренном состоянии температура применения
I гавов ограничена 80°С.
При более высоких температурах эксплуатации сплавы Д16ч и 1163
^’пользуются в искусственно состаренном состоянии, однако с учетом
более низких вязкости разрушения, выносливости, большей скорости роста
тещины усталости по сравнению с соответствующими характеристиками
з естественно состаренном состоянии.
Из сплавов Д1 и Д1ч изготавливают штамповки лопастей воздушных
винтов и различные узлы крепления. Сплав ВД17 применяют для лопаток
компрессора двигателей, работающих при температурах до 250°С.
Сплав ВАД1 применяется для сварных конструкций работающих
длительно при 20°С в течении нескольких сотен часов.
Сплавы В65 и Д18 применяются для изготовления заклепок с поста-
-ювкой в термически обработанном состоянии без ограничения времени
эасклепывания.
В табл. 72 и 73 приведены характеристики наиболее применяемых
.плавов Д16 и 1163.
Марка
Д16
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си Мп
Fe Si Ti Ni Примеси
И 13 ч
10—60 мин
каждый 0,05
Описание:
Таблица 72
Сплав системы А1—Си—Мп. В естественно состарен-
ном состоянии (Т) обладает хорошим сочетанием
характеристик выносливости, вязкости разрушения,
сопротивления росту усталостной трещины. В со-
стоянии Т1 эти показатели снижаются. Сплав Д16ч
по прочности, пластичности и выносливости близок
сплаву Д16, имеет более высокую (на 10—25%)
вязкость разрушения. Коррозионная стойкость удов-
летворительная. Сваривается контактной сваркой.
Применение:
Основные силовые элементы планера (панели
крыла, лонжероны, балки, стыковые гребенки,
обшивки гермокабины, основные шпангоуты,
детали оперения) в самолетах и других изделиях
машиностроения. В состоянии Т сплав применяется
при рабочих температурах до 80°С, в состоянии Т1
может применяться до 150“С.
Т1 — Искусственное старение
Отжиг полный закаленного и состаренного
полуфабриката
Отжиг полный деформированного полуфабриката
Отжиг — возврат для частичного снятия наклепа
185-195
380-420
350-400
250 280
60—120 мин
30 мин
Со скоростью 30°С/час до 260°С, далее на воздухе
Со скоростью 30°С до 280"С, далее на воздухе
Воздух
Марка
1163
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
каждый 0,05
Описание:
Сплав системы А1—Си—Мп. В естественно состарен-
ном состоянии (Т) обладает хорошим сочетанием
характеристик выносливости, вязкости разрушения,
сопротивления росту усталостной трещины. В со-
стоянии Т1 эти показатели снижаются, но повыша-
ется коррозионная стойкость. Имеет наиболее высо-
кую вязкость разрушения из отечественных сплавов
этой серии (на 10 15% выше, чем у Д16ч).
Применение:
Основные силовые элементы планера (панели
крыла, лонжероны, балки, стыковые гребенки,
обшивки гермокабины, основные шпангоуты,
детали оперения) в самолетах с длительным
ресурсом и в местах, не доступных или трудно
доступных осмотру, а также других изделиях
машиностроения. В состоянии Т сплав применяется
при рабочих температурах до 80°С. Для повышения
выносливости и сопротивления коррозии под
напряжением рекомендуется поверхностное
упрочнение.
Т1 — Искусственное старение
Отжиг полный закаленного и состаренного
полуфабриката
Отжиг полный деформированного полуфабриката
Отжиг — возврат для частичного снятия наклепа
185-195
380-420
350-400
250-280
11-13 ч
10—60 мин
60—120 мин
30 мин
Со скоростью не более 10°С/час до 280°С, далее на воздухе
Со скоростью не более ЗО'С, далее на воздухе
Воздух
68
1.3.2. ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ—МЕДЬ—МАГНИЙ—ЖЕЛЕЗО—НИКЕЛЬ
(Al-Cu-Mg-Fe-Ni)
Жаропрочные сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni по химичес!
кому и фазовому составам весьма близки к дуралюминам, являясь по
механическим свойствам среднепрочными сплавами, но вместо марганца
легированы железом, никелем и кремнием и менее легированы по меди
что во многом оказывает влияние на структуру и свойства при комнатной
и повышенной температурах.
Жаропрочные сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni включают сплавь:
АК2; АК4; АК-4-1; АК4-1ч и АК4-2.
Сплав АК2 — первый промышленно производимый сплав этой
системы, который длительно применялся в авиационном моторостроении
Сейчас он практически вытеснен более жаропрочными сплавами АК4 г
АК4-1, которые близки по характеристикам и отличаются содержанием
кремния. Сплав АК4-1ч — модификация сплава АК4-1 с еще более низким
содержанием кремния. Сплав АК4-2ч дальнейшая модификация сплава
АК4-1, содержащий никеля и железа в 2 раза меньше, что повысило
трешиностойкость при одинаковых значениях прочности и жаростойкости.
В табл. 74 приведены обозначения, марки и химический состав
сплавов системы Al—Си—Mg—Fe—Ni.
Сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni упрочняются закалкой и искус]
ственным старением. В табл. 75 приведены режимы термической обработки
этих сплавов.
В зависимости от необходимости получения тех или иных характе-
ристик применяются различные режимы старения сплавов. Для получения
более высоких значений предела текучести применяют режим старения
при более высоких температурах, при этом снижается пластичность.
Для уменьшения коробления и поводок при термической и механи-
ческой обработке, охлаждение при закалке целесообразно проводить в
кипящей воде (95—100°С) для толщин до 80 мм и горячей (70—90°С) для
толщин 80—150 мм.
Режимы отжига сплавов этой системы приведены в табл. 76.
Из-за отсутствия марганца сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni в прес-
сованных полуфабрикатах не обладают пресс-эффектом, поэтому механи-
ческие свойства прессованных, кованных и катанных полуфабрикатов
практически близки. В табл. 77 приведены гарантируемые механические
свойства сплавов этой системы, а в табл. 78 типичные механические
свойства.
Механические свойства полуфабрикатов из этих сплавов при повы-
шенных температурах приведены в табл. 79.
Марки. Обозначения. Химический состав алюминиевых сплавов системы алюминий—медь—магний—железо—никель
(по ГОСТ 4784-97 и НТД)
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО209-1 Кремний Железо Медь Марга- нец Магний Хром Цинк Титан Никель Другие элементы Прочие элементы Алюминий
буквенно- цифровая циф- ровая буквенно- цифровая циф- ровая
каж- дый сумма
АК2 — — 2018 0,5-1,0 0,5-4,0 3,5 —4,5 0,2 0,4-0,8 —— 0,3 — 1,8-2,3 — 0,05 0,10 Осталь- ное
АК4 — — — 0,5-1,2 0,8-1,3 1,9-2,5 0,2 1,4-1,8 — 0,3 0,1 0,8-1,3 — 0,05 0.1 То же
АК4-1 — — — 0,35 0.8-1,4 1,9-2,7 0,2 1,2-1,8 0,1 0,3 0,02- ОДО 0,8-1,4 — 0,05 0,1 То же
АК4-1ч — —- 2618 0,10— 0,25 0,9-1,3 1,9-2,7 — 1,3-1,8 — 0,10 0,04 — 0,10 0,9-1,2 — 0,05 0,10 U
АК4-2ч 143 А1Си6Мп 2219 0,1 — 0,25 0,4-0,7 2,0-26 0,10 1.2-1,8 0,10 0,05 — 0,10 Цирконий: 0,10-0,25 Ванадий: 0,05—0,15 0,05 0,10 и
70
Таблица 75
Режимы термической обработки сплавов системы Al—Си—Mg—Fe—Ni
Марка сплава Полуфабрикаты Температура нагрева под закалку t^., *С Режим старения
t, 'С Т, ч
АК2 Прессованные прутки Штамповки, поковки 515-530 150-170 165-180 4-15 6-16
АК4 Прессованные полуфабрикаты Поковки и штамповки 525-535 165-180 I) 165-180 II) 190-200 10-16 10-16 8—12*’
АК4-1 АК4-1ч АК4~2ч Листы плакированные Прессованные профили Плиты горячекатаипые Поковки, штамповки 525-535 I) 185-195 II) 185-195 I) 190-200 II) 190-200 I) 190-200 II) 190-200 I) 185-195 II) 195-200 9—12‘2 24'3 12-14 24‘‘ 7-9 24'1 8-12 20—22''
'Для повышения коррозионной стойкости
’2 Для листок кривленных растяжением после закалки
''Для листовых деталей и заготовок без правки
Таблица 76
Режимы отжига полуфабрикатов из сплавов системы Al—Си—Mg—Fe—Ni
Параметр Листы плакированные Прессованные профили Плиты, поковки, штамповка, массивные профили
Толщина, мм
до 1 1,2-4,0 4,2-10,0 до 10 полный отжиг сокращен- ный отжиг
Температура, °C 290-310 290-310 310-330 300-320 380 -420 350-370
Выдержка, мин 30-60 60-90 90-120 60-90 10-60 30-60
Примечание: Охлаждающая среда - воздух Скор. охл. 30°С/ч до 280°С. Зачем воздух Воздух
Таблица 77
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов из жаропрочных
сплавов АК4Т1, АК4-1Т1, АК4-14Т1, АК4-2чТ1 в различных направлениях
Сплавы и состояние Полуфабрикаты Д п в
ив, МПа О(|,2, МПа 6s, % иа, МПа Оо,2, МПа бз, % МПа 6s, %
АК4Т1 Штамповки толщиной до 150 мм 375 275 5 365 265 4 355 3
Поковки толщиной до 300 мм 365 265 4 355 255 3 345 3
Прессованные прутки диаметром до 250 мм 360 — 8 — - —
АК4-1Т1, АК4-14Т1, АК4-2чТ1 Штамповки толщиной до 100 мм 400 280 6 380 270 4 380 4
Поковки толщиной до 350 мм 380 270 5 380 260 4 370 4
Прессованные прутки диаметром до 250 мм 400 330 8 390 320 5 380 4 : ।
Плиты толщиной до 80 мм — — — 410 330 6 380 4
Плакированные листы толщиной до 10 мм — — — 395 320 6 — -
71
Таблица 78
Типичные механические свойства полуфабрикатов из сплавов АК2, АК4, АК4-1, АК4-1ч
Марка сплава Полуфабрикаты о., МПа оа,, МПа в, %
АК2 Штамповки, поковки 400 300 9
Прессованные прутки 400 290 7
АК4 Штамповки, поковки 440 320 7
Прессованные прутки 440 330 6
АК4-1 ЛК4-1ч Штамповки, поковки 420 320 8
Листы плакированные 400 300 8
Прессованные прутки 420 330 9
Кованно-катанные плиты 420 340 8
Таблица 79
Механические свойства полуфабрикатов из сплавов АК4Т1, АК4-1Т1, АК4-2чТ1
при 20°С и повышенных температурах
Сплавы п состояние Полуфабрикаты Температура, *С о., МПа | оп,, МПа в, %
МПа
20 390 320 9,5
100 380 310 9,0
АК4Т1 Полосы 150 355 305 9,5
п рессованные 200 325 290 8,0
250 280 250 8,0
300 165 145 10,5
20 410 350 8
125 370 340 8
Листы 150 350 325 11
плакированные 175 330 290 И
200 310 260 14
250 240 190 19
20 420 380 8
Плиты 125 410 370 8
АК4-1Т1, ^К4-2чТ1 150 390 355 9
175 360 330 9
20 410 370 7
Профили 125 400 360 7
прессованные 150 380 340 7
175 360 320 8
20 410 — 14
150 390 — 15
Поковки 175 370 — 15
200 320 — 15
250 290 18
Пределы длительной прочности и ползучести полуфабрикатов из
^ тавов АК4-1чТ1 и АК4-2чТ1 приведены в табл. 80. Жаропрочность этих
тлавов практически одинакова.
Физические свойства сплавов приведены в табл. 81.
Плотность и электрическое сопротивление сплавов следующее:
Сплав Y, г/см3 g • 106, Ом • см
АК4-1, АК4-1ч 2,800 3,5
АК4-2ч 2,759 4,5
72
Таблица 80
Пределы' длительной прочности и ползучести полуфабрикатов из сплавов
АК4-1чТ1, АК4-2чТ1
Характеристика, МПа Температура, *C
125 150 175
°0 •>! 100 250/280 220/250 140/200
°0 7'НЮО 210/240 170/210 -/130
ОП7'|ПППП 155/215 -/160
150/195
On >/nnnnn -/185 1
°1ПП 280/350 250/330 200/240
0,00(1 250/300 220/280 -/170
-/290 -/200
Ch noon 200/260
o?oooo 190/220
’ В числителе для плакированных листов (s = 1,5...2,5 мм), в знаменателе — для плит и прессованных
полуфабрикатов.
Примечание. При 200°С у плит и прессованных полуфабрикатов Oij.2/ioo= 160 МПа, Q|(xi= 180 МПа
Таблица 81
Теплофизические свойства сплавов АК4-1, АК4-1ч, АК4-2ч в состоянии Т1
Характерис- тика Температура испытания, *С
25 100 200 300 400 20— 100 20— 200 20— 300 20— 400 100— 200 200— 300 300- 400
к Вт/(м К) 142 146 151 159 163 — — — — — — -1
Ср, кДж/(кг-К) 0,692* 0,797 0,742* 0,837 0,780* 0,922 0,840* 0,964 0,910* — — — — - — - 1
а -10е, 1/К — — — — — 20,8 23,9* 21,6 24,3* 22,4 23 22,4 24,6* 23,9 24,8
* Для сплава ЛК4-2ч
Коррозионная стойкость. Сплавы обладают пониженной коррозионной
стойкостью (плиты, прессованные полуфабрикаты, штамповки и поковки).
Плакирование листов значительно повышает коррозионную стойкость.
Для защиты от коррозии рекомендуется применять анодирование и
лакокрасочные покрытия.
Технологические свойства. Сплавы АК2, АК4 и АК4-1 обладают
высокими технологическими свойствами при литье и горячей деформации
(ковке, штамповке, прокатке, прессовании). Из сплавов типа АК4-1 отли-
вают непрерывным методом слитки диаметром до 1100 мм, изготавливают
крупногабаритные плиты, листы, прессованные профили, поковки, штам-
повки.
Температурный интервал горячей деформации при производстве
полуфабрикатов для сплавов АК4 и АК4-2 — 350—450°С, для сплавов
типа АК4-1 — 350—370°С. Ковка и штамповка сплавов могут проводиться
как под молотами, так и на прессах: допустимая деформация за один
нагрев составляет соответственно 50 и 60—70%. Показатели штампуемое™,
листов приведенными в табл. 82.
73
Таблица 82
Показатели штампуемости листов из сплава АК4-1ч
Состояние материала Квит Korf Bruin
_ - эжженпое 1,8-1,9 1,35-1,55 (0,8-1,0) s
С вежезакалепное 1,7-1,8 1,30-1,50 (1,0-1,5) s
Н.. ествеипо состаренное 1,50-1,55 1,20-1,25 (1,5-2,5) s
Сплавы АК4 т АК4-1 характеризуются низкими степенями критических
_ ^формаций (2—4%). Поэтому для предотвращения образования крупнозер-
-лстой структуры перед нагревом следует избегать таких деформаций.
Полуфабрикаты из этих сплавов можно сваривать точечной и ролико-
I эй сваркой. Сплавы хорошо обрабатываются резанием.
Применение. Жаропрочные сплавы применяют для деталей поршневых
двигателей (поршни, сепараторы и др.). Наличие избыточного количества
зердых фаз, содержащих железо и никель, обеспечивает низкий коэффи-
<ент трения и соответственно хорошую износостойкость.
Сплавы АК4-1 и АК4-1ч широко применяют для деталей реактивных
131 [гателей (диски, лопатки, крыльчатки, колеса компрессора, воздухозабор-
ники и др.), длительно работающих до температур 200—250°С.
Сплавы АК4-1, АК4-1ч, Ак4-2ч применяют как основной конструк-
—Ионный материал для сверхзвуковых пассажирских самолетов (плиты,
’исты, прессованные и кованные полуфабрикаты) с длительным ресурсом
работы до температуры 150°С, а также для деталей авиационной и ракетной
схники, подвергающихся эксплуатационным нагревам.
Сплав АК4-2ч отличается повышенной эксплуатационной надежностью
рекомендуется для замены сплава АК4-1ч.
Он обладает удачным сочетанием свойств: повышенными жаропроч-
ностью и коррозионной стойкостью, высокими свойствами при криоген-
дых температурах, хорошей свариваемостью всеми видами сварки, хороши-
и показателями вязкости и пластичности, стабильностью свойств, а также
орошей технологичностью при различных металлургических и машино-
_'гроительных циклах.
В табл. 83 приведены сводные характеристики сплавов АК4-1 и
АК4-1ч.
1.3.3. СПЛАВЫ ПОВЫШЕННОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ
И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ—МАГНИЙ—КРЕМНИЙ (Al-Mg-Si)
Сплавы системы алюминий-магний-кремний относятся к термически
упрочняемым сплавам средней прочности. В эту группу входят сплавы
-АД31; АД31Е; АДЗЗ; АД35; АВ. Эти сплавы под разными названиями
широко применяются во всем мире.
Марка
АК4-1; АК4-1ч
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Си Mg Ni Fe Si Ti Mn
AK4-1
Ак4-1ч
1,9-2,7
1,9-2,7
0,8-1,4
0,9-1,2
0,8-1,4
0,9-1,3
0,35
1,1-0,25
0,02-0,1
0,04-0,1
Предел прочности, МПа:
370-410
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м * град. К):
72-73
Примеси
сумма
не более
I М
каждый
Предел текучести, МПа:
265-330
Модуль упругости, ГПа:
Описание:
Сплав алюминия с медью, магнием, никелем и
железом с высокими характеристиками термо-
прочности, ползучести и длительной прочности
при температурах до 150"С.
Относительное удлинение, %:
Предс'-'i прочности,
МПа, при температуре:
Твердость:
120
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Плотность, г/см1:
2,80
Относительное удлинение,
%, при температуре:
Температура, г- 310
200
300 14
Применение:
Силовые детали конструкций, длительно
работающие при температурах до 150’С, детали
двигателей, работающие до температуры 250"С.
6
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
двухступенчатое
Отжиг
Т,°С
525-535
1) 185—195 (лист плакир.)
2) 185—195 (лист плакир.)
1) 190—200 (профиль)
2) 190-200
1) 190—200 (плита)
2) 190—200 (плита)
1) 185—195 (поковка, штамповка)
2) 195—200 (поковка, штамповка)
290 -310 (лист)
ТОП Т’О 1пр,и|>пч|. поьопк i нилмнонк I)
Время, ч
9-12
24
12-14
24
7 9
24
8-12
24
30—120 мин
10 60 мин
Охлаждение
Вода кипящая
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Воздух
Со скоростью ЗОТ/ч до '40, далее на позлухе
75
Сплавы этой системы отличаются хорошей коррозионной стойкостью,
“ехнологичностью, повышенной пластичностью, способностью к
декоративным покрытиям (цветному анодированию, эмалированию и
эматолированию).
Высокая пластичность сохраняется в отожженном, свежезакаленном
г. естественно состаренном состояниях, что обеспечивает холодную штам-
повку сложных деталей.
Сплавы удовлетворительно свариваются аргонодуговой, точечной и
э ликовой сваркой.
Химический состав сплавов системы приведен в табл. 84.
Сплавы упрочняются термической обработкой — закалкой, искусствен-
ным или естественным старением. В отличие от сплавов типа дуралюми-
иов (Д16 и др.), у которых упрочняющие эффекты после искусственного и
естественного старения практически равны, у сплавов системы Al—Mg— Si
разница в упрочняющем эффекте старения составляет 30—50%. Естествен-
ное старение идет медленно, особенно в первые часы. Выдержка при
Комнатной температуре обеспечивает монотонное повышение прочности,
аканчивающееся через 10—15 суток (табл. 85).
Вылеживание при комнатной температуре после закалки приводит к
м пистонному непрерывному повышению прочности, которое практически
заканчивается через 10—15 сут. Эффект естественного старения достаточно
высок и составляет 30—40% от абсолютной величины а и около 50% от
в свежезакаленном состоянии. Однако эффект упрочнения при
естественном старении достигает лишь 30—50% эффекта искусственного
.парения.
Сплавы после естественного старения имеют более высокую коррози-
йную стойкость, чем после искусственного старения, поэтому естественно
состаренные сплавы необходимо применять для конструкций, работающих
з тяжелых атмосферных условиях при переменных нагрузках.
Сплав АД31 характеризуется минимальной прочностью, не содержит
элементов антирекристаллизаторов (Мп, Сг), что повышает однородность
а устойчивость твердого раствора и улучшает декоративный вид полу-
фабрикатов.
Сплав АДЗЗ кроме Mg и Si содержит Си и Сг, что обеспечивает
эолее высокую прочность, чем у АД31. Сплав обладает высоким сопротив-
лением коррозионной усталости.
По уровню прочности сплавы АД35 и АВ близки, но достигается
этот одинаковый уровень различными способами. В сплаве АД35 преду-
смотрено высокое содержание марганца, а в сплаве АВ при обычном
реднем содержании марганца дополнительно введена медь. Сплав АД35
имеет высокую коррозионную стойкость.
Из сплавов АД31, АДЗЗ и АД35 выпускаются преимущественно
прессованные полуфабрикаты и штамповки, а из сплава АВ — плиты,
'исты, прессованные полуфабрикаты и штамповки.
Таблица 84
Марки. Обозначения. Химический состав алюминиевых сплавов системы алюминий—магний—кремний (по ГОСТ 4784-97)
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО205-1 Кремний Же- лезо Медь Марганец Магний - Хром Цинк Титан Другие элементы Прочие элементы Алю- миний
Буквен- но-циф- ровая Циф- ровая 310 Буквенно- цифровая Циф- ровая Каж- дый Сум- ма
АД31 AlMgO,7Si 6063 0,20-0,6 0,5 0,1 0,1 0,45-0,9 0,10 0,2 0,15 — 0,05 0,15 Осталь- ное
АД31Е 1310Е Е—AlMgSi 6101 0,30-0,7 0,50 0,10 0,03 0.35-0,8 0,03 0,10 — Бор: 0,06 0,03 0,10 То же
АДЗЗ 1330 AlMglSiCu 6061 0,40-0,8 0,7 0,15 -0,40 0,15 0,8-1,2 0,04-0,35 0,25 0,15 — 0,05 0,15
АД35 1350 AlSilMgMn 6082 0,7-1,3 0,50 0,10 0,40-1,0 0,6-1,2 0,25 0,20 0,10 — 0,05 0,15 -«-
АВ 1340 — — 0,5-1,2 0,5 0,1 -0,5 0,15-0,35 0,45-0,90 0,25 0,2 0,15 — 0,05 0,1 -с-
— — — 6151 0,6-1,2 1,0 0,35 0,20 0,45-0,8 0,15-0,35 0,25 0,15 — 0,05 0,15
Примечание: Обозначение «Е» в марке сплава применяется для сплава с электрическими характеристиками.
Таблица 86
Влияние температуры закалочной среды на механические свойства сплавов системы Al—Mg—Si
Сплав и состояние Полуфабрикат (толщина, мм) Направление вырезки образцов Характеристи км Температура воды в закалочном баке, *С
20 60 80 100
Профиль, о,„ МПа 260 245 240 230
АД31Т1 пруток Д/П о02, МПа 210 200 190 180
(20-100) 6, % 15 14,5 14 14,5
Профиль, пруток (20) о„, МПа 320/285 340/315 335/305 240/230
АДЗЗТ1 д/п о0,, МПа 280/250 275/265 285/260 185/180
6, % 12,5/12 13,5/13 12,5/13 14/15
Профиль, о,„ МПа 350/325 350/325 235/215 220/215
АД35Т1 пруток (все Д/П о02, МПа 305/285 305/285 170/160 150/145
размеры) 6, % 14/13 13/12 13/14 16,5/16
Пруток И 00) о„, МПа 395/365 365/355 — 250/235
АВТ1 д/п о02> МПа 350/315 395/280 — 165/155
б, % 14/15 14/15 — 12/14
77
Таблица 85
Влияние времени выдержки при естественном старении на механические свойства
профилей из сплавов системы Al—Mg—Si
Время, ч сг₽, МПа Со,2» МПа в, %
АД31 АДЗЗ АД35 АД31 АДЗЗ АД35 АД31 АДЗЗ АД35
0 148 180 230 — — 105 29,0 27,5 22,0
1 173 203 265 62 70 127 30,3 29,0 18,2
12 200 225 300 82 95 165 26,5 25,5 18,5
48 205 255 310 85 110 175 26,2 26,5 18,5
120 210 255 315 93 115 180 26,4 27,0 18,0
240 215 265 320 100 123 190 26,5 26,0 17,0
1440 215 270 320 100 120 200 26,3 26,5 17,0
Обработка осуществляется закалкой искусственным или естественным
старением. Для промышленных сплавов системы Al—Mg—Si рекомендуется
емпература нагрева под закалку 510—535°С, которая обеспечивает
максимальное растворение легирующих элементов и существенно ниже
температуры начала оплавления. Полуфабрикаты и детали из сплава АВ и
в ртолетные профили из сплава АДЗЗ рекомендуется нагревать под закалку
при температурах, близких к нижнему пределу температурного интервала, а
юлуфабрикаты остальных сплавов — к верхнему пределу. Охлаждение при
закалке обычно осуществляют в холодной воде. Сплавы системы А!—
Mg—Si характеризуются высокой устойчивостью пересыщенного твердого
раствора и малыми критическими скоростями охлаждения (табл. 86).
Максимальные прочностные свойства при удовлетворительной плас-
[чности обеспечиваются искусственным старением при 160—170°С в
течении 10—12 ч. В зависимости от состава сплава, вида полуфабриката
и назначения деталей искусственное старение может осуществляться при
азличных режимах (табл. 87).
В процессе вылеживания сплавов при 20—60°С между закалкой и
искусственным старением происходят структурные превращения, снижаю-
щие прочностные характеристики сплавов на 30—50 МПа при последующем
искусственном старении.
Избежать этого можно двумя методами: необходимыми добавками
меди (-0,25%) или кратковременным искусственным старением после
закалки при 150—180°С в течении 20—25 мин. Такая предварительная
термообработка обеспечивает максимальное упрочнение при искусствен-
ном старении независимо от продолжительности предшествующего
ыл ежи вания.
Влияние перерыва между закалкой и искусственным старением на
[еханические свойства сплавов приведено в табл. 88.
В табл. 89 приведены гарантируемые механические свойства полуфаб-
рикатов из сплавов системы Al—Mg—Si.
В табл. 90 приведены типичные механические свойства; в табл. 91
механические свойства при повышенных, а в табл. 92 механические
свойства при низких температурах.
78
Таблица 87
Рекомендуемые режимы старения
Сплав Полуфабрикат Вид старения Режим старения Примечание
АД31, АДЗЗ, АД35, АВ Все виды Естественное 20°С 240-360 ч Повышенная пластичность
АД31, АД35 Все виды Искусственное 160—170°С, 10-12 ч Повышенная прочность
АД 33 Листы, плиты То же 160—170°С, 18-20 ч
Прессованные полуфабрикаты, поковки, штамповки -«- 170—180°С, 8—10 ч
Вертолетные профили -<< — 165- 165°С, 10-12 ч
АВ Вертолетные профили -<<- 150—165°С, 10-12 ч Оптимальное сочетание прочности, пластичности и работоспособности в условиях повышенных нагрузок
Все другие виды полуфабрикатов -<<- 160—170°С, 8-15 ч Повышенная прочность
Таблица Si-
Влияние времени между закалкой и искусственным старением на механические
свойства сплавов системы Al—Mg—Si
Время перерыва МПа АДЗЗ <jn 2» МПа а. %
АДЗЗ АД35 АВ АД35 АВ АДЗЗ АД35 АВ
5 мип 300 353 382 270 283 353 19,0 12,0 15,0
48 ч 260 312 350 235 250 300 20,0 14,0 18,0
48 ч* 295 350 380 270 290 355 20,0 13,0 14,5
* Перерыву предшествовало кратковременное искусственное старение при 180 °C и в течение 5
.мин сразу же после за коки. ___________ ______________ ______________ __________________
В табл. 93 приведены физические свойства сплавов.
Технологические свойства. Сплавы АД31, АДЗЗ, АД35 и АВ хорошс
деформируются в горячем и холодном состояниях. Пластичность сплавов
при температуре обработки давлением 450—500°С высокая. Допустимая
степень деформации за один нагрев 85%. Из этих сплавов можно изготов
лять сложные по конфигурации тонкостенные полые прессованные пол’
фабрикаты.
Для обеспечения высокой пластичности при холодной деформаци
сплавы отжигают при температуре 380—420°С в течение 10—60 мин;
охлаждение со скоростью 30°С/ч до 260°С, далее на воздух. Для снятия
технологического наклепа, полученного в результате холодной деформа
ции, отжиг рекомендуется проводить при 350—730°С в течение 0,5—
1,5 ч, охлаждение на воздухе.
Пластичность сплавов Al—Mg—Si в отожженном состоянии хорошая
в естественно и искусственно состаренном состояниях удовлетворительная
(табл. 94).
79
Таблица 89
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов из сплавов системы
Al — Mg — Si
Сплав Полуфабрикат Состоя- ние s или d, мм или масса т, кг Направле- ние вырез- ки образца о„ МПа а,„ МПа 6, %
•Д31 Прессованный профиль т s s 125 д 140 70 13
Пруток 5 s d s 300
Прессованный профиль Т1 s s 125 200 150 8
Пруток 5 s d s 300
дзз Прессованный профиль т Всех размеров 5 s d s 300 д 180 НО 15
Прессованный профиль Т1 ss 10 260 230 10
Пруток 5 s d s 300 270 230 10
Штамповка m s 10 270 200 8
30 s m s 425 250 190 6
АВ Прессованный профиль т s s 125 д 180 — 14
Пруток 5 s d s 300 180 - 14
Труба прессованная ss 5 (стенка) Всех размеров 210 — 14
Труба катаная, тянутая 210 - 14
Прессованный профиль Т1 s s 125 300 230 10
Пруток 5 s d s 300 300 — 12
Труба прессованная ss5 (стенка) 310 230 8
Труба катаная, тянутая Всех размеров 310 — 8
Поковка m s 1500 280 - 10
Штамповка m s 200 д п 300 270 220 12 4
АВ Лист неплакированный м 0,5 s ss5 5s ss 10,5 П 150 150 — 20 15
Т 0,6 s ss 3 3s ss 5 5s ss 10,5 200 200 180 — 20 18 16
Т1 0,4 s ss5 5s ss 10,5 300 300 — 10 8
АВ Плита Т 11 s s s 25 25 s s s 40 40 s s s 80 П 180 170 170 — 14 12 10
Т1 11 s s s 25 25 s s s 40 40 s s s 80 П 300 290 280 - 7 6 6
Таблица 90
Типичные механические свойства"1 сплавов системы Al—Mg—Si при 20°С
Сплав и состояние Полуфабрикат ив, МПа Сод, МПа б, % МПа о.,’2. МПа
АД31Т Прессованный профиль и пруток 170 250 80 220 20 150 70
АД31Т1 13 90
АДЗЗТ 240 140 20 165 90
АДЗЗТ1 320 260 12 190 100
АД35Т 270 200 15 155 —
АД35Т1 330 300 10 180 по
АВТ1 350 300 12 210 120
Штамповки 310 260 10 195 —
' Для всех сплавов Е - 71 ГПа;
Знакопеременный изгиб на базе N = 2 107
Таблица 91
Механические свойства Al—Mg—Si сплавов в состоянии Т1 прн 20”С
и высоких температурах
Сплав Полуфабрикат Толщина или диаметр, мм Характеристики Направление вырезки образцов Тем пера та ра испытания,*С
20 100 150 200 250 ।
Профиль, s s 20, o0, МПа 240 210 190 160 1201
АД31 o02, МПа д 200 180 165 150 100 I
пруток d s 20 б, % 17 17 17 17 16
o,„ МПа 330 280 240 200 —
Профиль s 20 o02, МПа д 270 240 200 180 -
б, % 12 12 11 И —
о„, МПа 330 260 210 190
Лист 2 о0,, МПа П 250 210 180 170 —
б, % 15 15 15 17 —
о„, МПа 330 300 260 220 140
Пруток d = 20 о0-„ МПа Д 300 280 240 210 130
б, % 8 8 9 10 9
АД35 о,„ МПа 300 250 230 200 130
Лист 2 о0 2, МПа п 250 210 190 160 120
6, % 12 13 14 14 12
Профиль, ss 20, о„, МПа 350 320 280 240 160
АВ о0,, МПа д 320 290 260 220 130
пруток d s 20 б, % . 12 12 13 12 12
Таблица 92
Механические свойства сплавов системы Al—Mg—Si в состоянии Т1 при 20сС
н низких температурах
Толщина нли диаметр, мм — Направление Температура испытан <я, -С
Сплав Полуфабрикат Характеристики вырезки образцов 20 -70 -196 -253
Профиль, пруток o„, МПа 240 250 —
АД31 Все размеры o02, МПа 6, % д 220 12 И - -
o„, МПа 330 350 430 560 [
Профиль s s 20, o02, МПа д 270 290 310 350
6, % 12 14 16 16
o,„ МПа 300 330 400 480
Лист s = 2 o02, МПа П 250 270 290 331
6, % 15 16 22 15
o„, МПа 330 370 430 —
Пруток d = 20 o02, МПа Д 300 350 410 —
'б, % 8 8 8 —
o„, МПа 300 310 360 —
Лист s = 2 o02, МПа п 250 250 280 —
'б. % 12 10 15 —
Профиль, s = 20, o,„ МПа 350 400 450 __
o02, МПа д 320 380 430 —
пруток d = 20 'б, % 12 13 14 —
о„, МПа 250 - 370 5(Х
Лист s = 20 о02, МПа п 160 — 200 261
б, % 23 - 30 28
Физические свойства сплавов системы Al—Mg—Si
Сплав у, кг/м3 к, Вт /(м- К) при температуре, “С Ср, кДж / (кг К), при температуре, °C Р-Ю8, О.м-м а-10ь, К в температурных инте риалах, ’С
25 100 200 300 100 200 300 /100 20-100 100-200 200-300 300-400
АД 31 2710 192 192 192 192 0,920 0,964 1,000 1,050 3,44 23,4 25,8 28,2 29,9
АДЗЗ 2710 142 151 163 172 0,920 1,000 1,050 — — 23,2 25,1 26,7 —
АД35 2720 170 174 178 182 0,838 0,879 0,963 1,047 3,92 23,6 25,5 27,1 29,7
АВ 2700 176 180 184 189 0,797 0,880р 0,964 1,090 3,70 23,5 25,1 27,6 —
Характеристики штампуемости листов из сплавов системы Al—Mg—Si
Таблица 94
Состояние К|,я, Kn„ % В п,1п
АДЗЗ м 1,8-1,95 1,35-1,55 12-15 (0,8-1,25) s
АД35 3* 1,7-1,8 1,3-1,5 10-12 (1,0—1,55) s
АВ Т1 — — — (2,0-2,5) s
*3 - свежезакалеппое состояние
Для защиты от коррозии рекомендуется применять анодирование и
лакокрасочные покрытия.
Сплавы системы Al—Mg—Si нашли широкое применение во всем
мире в различных отраслях, где требуется сочетание средней прочности,
хорошей технологичности, коррозионной стойкости и декоративного вида.
Сплав АД31 характеризуется высокой технологической пластичностью,
широким интервалом температуры нагрева под закалку, небольшой
критической скоростью закалки и позволяет применять высокие скорости
деформации при высоких температурах. Тонкие профили (толщиной до
10 мм) из сплава АД31 закаливаются на прессе в процессе естественного
охлаждения на воздухе. Закалка на прессе осуществляется благодаря
применению высокотемпературной гомогенизации (560°С, 4—6 ч),
высокой скорости деформации (до 60 мм/мин) и прессованию при
высокой температуре (480—500°С).
Полуфабрикаты из более легированных сплавов АДЗЗ, АД35 и АВ
закаливать на прессе без специального охлаждения, например душирова-
ния, не представляется возможным из-за большой критической скорости
охлаждения.
Обрабатываемость резанием сплавов Al—Mg—Si в отожженном
состоянии неудовлетворительная, в естественно и искусственно
состаренном состояниях — удовлетворительная.
Сплавы АД31, АДЗЗ и АД35 при сварке плавлением и контактной
сварке обладают удовлетворительной свариваемостью.
Хорошая свариваемость при дуговой и контактной сварке у сплава
АВ. Для указанных сплавов рекомендуется присадочная сварочная
проволока Св.АК5. Временное сопротивление су сварного соединения с
предварительной закалкой и искусственным старением материала не ниже
0,7 от о основного материала. Искусственное старение сварного соедине-
ния повышает его о™ до 0,8—0,9 от су основного материала.
Внешний вид сварных соединений, выполненных с помощью
проволоки Св.Ак5, после цветного анодирования ухудшается — сварной
шов имеет более темный оттенок, чем основной материал. Поэтому пр?
использовании сплавов системы Al—Mg—Si для декоративных целей
необходимо либо применять другие присадочные материалы, не ухудшаю-
щие внешнего вида материала, либо сварку элементов, если позволяет
конструкция, проводить встык без флюсов и присадочных материалов.
Коррозионная стойкость полуфабрикатов из промышленных сплавов
высокая. Тем не менее они склонны к коррозионному растрескиванию
независимо от состояния материала. В искусственно состаренное
состоянии общая коррозионная стойкость сплавов сильно зависит от
химического состава. Она тем выше, чем больше содержание в них марганш
и хрома, чем меньше содержание меди и железа и чем меньше фазы
Mg2Si и избыток кремния по сравнению с количеством, необходимым
для образования химического соединения Mg2Si. Искусственно состарен-
83
ные полуфабрикаты склонны к межкристаллитной коррозии, которая
повышается с увеличением содержания меди, избытка кремния, а также
: повышением содержания железа, особенно в сплавах без марганца. В
отожженном и естественно состаренном состоянии коррозионная
е 'ойкость сплавов системы Al — Mg—Si высокая и сохраняется при
условии эксплуатации при температурах не выше 100°С.
Наилучшей коррозионной стойкостью обладают сплавы АД31, АДЗЗ.
Высокое содержание марганца (0,5—0,9%) в сплаве АД35 при отсутствии
з нем меди обеспечивает высокую коррозионную стойкость, несмотря на
большое содержание упрочняющей фазы Mg,Si и избыток кремния.
Наиболее прочный сплав АВ по коррозионной стойкости уступает всем
другим промышленным сплавам этой системы.
Сплав АД31 применяется для деталей, от которых требуется невысокая
прочность (о > 200 МПа), хорошая коррозионная стойкость и декоративный
вид, работающий в игГгервале температур от -70 до 50°С. Сплав приме-
няется с различными цветовыми покрытиями, в том числе для ювелирных
гаделий “под золото”, отделки кабин самолетов и вертолетов. Широко
используется в гражданском строительстве для оконных витражей, дверных
эам, перегородок, эскалаторов, а также в мебельной, автомобильной, легкой
оомышленности. Сплав АД31 широко используется и в электротехничес-
кой промышленности. При применении специальной термомеханической
эбработки он приобретает высокие электротехнические свойства при
у носительно высоких прочностных свойствах.
Сплав АДЗЗ применяется для деталей средней прочности (ов >270
М Па), от которых требуется удовлетворительная коррозионная стойкость
зо влажной воздушной и морской средах (лопасти вертолетов, барабаны
5Юлес гидросамолетов). Сплав АДЗЗ и его сварные соединения успешно
работают при температурах до 200°С, в частности в системах кондициони-
эования воздуха в самолетах. Сплав АДЗЗ применяется в криогенной
технике в виде прессованных полуфабрикатов, трубопроводов и патрубков,
а также в судостроении и гражданском строительстве и др.
Сплав АД35 применяется для деталей средней прочности (оп а 300
МПа) в закаленном и искусственно состаренном состояниях или при
о > 200 МПа в закаленном и естественно состаренном состояниях, от
которых требуется высокая коррозионная стойкость и равномерная
.труктура, практически без крупнокристаллического ободка (особенно для
: сталей, изготовляемых из прутка).
В судостроении для различных деталей и конструкций используются
фофили из этого сплава в закаленном и естественно состаренном состояниях.
Сплав АВ (ип а 270 МПа) применяется для деталей самолетов,
двигателей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность
в холодном и горячем состояниях: лопастей вертолетов, штампованных и
кованных деталей сложной формы.
В табл 95 приведены сводные данные по сплаву АДЗЗ.
Таблица 95
Марка
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Ni Примеси
каждая
сумма
250-270 Коэф. терм, расширения, мкм/(м*град.К):
200-230 Модуль упругости, ГПа:
6-15 Предел прочности, МПа, при температуре:
Описание:
Сплав алюминия с магнием и кремнием
с высокими прочностными пластическими
и коррозионными характеристиками,
упрочняемый закалкой и старением (Т,Т1).
65 Предел текучести, МПа, при температуре:
2,71 Относительное удлинение, %, при температуре:
Применение:
Сарпые и пссварные детали и узлы средней
прочности и высокой коррозионной стойкости,
работающие при температурах от -70"С до 50°С.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
Т1 — Естественное старение
Отжиг полный
Т,°С
510-535
160—170
20
3R0 420
10-12 ч
10—15 суток
10 60 мин
Охлаждение
Вода
Воздух
Воздух
Со скоростью 30“С/сек до 260’С, далее на воздухе
85
1.3.4. СРЕДНЕПРОЧНЫЕ КОВОЧНЫЕ СПЛАВЫ
СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ—МЕДЬ—МАГНИЙ-
КРЕМНИЙ (Al-Cu-Mg-Si)
К сплавам системы Al—Си—Mg— Si относятся сплавы АК6 и АК8,
которые служат для получения заготовок методом горячей пластической
деформации — ковкой и штамповкой.
Сплав АК6 высокотехнологический ковочный сплав средней прочное-
и разработан С. М. Вороновым в 40-х годах XX ст. и длительное время
является одним из основных ковочных сплавов с хорошими характеристи-
ками вязкости и пластичности.
Сплав АК8 (международное обозначение 2014) отличается от сплава
АК6 большим в 2 раза содержанием меди, что обеспечивает повышение
прочности и понижение относительного удлинения. За рубежом сплав
рименяется широко не только в виде кованных, но и катанных и
рессованных полуфабрикатов.
Химический состав сплавов АК6 и АК8 приведен в табл. 96.
Сущес твуют варианты сплава АК6 с содержанием железа < 0,4% титана
.002—0,1% и хрома 0,01—0,2% - сплав АКбч. В результате это позволило
в сплаве АКбч повысить механические свойства, вязкость разрушения,
частичность в горячем состоянии.
Сплавы АК6 и АК8 упрочняются закалкой и как правило старением.
Возможно и искусственное старение.
Для обеспечения оптимальных механических свойств сплава АК6
перерыв между закалкой и искусственным старением должен быть не
белее 6 часов. Для сплава АК8 перерыв между закалкой и искусственным
старением не сказывается на уровне механических свойств после после-
дующего искусственного старения.
Сплав АК8 склонен к пережогу, поэтому детали толщиной больше
30 мм необходимо нагревать под закалку при температуре около нижнего
предела температуры закалки.
Для обеспечения стабильных механических свойств полуфабрикатов
деталей охлаждение после закалки необходимо проводить в воде с
температурой не выше 40°С.
Для снижения закалочных напряжений и коробления при закалке
массивных, сложных по конфигурации деталей и полуфабрикатов из
сплавов АК6, АК64 с толщиной стенки до 30 мм допускается охлаждение
в воде при 80—90°С, а с толщиной до 150 мм при 70—80°С. Закалка в
горячей воде вызывает снижение прочностных характеристик до 5%, но
не ухудшает другие свойства по сравнению со свойствами, обеспечивае-
мыми закалкой в холодной воде. При этом наблюдается некоторое
повышение сопротивления коррозионному растрескиванию.
Отжиг производится при температуре 380—420°С — 10—60 мин,
хлаждение со скоростью 30°С/ч до 260°С, далее на воздухе.
Таблица 96
Марки. Обозначения. Химический состав сплавов системы алюминий—медь—магний—кремний
(по ГОСТ 4784-97)
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
Россия ИСО209-1 Кремний Же- лезо Медь Марга- нец Магний Хром Цинк Ти- ган Ни- кель Другие элементы Прочие элементы Алюми- ний
Буквен- но-циф- ровая циф- ровая буквенно- цифровая циф- ровая каж- дый сум- ма
АК6 1360 — 0,7-1,2 0,7 1,8-2,6 0,4-0,8 0,4 -0,8 0,3 0.1 0,1 — 0,05 0,1 Осталь- ное
АК8 1380 Cu4SiMg 2014 0,50 1,2 0,7 3,9—5,0 0,40 -1,0 0,20—0,8 0,10 0,25 0,15 — Титан + цирконий: 0,20 0,05 0,15 То же
Примечав и е: Сумма титан+пиркомпй ограничивается только для экструдированных и кованых полуфабрикатов и только в том случае, когда есть
договоренность между изготовителем и потребителем.
87
Режимы термообработки сплавов АК6 и АК8 приведены в табл. 97.
Таблица 97
Режимы термической обработки сплавов АК6 и АК8
Сплав Вид полуфабриката Температура нагрева под закалку, "С Вид старения Температура старения, ’С старения, ч
АК6 *К6ч Поковки, штамповки прессованные, полуфабрикаты 505-525 естественное Т искусственное Т1 искусственное Т2 комнатная 155-165 195-205 >96 10-15 11-13
Д<8 Поковки, штамповки Прессованные, полуфабрикаты 495-505 естественное Т искусственное Т1 искусственное Т2 комнатная 155-165 195-205 >96 10-15 11-13
естественное Т искусственное Т1 комнатная 165-175 > 96 10-12
Старение при 20°С (естественное) сплавов АК6 и АК8 обеспечивает
высокую пластичность и сопротивление КР, при пониженных прочностных
:войствах по сравнению с искусственным старением. Режим Т1 применяют
для получения высокой прочности и удовлетворительной пластичности.
Для сплава АК6 (АКбч) допускается применение сокращенного режима
”1: 170—175°С, 3 ч. Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов
из сплавов АК6 и АКбч приведены в табл. 98.
Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов из сплава АК8
приведены в табл. 99.
Механические свойства полуфабрикатов из сплавов АК6 и АК8
©ответственно при высоких и низких температурах приведены в табл.
100, 101, 102, 103.
Вязкость разрушения и скорость роста трещины у полуфабрикатов
из сплава АК6 приведены в табл. 104 и 105 соответственно.
Физические свойства сплавов АК6 и АК8 приведены в табл. 106.
Плотность сплавов: АК (АКбч) и АК8 соответственно равно 2,75 г/см3
и 2,80 г/см3.
Коррозионные свойства. Сплавы АК6 (АКбч) и АК8 обладают пони-
женной коррозионной стойкостью. Сопротивление коррозионному растрес-
киванию акр сплава АК6 в состоянии Т1 в условиях заданной деформации
при переменном погружении в 3%-ный раствор NaCl составляет в высотном
направлении 120 МПа, в поперечном — 150 МПа, в продольном — 200
МПа. При перестаривании сопротивление коррозионному растрескиванию
повышается.
Технологические и эксплуатационные нагревы не приводят к ухудше-
нию коррозионной стойкости сплавов АК6 и АК8. Защита от коррозии в
зависимости от назначения деталей осуществляется анодно-окисными,
химическими и лакокрасочными покрытиями.
Технологические свойства. Сплавы АК6 и АК8 имеют высокие
технологические свойства при непрерывном литье, горячей обработке
давлением (свободной ковке, штамповке, прессованием). Сплавы хорошо
Таблица 98
свойства при растяжении (не менее) полуфабрикатов из сплавов АК6, АКбч
Характеристика Пруток прессованный Труба прессованная Штамповка Поковка
Диаметр иди, толщина, мм 10 <; d S 28 54 г d г 28 300 2 d 2 28 Стенка — — —
s s 5 s 5
Масса, кг — — До 350 До 1500 До 200
Состояние Т1 т Т1 Т1 । Т1 т
Направление вырезки образца д д д П В д П в д
о1(, МПа 375 390 430 285 315 355 380 365 345 365 345 335 325
оо 2, МПа 265 275 325 — ~ — 275 245 — — — -- 155
5, % 10 10 10 8 10 10 10 7 5 8 6 4 16
Гарантируемые механические свойства при растяжении (не менее)* полуфабрикатов из сплава АК8
Таблица 99
Характеристика Пруток прессованный Штамповка Поковка
Диаметр, мм От 10 до 28 Св.28 до 150 Св. 150 до 250 Св.250 до 300 — —
Масса, кг — — —'— — До 200 До 2000 До 750 Св. 750 до 2000
Состояние Т1 Т1 т Т1 т
Направление вырезки образца 1 I д п в д П В д п В д п В Д П В
ан, МПа 460 460 460 460 410 (430) 390 355 380 365 345 380 (410) 355 335 380 365 325 375 355 325
аП2, МПа 335 365 345 335 295 (315) — — 245 235 — — — — 245 — — 235 — —
L09 \О о\ 8 8 8 8 8(Ю) 6 3(4) И 8 6 6(8) 4 2(3) 10 8 4 8 7 4
* В скобках свойства поковок и штамповок массой до 30 кг Примечание. Пруток диаметром свыше 100 мм поставляется без термической обработки.
89
сформируются в горячем и холодном состояниях. Температурный
«итервал горячей деформации составляет 420—470°С.
Таблица 100
Механические свойства сплава АК6 Т2 при 20°С и высоких температурах
Характеристика Поковка размером ПО х 415 х 1120 мм Штамповка массой 300 кг
равлсние ...ки образца п д
шсратура, °C 20 125 150 200 250 300 20 125 150 200
МПа 390 355 295 275 175 100 410 380 325 285
• ° 6 7 10 13 16 23 10 — —
— 40 46 70 — — — —
Таблица 101
Механические свойства сплава АК8 Т1 при 20°С и высоких температурах
X а ра ктеристи к а Поковка крупногабаритная Плита катанная толщиной 250—50 мм Лист толщиной 2 мм
Налр явление • ы резки образца д д п
~с гпература, °C 20 150 175 200 250 20 100 150 200 20 200 250
МПа 470 375 345 295 195 450 430 375 315 420 305 195
МПа 375 285 — 225 — 400 380 275 — 365 235 165
% 11 16 18 18 — 10 15 18 — — — —
% — 11 12 12
Таблица 102
Механические свойства сплава АК6 Т1* в долевом направлении при 20°С
и низких температурах
Характеристика Пруток прессованный диаметром 30 мм
-. ипература, °C 20 -70 -196
ЛПа 390 415 550
МПа 295 315 415
1 % 12 10 10
О о 25 22 22
.арсине при 155°С, 6 ч.
Таблица 103
Механические свойства сплава АК8 Т1 при 20°С и низких температурах
Характеристика Прессованный пруток диаметром 50 мм Прессованный профиль толщиной 30—50 мм Лист толщиной 3 мм
направление - эезки образца д П
шсратура, °C 20 -70 -196 -253 20 -70 -196 20 -70 -196 -253
МПа 530 540 645 765 480 500 600 460 480 550 630
. МПа 450 480 570 620 440 450 520 400 420 450 510
% 12 12 14 14 __ — — 10 10 14 17
. % — — — - 7 8 10 — — — —
% __ — — — 15 16 14 — — — —
90
Таблица 10-1
Вязкость разрушения сплава АК6
Характеристика Поковка размером 190 х 390 х 3950 мм Пруток прессованный диаметром до 140 мм
Состояние Т1*1 Ti»2 Т1*|
Направление образца и трещины вд ДП пд ВД вд
<jn„ МПа 315 315 335 315 430
К,, МПа • м|/2 34,2 38,8 40,3 32,6 31,0
°—- МПа 250 280 295 220 -
’ Старение при 155 -165 °C, 12 ч ’2 Старение при 170—175 °C. 3 ч.
Таблица 10
Скорость роста трещины усталости сплава АК6 = 80 МПа, f =3 Гц; R=0,l;
направление ДП; толщина образца 6 мм)
Характеристика Штамповка Поковка размером 180 х 1230 х 1500 «мм
Состояние ТГ ТГ2
о,.,, МПа 340 320 295
d(21)/dN, мкм/цикл, при ДК, МПа м1-; 12,5 15,6 18,7 0,8 1,2 1,9 1,0-1,3 1,7-3,0 3,0-4,2 0,7-1,4 1,7-2,3 1,7-3,6
’’ Старение при 1j5 16.0’С. 12 ч. '2 Старение при 170—175 С. 3 ч.
Таблица Г
Физические свойства сплавов в состоянии Т1
Характеристика Температура, °C
20 I 100 200 I 300 400 20-100 20-200 20-300 |100-2001200-3;
Сплав АК8
К Вт/(м-К) 159 168 176 180 180 — - - 1 - —
Со, кДж/Скг-К > - | 0,838 0,880 0,964 1,09 - — 1
а-106, 1 К - — — 22,5 23,6 24,5 1 24,7 26,3J
Сплав АК6
К Вт/(м-К) 176 180 184 184 189 - — —
Ср, кДж/(кг-К) — 0,838 0,88 0,964 1,0 - I. ~ I - — —
а-106, 1/К — - - - 21,4 22,6 23,8 23,7 26,2
Сплав АК6 может успешно деформироваться и в более высоко^
[ературном интервале. Деформация сплава при 505—525°С с непосрс
иной закалкой в воде и последующее старение (высокотемпературная
юмеханическая обработка) приводят к некоторому повышению
[ности и ударной вязкости сплава. В микроструктуре наблюдаете
'ментация внутри зерен, а также уменьшается глубина ободка с рекрис
изованной структурой. Такая обработка является перспективным
процессом.
91
На структуру и механические свойства штамповок влияет вид заго-
товки: слиток или промежуточная прессованная заготовка. Штамповки,
изготовленные из прессованной заготовки, имеют крупнозернистую
аправленную рекристаллизованную структуру, а штамповки, изготовлен-
ные из слитка, имеют мелкокристаллическую нерекристаллизованную
руктуру, соответственно изменяются и механические свойства. Много-
летняя статистика механических свойств штамповок из сплава АК6
называет, что штамповки из сплава АК6, изготовленные из прессован-
ного прутка, имеют более высокие механические свойства (500—520 МПа),
чем те же штамповки, изготовленные из слитка. Такая закономерность
характерна для протяженных узких штамповок, заготовка которых штампу-
ется плашмя, что обеспечивает сохранение механических свойств прессо-
ванного прутка. В табл. 107 приведены механические свойства штамповок
из сплава АК6Т1, изготовленных из прессованных прутков.
Таблица 107
Механические свойства штамповок из сплава АК6Т1, изготовленных
из прессованных прутков
Направление вырезки образца си, МПа со 2, МПа 6. %
509 407 11,6
Продольное 514 513 423 436 14,0 11,2
498 428 10,4
Высотное 433 428 371 369 8,8 7,6
Для литой заготовки существенное влияние на структуру и свойства
поковок имеет схема ковки слитка.
I схема - осадка слитка на галету;
II схема - осадка на галету и вытяжка на высоту заготовки;
III схема - две осадки и две вытяжки на высоту заготовки;
IV схема - три осадки и три вытяжки на высоту заготовки.
Ковка по I и II схемам недостаточно деформирует металл и не
обеспечивает требуемых механических свойств.
Ковка по III и IV схемам обеспечивает требуемые по техническим
условиям механические свойства, при этом уменьшается разброс механи-
ческих свойств.
В зависимости от назначения, условий работы и требований конструк-
ции штамповки и поковки делятся по объему и видам испытания на
пять групп. В табл. 108 приведено деление штамповок и поковок на
группы в зависимости от объема и видов испытания.
Группы контроля штамповок и поковок обязательно указываются в
чертежах и (или) оговариваются в технических условиях.
Одна штамповка или поковка от партии, изготавливаемая впервые
или по новой технологии, подвергается всесторонним исследованиям,
включающим испытание механических свойств, макроструктуры, микро-
Группы контроля поковок и штамповок
Номер группы Виды испытаний, обязательные для приемки Термообработанныс поковки и штамповки Нетсрмооб работа иные поковки н штамповки
механические свойства твердость механические свойства твердость
I Предел прочности, предел текучести, относительное удлинение Испытывают каждую штамповку и поковку Не проверяют Иен ытыв а ют од1 iy штамповку и поковку от партии на термообрабо- тапных образцах Не проверяют
II Предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, твердость по Брипелю Испытывают одну штамповку и поковку от партии Испытывают каждую штамповку и поковку Испытывают одну штамповку и поковку от партии па термообрабо- танных образцах Не проверяют
III Твердость по Брипелю Не проверяют Испытываю! каждую штамповку и поковку Не проверяют Не проверяют
IV Твердость по Брипелю Не проверяют Испытывают 5% штамповок и поковок от партии, по нс менее двух штук. При наличии выпадов исшjтывают каждую штамповку и поковку Не проверяют Не проверяют
Не проверяют Без испытаний Не проверяют Не проверяют
93
структуры и др. Схема всесторонних исследований и контрольных испыта-
ний оговаривается в согласованных чертежах и технических условиях.
Применение. Сплавы АК6 и Акбч используют для ответственных
силовых деталей авиационной техники длительного ресурса, в частности
в крыльях пассажирских самолетов.
Сплав АК6 благодаря высокой пластичности в горячем состоянии
применяют для изготовления штамповок, крыльчаток компрессора,
крыльчаток вентилятора для компрессоров реактивных двигателей, корпус-
ных деталей агрегатов.
Сплав АК8 не нашел широкого применения в отечественном авиа-
строении, хотя его аналог — сплав 2012 — широко применяется за рубежом
че только в виде штампованных, но и катанных и прессованных полуфаб-
рикатов.
Сплав системы Al—Си Mg -Si широко используют в строительстве,
транспорте, электротехнике и других отраслях промышленности.
В табл. 109 приведены сводные данные по сплаву АК6.
1.4 ВЫСОКОПРОЧНЫЕ И
ВЫСОКОМОДУЛЬНЫЕ СПЛАВЫ
1.4.1. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ—ЦИНК—МАГНИЙ—МЕДЬ
(Al-Zn-Mg-Cu)
Бурное развитие авиации в 40-х годах XX столетия потребовало
создания более прочных алюминиевых конструкционных сплавов, чем
дуралюмины системы Al—Си—Mg, которые в то время использовались в
самолетостроении.
Фундаментальные исследования, выполненные академиком И.Н. Фрид-
ляндером с сотрудниками, обеспечили создание высокопрочного сплава
В95 (В-ВИАМ, 95 — завод № 95 в г. Верхняя Салда на Урале), превос-
ходящего серийный сплав Д16 типа дуралюмина.
В дальнейшем по действовавшей буквенно-цифровой маркировке
зысокопрочные сплавы маркировались буквой «В» и последующей цифрой
9. По новой цифровой маркировке первые две цифры сплавов этой
системы - 19.
По маркировке Aluminum Association (США) это сплавы серии 7000, Фран-
ции — сплавы типа A—Z ... G U, Германии — сплавы типа AlZnMgCu ... .
Сплав В95 нашел широкое применение в авиационной промышлен-
ности и послужил основой для разработки гаммы высокопрочных сплавов
системы Al—Zn—Mg—Си. Для нужд атомной промышленности был
разработан и применен более прочный сплав В96Ц, дополнительно лети-
Марка
АК6
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
60
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Твердость:
Плотность, г/см3:
2,75
Относительное удлинение,
%, при температуре:
Ti Ni Примеси
каждая
сумма
Описание:
Сплав алюминия с медью, магнием, кремнием
и железом является одним из основных ковочных
сплавов для изготовления поковок, штамповок,
прессованных заготовок.
Применение:
Ответственные силовые детали авиакосмической
техники, двигателей, строительных конструкций,
наземного транспорта н др.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
Т2 — Искусственное старение
Т — Естественное старение
Отжиг полный
Т,°С
505-525
155-165
195-205
комнатная
380 4?0
Время, ч
10-15
11-13
> 96
Охлаждение
Вода
Воздух
Воздух
Воздух
С.т скоростью 30сС/сек до 260’С, далее на воздухе
95
оованный цирконием, превосходящий сплав В95 по пределу прочности
на 20%, по пределу текучести на 30%.
В дальнейшем был разработан высокопрочный заклепочный сплав
В94, превосходящий по пределу прочности на 15—20% серийные
заклепочные сплавы.
Для изготовления крупногабаритных поковок и штамповок был
создан оригинальный сплав В93 системы Al—Zn—Mg—Си, легированный
небольшим количеством железа. Сплав обладает повышенной прокаливае-
мостью в больших сечениях, однородностью и изотропностью механических
.войств. В дальнейшем работы по сплавам системы Al—Zn Mg—Си были
продолжены, в результате которых были созданы сплавы этой системы
1933, 1980, 1981, 1983, В96Ц1 и особо прочный деформируемый сплав
396ЦЗ.
Химический состав сплавов системы Al—Zn— Mg--Си приведен в
табл. 110.
Алюминиевые сплавы системы Al —Zn—Mg—Си обладают самой
высокой прочностью (оп до 750 ... 800 МПа у прессованных полуфабри-
катов) среди алюминиевых сплавов. Они имеют особенно высокий предел
текучести, который может быть всего на 20—30 МПа ниже временного
тспротпвления и на 40—50% выше, чем предел текучести у сплавов типа
дуралюмин Д16 и др. в наиболее распространенном естественно соста-
ренном состоянии Т.
Как видно из табл. ПО, совершенствование существующих и разра-
ботка новых сплавов системы Al—Zn—Mg—Си шла по двум направлениям:
повышение чистоты сплавов по примесям и оптимизация химического
состава.
На начальном этапе разработки и применения сплавов системы
Al—Zn—Mg-Си основным требованием к этим сплавам было обеспечение
максимальной статической прочности. Химсостав имел широкие допуска
Со содержанию примесей железа и кремния, а термообработка велась на
максимальную прочность Т1 (закалка и искусственное старение). Сплавы
в таком состоянии имели склонность к коррозионному растрескиванию и
эасслаивающей коррозии, повышенную чувствительность к концентрации
напряжения, пониженную пластичность и статическую выносливость.
Возросшие требования к авиационным конструкциям в связи с
..величением габаритов, скорости, долговечности, надежности и экономич-
ности изменили подход к требованиям для высокопрочных сплавов,
которые должны обладать оптимальным комплексом свойств, имея наряду
высокой статической прочностью высокое сопротивление коррозии и
усталости, высокое значение пластичности и трещиностойкости, т.е.
обеспечивать «безопасную повреждаемость» конструкции.
Это достигается ограничением содержания железа, кремния и цинка,
т.е. получением сплавов повышенной и особой чистоты В95пч, В95оч,
393пч, а также дальнейшим совершенствованием и оптимизацией режимов
Марки. Обозначения. Химический состав сплавов системы Al—Zn—Mg—Си
(по ГОСТ 4784-97 и нормативной документации)
Марки. Обозначения Массовая доля элементов О/ /о
Россия ИСО 209-1 Крем- НИЙ Железо Медь Мар- ганец Маг- ний Хром Цинк Титан Цирко- ний Другие элементы Прочие элементы Алюми- НИЙ
буквенно- цифровая циф- ровая буквенно- цифровая циф- ровая каж- дый сум- ма
В90оч — — — 0,1 0,15 1,4- 2,0 0,2- 0,6 1.8- 2,8 0,1 0,25 5,0- 6,5 0,05 ™ 0,05 0,1 Осталь- ное
В95ич — — — 0,1 0,05— 0,25 1,4- 2,0 0,2- 0,6 1,8 - 2,8 0,1- 0,25 5,0- 6,5 0,05 — Никель: 0,1 0,05 0,1 То же
В95 1950 — — 0,5 0,5 1,4- 2,0 0,2— 0,6 1,8- 2,8 0,10 0,25 5,0- 7,0 0,05 — Никель: 0,1 0,05 0,1 -<<-
— — AlZn5,5MgCu 7075 0,40 0,50 1,2- 2,0 0,30 2,1- 2,9 0,18 - 0,28 5,1- 6,1 0,20 — Титам + цирко- ний: 0,25 0,05 0,15 -«-
— — — 7175 0,15 0,20 1,2- 2,0 0,10 2,1- 2,9 0,18- 0,28 5,1- 6,1 0,10 — — 0,05 0,15 -«-
В93пч 1930 — — 0,1 0,2- 0,4 0,8- 1,2 0,1 1,6- 2,2 — 6,5- 73 0,1 — 0,05 0,1
В95-1 — — — 1,5 1,0 1,0- 3,0 0,2- 0,8 0,6- 2,6 0,25 0,8- 2,0 Титан + цирко- ний: 0,20 — Никель: 0,2 0,05 0,2 -«-
В95-2 — — — 1,5 0,9 1,0- 3,0 0,2- 0,8 1,0- 2,8 0,25 2,0- 6,5 Титан + цирко- ний: 0,15 Никель: 0,2 0,05 0,2 -«-
В96Ц В96Ц1 — — — 0,3 0,3 0.4 0,3 2,0- 2,6 2,0 2,6 0,3- 0,8 2,3- 3,0 2,3— 3,0 — 8,0- 9,0 8,0- 9,0 0,05 0,05 0,1- 0,2 0,1- 0,15 — 0,05 0,05 0,1 0,1 -«- -«-
В96ЦЗ — — — 0,1 0,2 1,4- 2,0 — 1.7- 2,3 — 7,6- 8,6 0,05 0,1- 0,2 — - 0,05 0,1 -«-
Примечай и е: Тиган + цирконии ограничивается только дляэкструлироваиных и кованных полуфабрикатов и только в случае, когда
есть договоренность между изготовителем и потребителем.
97
.рмообработки, разработкой новых смягчающих двухступенчатых режи-
мов коагуляционного старения Т2 и ТЗ. При снижении на 10—15% преде-
юв прочности по сравнению с режимом Т1 режимы Т2 и ТЗ обеспечивают
тим сплавам более высокую стойкость к коррозии под напряжением и
'асслаивающей коррозии, по сравнению со сплавами системы Al—Си—Mg.
Упрочнение сплавов системы Al—Zn—Mg—Си осуществляется путем
акалки и искусственного старения, в результате чего прочность сплавов
з трастает в 2—3 раза.
Прочность в термоупрочненном состоянии определяется в основном
.'одержанием цинка и магния, которые из всех легирующих компонентов
? личаются самой высокой растворимостью в алюминии при повышенной
е.мпературе, резко уменьшающейся при охлаждении, и которые вызывают
:ущественное упрочнение как в результате закалки (особенно магний),
ак и старения. Медь в составе промышленных сплавов (содержащих 5—
•% Zn) заметно повышает эффект закалки (за счет легирования твердого
'асгвора), но слабо влияет на эффект старения.
В искусственно состаренном состоянии наибольшая прочность спла-
дэв (оп примерно до 800 МПа) достигается за пределами максимальной
растворимости основных легирующих компонентов. Вблизи границы
власти твердого раствора несколько меньшую прочность сплавов (ов =
“20 ... 740 МПа) можно достичь при содержании 7—8% Zn, 2—3% Mg,
‘.5—2% Си.
В промышленных сплавах предельная верхняя концентрация цинка
магния устанавливается минимально необходимой для обеспечения
желаемого уровня прочности, так как одновременно эти элементы снижают
"частичность, вязкость разрушения, сопротивление коррозии и усталости.
Цинк в большей степени, чем магний, ухудшает сопротивление коррозион-
.о.му растрескиванию под напряжением. Магний наиболее заметно снижает
частичность при содержании выше 2,5%.
При концентрации меди до 2% и цинка 5—10%, медь находится в
ересыщенном твердом растворе и благоприятно влияет на весь основной
комплекс свойств — вызывает прирост прочности, пластичности, эффектив-
ное повышение коррозионной стойкости под напряжением и долговеч-
ности. Она также повышает сопротивление росту трещин усталости,
хюбеино во влажной атмосфере.
В дополнение к основным элементам, все высокопрочные сплавы
легированы различными добавками (десятые доли процента) переходных
металлов (марганца, хрома, циркония, скандия и др.), которые оказывают
□азностороннее влияние на свойства, структуру сплавов и их поведение
три различных технологических обработках. В общем виде эти элементы
повышают прочностные свойства полуфабрикатов, особенно прессованных
пресс-эффект), способствуя созданию перекристаллизованной структуры
•I препятствуя росту зерна, а также эффективно повышают стойкость к
коррозии, сопротивление усталости и вязкость разрушения. Механизм
98
влияния различных добавок имеет много общего и состоит в том, что
они образуют с алюминием пересыщенные твердые растворы при
кристаллизации сплавов в процессе литья слитков и присутствуют в
полуфабрикатах в виде дисперсных интерметаллидов — дисперсоидов
(А16Мп, СгА17), которые являются продуктами распада твердых растворов
при последующих технологических нагревах (гомогенизации, горячей
деформации, закалке). Интерметаллид циркония имеет существенно
меньшие размеры, чем выделения интерметаллидов хрома и марганца.
Цель введения конкретной добавки переходных металлов зависит от
назначения сплавов.
Примеси железа и кремния в алюминиевых сплавах образуют
избыточные нерастворимые интерметаллиды, которые в виде грубых частиц
выделяются из расплава при кристаллизации слитка. Эти частицы
являются концентраторами напряжений, вызывают появление микротре
щин, снижают пластичность, в том числе локальную, вязкость разрушения
и сопротивление усталости. Поэтому были разработаны и широко
применяются высокопрочные сплавы повышенной (пч) и особой (оч)
чистоты с ужесточенным допуском на содержание железа и кремния.
Повышение чистоты сплавов по примесям железа и кремния явилось
радикальным способом повышения характеристик трещиностойкости
практически без снижения прочности. Резко возросла способность сплавог
сопротивляться нагрузкам при сочетании надреза и перекоса и при малы'
радиусах переходов, которые нередко встречаются на практике.
Сплавы высокой чистоты обладают несколько повышенным сопротив-
лением к общей и расслаивающей коррозии.
Впервые сплав В95оч с низким содержанием Fe < 0,15% и Si г 0,1°
внедрен в серийное производство в 1969 г., а ковочный сплав В93пч с
содержанием Si < 0,1% внедрен в 1967 г. Во всех более поздних и
перспективных сплавах с повышенным уровнем прочности (типа B96U
1933, 1973) для аэрокосмической техники содержание железа и кремния
жестко ограничено.
Термическая обработка. Все высокопрочные сплавы системы
Al—Zn—Mg-Cu применяют только в закаленном и искусственно состарен-
ном состоянии.
Допустимые температуры нагрева и охлаждающей воды при закалкь
приведены в табл. 111.
Для фиксации твердого раствора, образованного при высокой темпера-
туре, высокопрочные сплавы требуют сравнительно быстрого охлаждения
Исключение составляет сплав В93 (В93пч), который охлаждают в горячей
воде (75—85° С); вследствие структурных особенностей все характеристики
надежности сохраняются на высоком уровне. Замедление охлаждения при
закалке приводит к ухудшению в первую очередь вязкости разрушения
сопротивления усталости, коррозионной стойкости, а также прочности и
пластичности, особенно в поперечном и высотном (относительно волокна)
направлениях.
99
Таблица 111
Оптимальные параметры закалки полуфабрикатов из высокопрочных сплавов
Сплавы Температура, °C
нагрева ВОДЫ
395,В95пч, В95оч 465-475 10-40
1973 465—475 25-40
393, ВЭЗпч 450-465 75-85
933 460-475 25-40 75-85*
В96Ц-3 460-470 10-40
396Ц-1 460—470 10-40
395, В95пч, В95оч 465-475 До 60*
396Ц-1, В96Ц-3
' Для штамповок я поковок толщиной нс более 30 мм.
Для снижения остаточных напряжений и коробления тонкостенных
деталей с развитой поверхностью типа листовых штамповок, а также дета-
лей после черновой механической обработки из штамповок и плит, рекомен-
дуется охлаждение в водных растворах с полимерными добавками (табл. 112).
Таблица 112
Номенклатура полуфабрикатов для малодеформационной закалки
в полимерных средах
Сплавы Состояние Полуфабрикаты
Вид Предельная толщина, мм
В95пч, В95оч Tl, Т2, ТЗ Т2, ТЗ Листы Плиты 6,0 20,0
1973 Т2, ТЗ Листы 6,0
ВЭЗпч 1933, В95пч, 1973 Т2, ТЗ Штамповки 80,0 50,0
Высокопрочные сплавы нельзя долго сохранять в закаленном состоя-
нии, так как они способны стариться при 20°С. В процессе естественного
-горения сплавы переходят от зонной к фазовой стадии, что сопровож-
дается ухудшением коррозионной стойкости. Это необходимо учитывать
в производстве.
Длительность перерыва между закалкой и искусственным старением
оказывает влияние и на механические свойства сплавов. Естественное
старение в интервале 4—48 ч после закалки приводит к снижению на 30—
40 МПа прочности сплавов типа В95, В96Ц в искусственно состаренном
состоянии. Поэтому для обеспечения максимальных прочностных свойств,
эти сплавы следует подвергать искусственному старению либо непосред-
ственно после закалки (до 4 ч), либо через 48 ч (табл. ИЗ).
Искусственное старение проводится по одноступенчатым или
многоступенчатым режимам. Последние нашли наиболее широкое приме-
нение именно для сплавов Al—Zn—Mg—Си с целью существенного
повышения коррозионной стойкости к КР и РСК при максимально
возможном сохранении уровня прочности.
100
Таблица ИЗ
Типичные режимы старения высокопрочных сплавов
Сплав Полуфабрикаты Состояние Старение
1-я ступень 2-я ступень
Температура, °C Время выдержки, ч Температура, °C Время выдержки, ч
В93, В93пч Все виды Т1 Т2 ТЗ 120 120 120 6 6 6 170 175 185 4 6 5
1933 Кованные, прессованные Т2 ТЗ 110 110 со со 170 180 10 8
В96Ц-3 Прессованные, кованные Т1 Т2 140 115 16 6 165 7
В96Ц Прессованные, штамповки Т1 140 117 16 6 162 7
Т2 115 6 175 7
1973 Все виды Т2 115 8 165 10
В95, В95пч, В95оч Все виды Т1 120 140 120 24 16 3 160 3
Листы, плиты, прессованные профили, прутки Т2 115 5 165 10
Прессованные панели, поковки, штамповки Т2 115 8 170 12
Листы, плиты ТЗ 115 6 -Ч 165 20
Прессованные профили ТЗ 115 5 175 16
Прессованные панели, штам- повки, поковки ТЗ 115 6 180 10
Режим первой ступени выбирают таким образом, чтобы сплавы
находились в стадии зонного старения (при 100—125°С), когда создается
большое количество центров выделений в виде зон Гинье-Престона (Г.П.)
На второй высокотемпературной ступени (160—190°С) на этих зонах
формируются и растут упрочняющие фазы (М, Т) с высокими однород-
ностью и плотностью распределения в отличие от гетерогенного зарожде-
ния фаз (на границах зерен, субграницах, дислокациях, межфазных грани-
цах) при одноступенчатом старении при этих же температурах.
В результате при двухступенчатом старении достигается больший
уровень прочности в сочетании с высокими эксплуатационными характе-
ристиками, чем при старении по одноступенчатому высокотемпературном}
режиму. Основное упрочнение при ступенчатом старении происходит в
процессе выдержки на первой ступени. Вторая ступень определяет главным
образом комплекс характеристик коррозионной стойкости, трещиностой-
кости и усталости. При повышении температуры второй ступени или
увеличении ее продолжительности возрастает стойкость против коррозии
под напряжением, уменьшается склонность к расслаивающей коррозии
101
увеличивается пластичность, повышается вязкость разрушения (KCU, КСТ,
К1с, К.), растет электрическая проводимость.
Режимы старения различных полуфабрикатов назначают в зависи-
мости от требуемого комплекса служебных свойств. Режим Т1 — старение
для достижения максимальной прочности; в этом состоянии сплавы
характеризуются пониженным уровнем коррозионной стойкости, пластич-
ности и вязкости разрушения. Старение по режиму Т1, как правило,
дноступенчатое, но используют и двухступенчатые варианты.
Старение по одноступенчатому режиму Т1 при температуре 140°С
Врнводит к снижению прочностной характеристики на 10—20 МПа по
.равнению с максимально возможными после старения при температуре
' 20°С, но одновременно приводит к некоторому повышению стойкости к
коррозионному растрескиванию под напряжением (КР) и к расслаивающей
хоррозии (РСК). Этот режим рекомендуется использовать для прессован-
ых полуфабрикатов, имеющих большой запас прочности и склонных к
РСК, ввиду перекристаллизованной волокнистой структуры.
Старение по двухступенчатому режиму Т1 также вызывает некоторое
разупрочнение (на 10—30 МПа), но заметно улучшает стойкость к КР и РСК
по сравнению с одноступенчатыми режимами. Поэтому для кованных полу-
фабрикатов практически применяется только этот вариант режима Т1.
«Смягчающее» старение по двухступенчатым режимам Т2, ТЗ с
в .[сокотемпературной второй ступенью приводит к снижению прочностных
.войств сплавов соответственно на 7 и 14%, но обеспечивает резкое
повышение коррозионной стойкости, а также характеристик сопротив-
ления разрушению. В результате существенно повышается надежность и
долговечность работы конструкций.
При назначении конкретных режимов двухступенчатого старения
следует иметь в виду, что чем выше температура старения (в пределах
рекомендованных интервалов), тем меньшее время требуется для дости-
жения одного и того же уровня свойств. Время выдержки на II ступени
старения следует устанавливать также с учетом химического состава, толщи-
1Ы, вида и структуры полуфабриката, объема садки и типа оборудования.
В последнее время для некоторых сплавов (В96Ц-3, 1973) разработаны
грехступенчатые режимы старения Т12, которые позволяют сохранить
высокий уровень прочности (близкий к состоянию Т1) в сочетании с
повышенными характеристиками надежности (вязкость разрушения,
юррозионная стойкость и др.), близкими к состоянию Т2.
В процессе производства полуфабрикатов и деталей методами холод-
юго деформирования для повышения пластичности материала или после
предварительной механической обработки в целях устранения поводок и
коробления высокопрочные сплавы могут подвергаться полному, сокращен-
юму, а также неполному отжигам (табл. 114), которые обеспечивают большую
[ли меньшую степень рекристаллизации, снятия наклепа и упрочнения,
юлученного при закалке и старении, а также снятие остаточных напряжений.
102
Таблица 114
Режимы отжига высокопрочных сплавов
Сплавы Вид отжига Температура, ФС Выдержка, мин Условия охлаждения
В93, В93пч, 1933 Полный 350-430 10-60 Не более 30°С/ч до Т = 150°С, затем па воздухе
В95, В95пч, В95оч, 1973, В96Ц 380-430 10-60*
В93, В93пч, 1933, В95, В95ш. В95оч, 1973, В96Ц Сокращенный 350-370 30-60* На воздухе или в воде
Неполный 250—280 60-240
' Для плакированных листов нс более 20 мин.
Свойства высокопрочных сплавов. Механические свойства. Условие
высокопрочные сплавы Al—Zn—Mg—Си можно разделить на три группы.
В основную группу по объему и разнообразию применения входят
прежде всего сплавы В95, В95пч, В95оч. Они предназначены главны
образом для производства катанных полуфабрикатов (листов, плит), прессо-
ванных полуфабрикатов (профилей широкой номенклатуры, панелей^
полос, прутков) и волоченых полуфабрикатов (проволоки) (табл. 115, 116
Таблица 11 >
Гарантируемые*1 механические свойства листов (направление П)
из высокопрочных сплавов
Сплавы и плакировка Состояние Толщина, мм Ов 0(1.2 б’3, %
МПа
м От 0,5 до 10,5 S 245 — 10
От 0,5 до 1,9 480 400 7
Т1 От 1,9 до 6,0 490 410 7 1
Св. 6,0 до 10,5 490 410 6
От 1,2 до 6,0 520 450 6
В95А, 111111 Св. 6,0 до 10,5 520 45 5
В95пчА, От 0,5 до 1,9 450-530 380-460 8
В95очА*2 Св. 1,9 до 4,5 460-540 380-460 8 1
Т2 Св. 4,5 до 6,0 480-560 400-480 8
Св. 6,0 до 10,5 470-550 390-470 8
От 0,5 до 1,9 430-500 345-420 8
ТЗ Св. 1,9 до 4,5 440-510 355-430 8
Св. 4.5 до 10,5 450-520 375-450 8
м От 0,5 до 10,5 s 255 - 10
От 1,0 до 3,0 490-570 420-500 8
DQC РСКгггг Т2 Св. 3,0 до 6,0 500-580 420-500 8
оУЭПЧ, В95оч*2 Св. 5,0 до 10,5 490-570 420-500 8
От 0,5 до 1,0 450-520 375-450 7
ТЗ Св. 1,0 до 6,0 460-530 380-460 8
Св. 6,0 до 10,5 470-540 390-470 7
Т1 От 0 5 до 1,9 550 490 8(6,
Т2 510-580 450-520 8
1973 Т2 От 6,0 до 10,5 520-590 460-530 8
Прочностные свойства листов, закаленных потребителем из отожженного (М) состояния или
подвергнутых псрезакалке, ниже нримсоно на 10 МПа.
' Удлинение листов из сплава В95оч выше указанных на 1%.
3 6io ~ для состояния М, Т1,6, — для Т2, ТЗ.
’ ПП повышенная прочность._________________________________________________________
Таблица 116
Гарантируемые механические свойства плит из высокопрочных сплавов
Силаны и состояние Состояние Толщина, мм Направление а. б'2, %
МПа
1-95А*1, |В95Б Т1 11-25 и 490 410 4
26-40 490 410 3
41-50 п 470 390 2
в 390 — 2
S 95пч, 3 95нчА Т1 11-25 п 530 460 7
26-50 530 460 6
50-60 520 440 5
61-80 490 420 4
-95нч, 5оч, Ь95пчА - "5очА Т2 11-50 д 510-580 430- 510 7
п 490-580 410-500 7
51-60 п 470—540 380-460 6
61-85 460-530 365—440 6
В95пч ТЗ 11-50 п 470-540 400-480 7
51-60 450-520 365—440 6
61-85 д 450-520 355-440 7
п 440—510 345-430 6
в 420—490 330 -430 4
1973 Т2 45—59 д.. 520-600 450—540 8
п 490-570 430-520 6
в 450-550 — 3
60-90 д 500-570 430—510 8
II 470- 540 410-490 6
в 450-540 — 3
393п ч Т1 40-50 II 490 420 6
в 450 — 3
Поставка в горячекатаппои состоянии, термообработка у заказчика
~6|0для направлении Д п П,о5 — для направления В._____________
Типичные свойства сплавов приведены в табл. 117.
Гарантируемые значения вязкости разрушения и коррозионных
свойств полуфабрикатов из сплавов системы Al—Zn—Mg—Си приведены
^ответственно в табл. 118 и 119.
Сплав В95 был разработан и впервые внедрен в самолетах авиаконст-
>уктора А.Н. Туполева (ТУ-16 и др.) в 40-х годах. От зарубежного варианта
'075 сплав В95 отличается совместной малой добавкой переходных
.тементов-антирекристаллизаторов Мп и Сг.
В современной авиакосмической технике используются только сплавы
195пч и В95оч; для другого назначения (наземный транспорт, строитель-
тво и т.д.) может использоваться сплав В95. Применяют эти сплавы во
сех состояниях термической обработки Tl, Т2, ТЗ; для длительно
ксплуатирующихся конструкций наиболее приемлемо состояние Т2,
эеспечивающее в длинномерных полуфабрикатах сочетание повышенной
рочности, трегциностойкости (табл. 118, 119) и высокой коррозионной
ойкости (табл. 120).
Таблица 1
Гарантируемые механические свойства прессованных полуфабрикатов из
высокопрочных сплавов
Сплавы Полуфабри- каты Состоя- ние Толщина, м.м Направ- ление 2. 1 212 МПа в/
В95, В95пч Профиль (в том числе с законцовкой) м Все значения д S 275 — 1С
Т1(ГП, м>*2 До 5 510 460 -
Св. 5 до 10 520 470 б J
Св. 10 до 75 540 480
Св. 75 до 112 540 470 6 1
Св. 112 до 125 520 450 6 1
В95, В95ич Профиль (в том числе с законцовкой) Т1 До 5 д 510 460 6 1
Св. 5 до 10 530 480
Си. 10 до 75 Св. 75 до 112 550 490 о 1
550 480 61
Св.112 до 125 530 460 6 1
В95, В95пч, В95оч*' Т1 До 125 п 490 450 4(5»]
В 470 — 3.
В95, В95нч Т1П11 До 5 д 530 470 6 1
Св. 5 до 10 550 480 6 1
Св. 10 до 75 570 490 6
Т2 До 80 д 510-590 450-530 / J
Т2 (ГП)*2 До 60 д 490 410 X
п 460 390 6 1
В95ПЧ В95ОЧ Св. 60 д 490 410 8
п 460 390 6 1
в 420 3
До 60 д 500-590 430-530 8 1
п 470-570 410-510 6
Т2*:| Св. 60 д 500-590 430-530 8
п 450-560 410-510 6 _]
в 430-530 — 3
Т2, ПП*3 До 60 д 540-620 460-570 7 J
п 470-570 410-510 4 1
ТЗ До 5 д 460-530 390-460
Св. 5 до 40 480-550 420—490 8
Св. 40 до 75 470—540 400—470 8 |
Св. 75 до 112 460-530 390-460 7
Панель (в том числе с законцовкой) Т1 д 540 490 7"
В95ич п 510 460 б£7 1
д 500-590 430-530 8
В95оч*‘ Т2*3 п 470-570 410-510 6
в 430-530 — 2 1
ТЗ д 460-530 400—470 8 1
1973 Профиль (в том числе с законцовкой) Т2*з До 60 д 530-610 470-550 7
Св. 60 п 500-580 440—520 6 j
в 460-540 — 3
Панель (в том числе с законцовкой) т2*з До 80 д 530 -610 470-550 8
п 510-580 440 -520 6
в 460-540 — 2
В95 Трубы Т1 От 5 до 20 д 490 370 7
Св. 20 до 40 510 400 э
105
Продолжение табл. 117
Сплавы Полуфабри- каты Состоя- ние Толщина, мм Направ- ление Си Со,2 6/', %
МПа
В95 Прутки Т1 От 5 до 22 д 490 390 6
Св. 22 до 100 530 420 6
Св. 100 до 300*2 510 420 5
Св. 300 до 400*2 490 390 4
В95пч 5оч Т1ПП От 10 до 50 560 480 6
Св. 50 до 100 570 490 6
св. 100 до 250*2 560 490 6
В )3ич Св. 250 до 300 550 480 6
Т1, (ГП)*2 От 10 до 130 470 430 6
Св. 130 до 250 450 430 6
Св. 250 до 300 430 390 6
33 ТЗ От 10 до 130*2 450 380 8
Св. 130 до 300*2 440 375 7
От 10 до 100 450 380 8
Для сплава В95оч значения удлинения указаны в скобках.
Поставка без термической обработки, в горячснрсссовашюм состоянии.
Длинномерные (до 30 м) полуфабрикаты.
Таблица 118
Гарантируемые значения вязкости разрушения полуфабрикатов из сплавов системы
Al — Zn — Mg — Си
Сплавы, состояние Полуфабрикаты Толщины, мм Направление К ,г, МПа • я1'2
В95пчТ2 Плиты До 50 ДП 34
395очТ2 До 50 дп 37
В95пчТЗ До 85 ДП 34
ВД 20
973Т2 До 60 ДП 34
Св. 60 до 90 ДП 33
ЕЭ5пчТ2, В95очТ2 Прессованные панели, профили До 60 пд 34
В93пчТ2 Штамповки. ПОКОВКИ До 300 дп 31
ВД 20
ВЭЗпчТЗ До 300 дп 34
ВД 25
93.3Т2 Штамповки До 150 ДП 1 39
ВД 25
I933T3 До 150 ДП 43,5
ВД 25
1933Т22 До 200 ДП 37,5
ВД 22
В95пчТ2 До 100 дп 32,5
ВД 20
В95пчТЗ До 100 дп 35,5
ВД 22
Г В95очТ2 До 100 ДП 35,5
ВД 23
В95очТЗ До 100 дп 39
ВД 25
106
Таблица 119
Гарантируемые коррозионные свойства (не менее) полуфабрикатов из сплавов системы
Al—Zn—Mg—Си в состоянии перестаривания
Сплавы Полуфабрикаты Состояние с*1, МСм/м ак„, МПа, КР»2 РСК*3, балл
В93 В93пч Кованные Т2 23,5 196 2-3
ТЗ 24,5 294 2-3
1933 Кованные, прессованные Т2, Т22 22,5 171 2-4
ТЗ 23,5 245 2-3
В95, В95пч, В95оч Катанные (плиты, листы) Т2 20,7 171 3-4
ТЗ 21,7 245 2-3
Прессованные (профили, панели) Кованные (штамповки, поковки) Т2 21,0 171 2-4
ТЗ 22,0 245 2-3
1973 Все виды Т2 22,0 147 4-5
ТЗ 23,0 167 3-4
В96Ц-3 Прессованные (профили, панели) Штамповки Т12 205 110 3-4
Т2 21,5 171 2-4
ТЗ 22.5 245 ДдЗ
1 На плакированных листах и пятах измерение электрической проводимости выполняется нос
удаления плакировки механической обработкой или травлением.
' Определяется при толщине полуфабрикатов более 20 мм в высотном направлении (ВД) по
ГОСТ 9.019-74.
J Предельный уровень РСК для всех сплавов и состояний - 5 баллов; в таблице указаны типичны
значения; методики и оценка ио ГОСТ 9.904.-82.
Сплавы В95пчТ2, ТЗ; В95очТ2, ТЗ по комплексу свойств обладают
рядом преимуществ перед сплавами системы Al-Cu-Mg (Д16ч, 1163.
1161). Они имеют большую прочность, значительно более высокую
коррозионную стойкость, достаточную вязкость разрушения и близки к
сплавам типа дуралюмин по статической выносливости (табл. 121).
Типичный диапазон временного сопротивления полуфабрикатов В95
В95пч, В95оч 500—600 МПа. Верхнее значение относится к прессованным
полуфабрикатам (маркировка ПП), отличающимся преимущественно
перекристаллизованной структурой.
Для крупногабаритных массивных полуфабрикатов нашел применение
сплав 1973, который содержит добавку Zr (вместо Мп и Сг) и имее
несколько другое соотношение Zn, Mg и Си по сравнению со сплавами
типа В95. Сплав превосходит последние по прочностным свойствам в
массивных сечениях (s = 80 мм) вследствие лучшей прокаливаемости и
более тонкой перекристаллизованной структуры, а также обладает лучшия
сопротивлением малоцикловой усталости при несколько меньших
пластичности и сопротивлении РСК и КР.
При эксплуатации массивные детали сложной формы, изготовленные
из высокопрочных сплавов В93, В93пч, 1933, В95пч, В95оч, штамповок и
поковок, могут быть нагружены в высотном относительно волокна направ-
лении. Эти сплавы применяют преимущественно в состояниях Т2 и ТЗ,
олуфабрикатов из высокопрочных сплавов системы Al—Zn—Mg—Си
l.itxunia 120
Сплав, полуфабрикат Тип структуры Состо- яние Направление вырезки образца св МПа ос,, МПа б, % К,с, МПа • м,/г лг, циклы о,„, МПа
В9511Ч, В95оч, листы холоди окатанны с плакированные толщиной 0,5—1,9 мм Рскристалл и зован иая Т1 Т2 п п 482 450- 530 402 380-450 7,0 8,0 — — —
В95пч, В95оч, листы горячекатанные подлакированные толщиной 6,0- 10 мм 11 рсиму щест вен н о рскри ста лл пзован нал Т2 п 490 570 420-500 8,0 84,3*790,6 150*2 --
В95пч, В95оч, плиты Частично рекристаллизованная Т2 ТЗ п п 470-540 450-520 380 —460 365 440 7,0 7,0 34,6/37,4 *2 -/40,8*2 150*2 130*2 170*3 294*3
В9511Ч, В95оч, панели прессованные Преимущественно нерскр.1юталлизован нал Т1 Т2 ТЗ д д д 540 500 570 460 530 490 430-500 400- 470 7,0 8,0 8,0 -/31,4*2 34,6/41,8*2 42,0/46,6*2 170 170 170*3 294*3
В95пч, В95оч, поковки, Частично ТЗ д 440 510 371 440 7,0 34,6/37,4*2 160 —
штамповки рскри сталл изован н ая в 412 481 353 422 2,0 18,9/23,7*2 — 294
ВЭЗпч, поковки, Смешанная Т2 д 432-500 392-470 7,0 31,4 130 —
штамповки в 432 500 392-470 3,0 18,9 — 196
ТЗ .1 412 480 33.3 4 12 8,0 34,6 130 —
ТЗ в 412 480 833 412 4,0 25,1 - 294
1933 с Zr, поковки. П реи м v nice r вен но тч 71 440 510 372 440 8,0 41,0 160 -
штамповки перекристаллизован ная В 121 500 353 422 3,0 25,4 — 294
В96цЗ. штамповки То же ТЗ л в 490 578 451-539 421 10 402-490 7,0 2,0 31,4 20,4 160 294
В96Ц1, прессованные профили Перекристаллизованная Т2 Д 608-676 559-637 6 25,1 180 294*3
Примечания:*1 К1с определялся на продольных образцах шириной 200 мм.
*2 о плит, панелей, профилей при коррозионных испытаниях определяло' !, в высотном направлении.
*3 о плит, панелей и профилей определялось в высотном направлении. В числителе приведены значения К|(. для сплавов «пч», в
знаменателе - для сплавов «оч>>; значения К)с и N для плит и листов определялись в продольном направлении.
108
обеспечивающих высокое сопротивление коррозии под напряжением и
расслаивающей коррозии, а также повышенную трещиностойкость (вяз
кость разрушения, сопротивление росту, трещин усталости) (табл. 122).
Часто экономически целесообразно крупногабаритные детали сложно г
формы изготовлять из массивных поковок. В этом случае с учетом ограни-
чений по прокаливаемости термическую обработку деталей проводят поел
предварительной механической обработки, оставляя припуск на оконча-
тельную механическую обработку.
Таблица 1_
Сравнительные типичные свойства прессованных панелей из сплавов В95очТ2 и 1163Т
в продольном направлении
Характеристика В95очТ2 1163T
о„, МПа 540-560 490-510
<jn,, МПа 470-490 360-380
6, % 11-13 13-15
N • 103, (МЦУ)*' 160 180
К' , МПа • м'/2 140 140
с,,,*2, МПа (КР) 171 50
РСК, балл 2-3 5-7
*' о111ах - 157 МПа; R - 0.1; 1 - 3 Гц. * Высотние направление.
Сплавы В93 и В93пч являются наиболее технологичными из серийнь
сплавов системы Al- Zn -Mg—Си при литье, обработке давлением и терми-
ческой обработке. Уровень прочностных характеристик кованных полуфаб
рикатов из сплавов типа В93 не зависит от направления волокна (табл. 123
Благодаря низкой критической скорости охлаждения при закалка
(3°С/с), связанной с особенностями легирования, кованные полуфабрикат -
из сплавов типа В93 хорошо прокаливаются в сечениях толщиной да
150 мм при охлаждении в воде с температурой 75—85°С. Это позволяе
существенно снизить закалочные напряжения, поводки и коробления -
изделиях.
Исходя из уровня эксплуатационных характеристик и технологичес
ких свойств, сплавы В93пч и В93 целесообразно использовать для изготов
ления крупногабаритных поковок и сложных штамповок толщиной 150—
300 мм, при закалке которых в холодной воде (Т = 20 ... 40°С) возникая
значительные остаточные напряжения.
В аэрокосмической технике применяется только сплав В93пч повы
шенной чистоты по примеси Si. Для наземного транспорта и в други
отраслях народного хозяйства может быть использован сплав В93.
Ковочный сплав 1933 дополнительно легированный цирконием, имес
более высокие прочностные характеристики, вязкость разрушения
сопротивление развитию трещин усталости при сопоставимой коррозион-
ной стойкости по сравнению со сплавом В93пч (В93). Однако он уступае
1.|6>11иы 122
Типичные свойства полуфабрикатов из высокопрочных сплавов системы Л1 Zn Mg Со
Сплавы Состояние*2 Тол пиша s, мм Д П В НВ
о в | О0.2 6. % о. 6, % О„ б, %
МПа МПа МПа
В9311Ч*3 Т1 До 150; Св. 150 до 300 470 430 6 470 430 (420) 4 170 — 2 123
Т2 До 150 440-510 400- 480 8121 440- 510 400-480 5 (4) 440-510 — 3 108
Св. 150 до 300 430 500 390 - 470 7X61 430-500 390 470 5 (4) 430- 500 3 108
ТЗ До 150 410- 480 330 410 9X81 410- 480 330 410 6(5) 410 480 4 98
Св. 150 до 300 410-480 (410- 470) 330-410 (330-390) 8(7) 410- 480 (410- 470) 330- 410 (330- 390) 6(5) 410- 480 (410—470) 4 98
1933 Т22 До 280 510-600 470-540 7 500-570 460-520 5 500-570 — 4 128
Т2 До 150 490-580 (480-570) 440 530 (430-520) 7(6) 470-550 (460-540) 430- 510 (420-500) 5 0) 460-530 — 2,5 118
Св. 150 до 200 480-570 430- 520 7(6) 470-550 (460- 540) 430-510 (420 -500) 4 (3,5) 460-530 — 2,0 118
ТЗ До 150 440- 530 (430 520) 380-480 (370-470) 8(7) 430-530 (420 520) 370- 470 (360- 460) 6 (5) 410 490 3 118
Св. 150 до 200 440 530 (430-520) 380 480 (370-470) 8(7) 430-530 (420- 520) 370- 470 (360 460) 5 (4) 410-490 — 2,5 118
В95, В9511Ч, В95оч*4 Т1 До 75 510 (490) 430 (410) 6 450 (440) 4 (3) 410 (390) - 3(2) 123
Св. 75 до 150 510 (490) 130 (410) 6X51 450 (440) 4 (3) 410 (390) — 2 123
Т2 До 75 490- -580 (480 570) 430-520 (410 490) 6 170-550 (460- 540) 410—490 (400- 480) 4 450-520 (440-520) 400—470 (390 470) 2 118
Св. 75 до 100 480- 570 (470-560) 420- 510 (400- 480) 6 460- 540 410 490 (390-470) 4 (3) 450 520 (440-520) 390- 470 2 118
Св. 100 до 125 (450-540) (390-470) (6) (440 520) (370-450) (3) (420-500) (380-460) (2) 118
ТЗ До 75 450-520 380- 450 7 440—510 370—440 5(4) 420- 490 (410- 480) 360-430 (355-420) 3 108
Св. 75 до 100 440—510 375- 440 7 430-500 365 430 4 (3) 410—480 350 420 (345 410) 2 108
В95оч*4 Св. 100 до 125 (420 490) (365 430) (410—480) (345- 410) (3) (390-460) (345 410) (2) 108
Св. 125 до 150 (410-480) (365 430) (7) (400- 470) (345 410) (3) (390 460) (345- 410) (2) 108
1 В случае отличия значения для поковок указаны в скобках
’2 Без термической обработки поставляют нпампивки следующих толщин: св. 150 мм из сплавов В93пч и 1933. св. 100 мм - из сплавов В95пч, 1395оч.
*л Для штамповок из сплава В93нч массой до 30 ki во всех состояниях показатели ап, на 10 МПа выше указанных.
*4 Для полуфабрикатов из сплава В95оч значения д примерно на ОД- 1% выше указанных,
110
последнему по технологичности, особенно по прокаливаемости. Поэте*
сплав 1933 в состояниях Т2 и ТЗ применяют для кованных изделий (1
том числе крупногабаритных), в которых требуются повышенная прочное
и вязкость разрушения (по сравнению со сплавом В93пч). Кованны
полуфабрикаты из сплава 1933 в состоянии Т22, сочетающем элемент
низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) со старение
при пониженной температуре, обладают более высокими прочностью |
пластичностью в высотном направлении, чем в состоянии Т2, прл
одинаковой коррозионной стойкости.
Таблица 129
Типичные свойства кованных полуфабрикатов из высокопрочных сплавов
Сплав, 6„ % кси кст к1с, N • 10"
состояние МПа Дж/СМ2 МПа • м1' МЦУ*
В93пчТ2 д 475 435 450 11 15 7 34,5 120
В 465 435 450 7 6 4 24,0 — 1
ВЭЗпчТЗ д 440 375 355 12 20 15 37,7 130
в 440 375 355 8 10 8 26,4 —
1933Т2 д 520 480 490 12 26 18 42,5 140
в 490 450 — 4 8 8 31,1 —
1933T3 д 480 425 440 13 30 20 50,1 13G
в 450 410 400 6 12 10 33,8 — я
1933Т22 д 540 490 490 и । 16 8 39,4 17С
в 510 470 — 8 5 3 31,1 — 1
01981Т2 д 540 490 — 12 26 — 47,0 170
в 530 480 8 10 — 33,8 — 1
В95очТЗ д 520 430 480 14 19 12 42,5 130
В 490 420 480 11 5 3 26,4 —
4 К, - 2,6; f = ЗГц; сп,„-= 157 МПа
Из сплава 1933 изготовляют также прессованные профили, альтерн
тивпые длинномерным штамповкам с массивным компактным сечение
Свойства этих профилей несколько выше свойств штамповок из сила
1933T3. Прессованные прутки из сплавов В93пч и 1933, как правил*
используют в качестве заготовок для изготовления мелких штамповок
условиях машиностроительных заводов.
Эксплуатационные свойства сплавов В95пч, В95оч в виде ко ванн ц
полуфабрикатов близки к сплаву 1933, но по прокаливаемости и техноло-
гичности последний имеет некоторые преимущества. Поэтому сплавы
В95пч и В95оч применяют для изготовления кованных полуфабрикате
средних размеров толщиной до 100—125 мм.
Особопрочные, сильнолегированные сплавы типа В96Ц, в которьч-
был введен цирконий (вместо Мп и Сг), являющийся более сильны
антирекристаллизатором (способствуя получению преимущественно пере
кристаллизованной структуры), обеспечивает лучшую прокаливаемость, а
также большую пластичность (особенно локальную, в частности относи-
тельное сужение). Главная задача при разработке состояла во введени
эффективно действующего количества циркония (0,10—0,16%) беэ
Ill
образования в слитках первичных интерметаллических соединений ZrAl3.
При содержании Zr менее 0,08—0,1% его влияние на структуру и свой-
ства сплава уменьшается: растет зерно, увеличивается степень рекристал-
лизации, ухудшается ряд характеристик.
Особопрочные сплавы выпускают в виде прессованных и кованных
олуфабрикатов (табл. 124). Типичный диапазон временного сопротивле-
ния 600—700 МПа, при близком к нему диапазоне предела текучести.
Самой большой прочностью отличается наиболее легированный сплав
В96Ц-1. В состоянии перестаривания Т2 профили из этого сплава
обладают хорошим комплексом эксплуатационных свойств.
Таблица 124
Гарантируемые механические свойства* полуфабрикатов из особопрочных
сплавов типа В96Ц
Сплав Полуфабрикаты Состоя- ние Толщина, мм Направ- ление dn | 00,2 МПа 6, % НВ
Э6Ц-3 Прессованные профили (панели) Т12 Т2 До 75 д 640/630 620/610 7 —
590/570 560/540 8
Штамповки (поковки) Т1 До 80 д 620/590 570/540 5/4 170
п 550/540 490 3/2
ТЗ До 80 д 540-610 470-510 6 150
п 520/590 450—520 4
В 500-570 450-520 1,5
В96Ц Прессованные прутки Т1 010-100 д 635 590 5
Штамповки До 50 д 640 600 4
16Ц-1 Прессованные профили, прутки Т2 6-40 д 650 620 7 —
Т1 685 645 5 —
* В числителе для профилей ~ в знаменателе для панелей.
Имеется положительный опыт многолетнего применения сплава
В96Ц-3, разработанного в 1970 г. и отличающегося хорошей технологичес-
кой пластичностью.
Прессованные панели и профили из сплава В96Ц-3 в состояниях Т2
и Т12 имеют хорошее сочетание прочности при растяжении и сжатии,
1язкости разрушения, сопротивления усталости и коррозии. Сплав перспек-
тивен для сжатых зон конструкции самолетов (верхняя обшивка крыла и
др.) и других конструкций взамен сплавов В95оч (пч), 1973, превосходя
их по прочности на 10—15% и тем самым повышая весовую эффектив-
ность изделий.
В табл. 125 приведены данные по свойствам сплавов при повышен-
ных и пониженных температурах.
Усталость. У алюминиевых деформируемых сплавов наблюдается
некоторое увеличение сопротивления усталости с ростом статической
прочности. И поэтому в отсутствии концентраторов напряжений высоко-
прочные сплавы системы Al —Zn —Mg—Си имеют наибольшую
усталостную прочность. Однако при наличии конструкционных и других
концентраторов (отверстий, переходов сечений, глубоких рисок и т.п.)
112
высокопрочные сплавы более чувствительны к действию циклических
нагрузок, чем дуралюмины (Д16Т, 1163Т).
Таблица 125
Механические свойства высокопрочных сплавов при повышенных температурах
Сплавы, Состояние Температура Са о, %
полуфабрикаты испытания, 'С МПа
20 550 470 13
Т1 100 500 440 И
150 470 390 16
200 340 290 16
20 520 450 И
В95, В95пч, 100 450 400 9
ЛИСТЫ 150 430 370 12
200 310 290 16
20 480 400 И
100 440 380 9
1 а 150 380 350 14
200 310 280 16
20 600 — 10
Т1 100 550 13
150 500 19
В95, В95пч. 200 380 — 19
плиты 20 520 — 11
100 460 — 14
1 о 150 400 18
200 330 22
20 600 550 6
100 540 490 6
Т1 125 520 480 6
150 430 390 7
В95, В95лч, 200 320 290 7
прессованные 20 550 470 12
полуфабрикаты Т2 100 460 420 13
150 440 410 17
20 510 450 12
ТЗ 125 430 400 13
150 430 400 18
20 530 460 12
В95, В95пч, Т2 125 420 390 16
В95оч, 150 360 340 18
ПОКОВКИ, 20 500 430 7
штамповки ТЗ 125 410 350 8
150 400 340 9
20 460 430 7
1 Z 125 380 360 И
В93, В93пч, 20 450 350 10
ПОКОВКИ, 100 330 300 12
штамповки ТЗ 125 330 300 12
150 320 290 13
200 270 230 14
20 530 490 12
1933 Т2 125 150 420 370 400 15 15
поковки, 20 460 400 12
штамповки ТЗ 100 400 380 14
125 400 380 16
113
Продолжение табл. 125
Сплавы, полуфабрикаты Состояние Температура испытания, "С <? 6, %
МПа
1933, прессованные олуфабрикаты ТЗ 20 125 150 200 510 410 390 340 460 14 16 20 18
1973, ^плакированные тисты, плиты Т2 20 100 125 150 560 500 480 440 520 480 450 425 12 14 15 16
1973, плиты ТЗ 20 125 150 530 430 400 480 400 360 12 14 15
В96Ц, профиль прессованный Т1 20 100 125 150 650 570 530 500 620 540 500 470 7 6 6 7
В96Ц-3 поковки, штамповки Т1 20 125 150 200 620 550 510 400 590 520 480 8 8 10 10
ТЗ 20 200 550 360 510 12 13
Достигнутое в последние десятилетия значительное улучшение струк-
туры существующих и вновь разработанных сплавов (за счет оптимизации
составов по легирующим компонентам и примесям, режимам деформации
и старения) заметно повысило показатели малоцикловой усталости,
которой подвержены силовые элементы каркаса самолетов, а также судов,
железнодорожных вагонов и др.
Сопротивление усталости сплавов В95пч и В95оч повышенной и
особой чистоты по содержанию примесей выше, чем у сплава В95 обычной
чистоты.
Показатели усталости высокопрочных сплавов в состояниях Т1 и Т2
близки. Старение по режиму ТЗ, приводящее к разупрочнению на 10—
15%, может несколько снизить выносливость, особенно при низких уровнях
переменных напряжений. В среднем интервале напряжений (150—200
МПа), когда превалирует благоприятное влияние режима ТЗ на замедление
роста усталостной трещины, общая долговечность может не снижаться и
даже повышаться.
В табл. 126 и 127 приведены данные по пределам длительной проч-
ности и ползучести высокопрочных сплавов.
Упругие и физические свойства высокопрочных сплавов приведены
в табл. 128-132.
114
Таблица12fl
Пределы длительной прочности и ползучести высокопрочных сплавов
Сплавы, полуфабрикаты Состояние Температура Рм. 1 с
испытания,, *С МПа
100 390 340 320 290
Т1 150 220 130 180 110
В95, В95пч, 200 100 65 60 40
ЛИСТЫ, ПЛИТЫ 100 350 330 310
Т2 125 310 — 290 —
150 240 190 —
В95, В95пч, В95оч, прессованные пол уфабрикаты Т2 125 150 340 240 — 280 190 —
В95, В95пч, поковки, штамповки Т2 150 175 250 160 180"1 200 130 140"
ТЗ 150 230 — 180 —
Т1 100 400 360 — —
В93, ВЭЗпч. Т2 100 330 — — —
поковки, штамповки ТЗ 125 150 250 220 — 230 200 —
1933, поковки, штамповки Т2, ТЗ 125 270 — 240 —
Т1 125 350 — — — I
В96Ц-3, штамповки 125 300 260 — —
1 150 250 — — —
100 370 340 —
1973, листы, плиты Т2 125 330 — 290 —
150 240 — 180
°5О0
'2 гг
___
Коррозионная стойкость. По общей коррозионной стойкости высок
прочные алюминиевые сплавы сопоставимы с дуралюминами, но в отлич!
от последних они менее чувствительны к межкристаллитной коррозии
существенно превосходят их по сопротивлению расслаивающей корроз
и коррозионному растрескиванию в состояниях Т2 и ТЗ.
В состоянии максимальной прочности Т1 высокопрочные сплав
склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением КР (а
50 ... 70 МПа) и к расслаивающей коррозии РСК (до 7—8-го балла).
Расслаивающей коррозии подвержены в большей степени тонн
прессованные полуфабрикаты типа профилей и толстые листы и плиты
преимущественно перекристаллизованной волокнистой структурой,
меньшей степени — массивные поковки, штамповки и толстые плил
панели с частично рекристаллизованной структурой в состоянии Т1.
После старения по смягчающим режимам Т2 и ТЗ высокопрочн
сплавы практически не чувствительны к этим видам коррозии и урове
окр в 3—5 раз выше, чем в состоянии Т1, а расслаивающая коррог
оценивается баллами 2—4. Чувствительность коррозионной стойкое
сплавов к скорости охлаждения при закалке в состояниях Т2 и
существенно ниже, чем в Т1.
115
Таблица 127
Свойства высокопрочных сплавов при низких температурах
Сплавы, полуфабрикаты Состояние Характеристики Температура испытания, *С
20 -70 -196
о,,, МПа 520 560 640
Е>95, В95пч, Т1 а012, МПа S, % 440 14 470 12 520 9
ЛИСТЫ
н 1 ° 9/° в 1,0 0,97 0,78
а„, МПа 600 620 750
Т1 о0'л МПа 550 560 640
В95, В95пч, б, % 8 8 7
о„, МПа 560 597 —
грессовашиые
полуфабрикаты Т2 о0.2, МПа 6, % 500 10 522 10
н *2 ° с/°« 0,75 0,98
о„, МПа 560 590 —
>973. листы Т2 Оо 2, МПа 5, % 510 12 550 11,5
КСТ, Дж/см2 5,6 3,5
о„, МПа 490 520 580
ВУЗ. ВЭЗпч, Т1 Оса, МПа б, % 450 7 470 8 530 6
поковки, штамповки
" , л ° в/° в 1,45 — 1,45
о„, МПа 450 470 —
о0 ), МПа 370 380
В93, ВЭЗпч, ТЗ 6, % И 8
поковки, штамповки * , '2
° в 1,45 1,20
КСТ, Дж/см2 15 15
о,„ МПа 480 510 —
1933, поковки, штамповки ТЗ Оо,2. МПа 5, % 420 13 440 12
КСТ, Дж/см2 21 __ 18
* При К, 2.6 *' При К| - 4,0
Таблица 128
Типичные упругие свойства* полуфабрикатов из высокопрочных сплавов
Сплавы Состояние Полуфабрикаты Направление Е 1 Е,_
ГПа
Листы плакированные П 67,0 69,0
В95, Tl, Т2, ТЗ Листы ненлакированные п 70,6 72,0
В95ич Прессованные и кованные полуфабрикаты, катанные плиты Д 70,6 72,5
ВЭЗпч Т1.Т2, ТЗ Поковки, штамповки, плиты Д 70,6 72,0
В96Ц Т1 Штамповки, профили Д 70,6 72,5
В96Ц-3 Tl, Т2, ТЗ Штамповки, профили Д 70,6 72,5
1933 Т2, ТЗ Поковки, штамповки Д, П, В 69,6 71,5
У всех указанных сплавов G - 26,5 ГПа, р & 0,33.
116
Таблица 129
Плотность, кг/м3, высокопрочных сплавов
В93, В93пч 1933 В95, В95пч, В95оч В96Ц В96Ц-3 1973
2840 2830 2850 2890 2870 2850
Таблица 130
Удельная теплоемкость, кДж/(кг • К), высокопрочных сплавов
Сплавы Температура, °C
20 100 200 300 400
В93, В93пч, 1933 0,835 0,880 0,964 1,05 1,13
В95, В95пч, В95оч, 1973 — 0,922 1,000 1,05 1,09
В96Ц 0,796 0,880 0,963 1,05 1,09
В96Ц-3 —- 0,900 1,000 1,13 1,25
Таблица 131
Теплопроводность, Вт/(м К), высокопрочных сплавов
Сплавы Температупа,”С
25 100 200 300 400
В93, ВЭЗпч, 1933 163 168 172 168 163
В95, В95пч, В95оч 155 159 163 163 159
1973 133 136 142 155
В96Ц 122 134 151 163 —
В96Ц-3 142 151 163 172 163
Таблица 1
Коэффициент линейного расширения а 106, 1/К, высокопрочных сплавов
Сплавы, состояние Температура, *С
20—100 20-200 100-200
В93Т1, В93пчТ1 24,1 25,5 26,8
1933T3 24,3 25,4 26,4
В95Т1, В95пчТ1, В95очТ1 23,1 24,1 25,1
В96ЦТ1 24,6 25,4 262
В отличие от сплавов других систем у высокопрочных сплавов сущест
вует четкая корреляция между удельной электрической проводностью и
коррозионной стойкостью. Поэтому для оценки коррозионной стойкое
сплавов, обработанных по смягчающим режимам старения, в серийно
производстве проводят замеры электрической проводимости. Это позвол
ет поставлять полуфабрикаты из высокопрочных сплавов в состояниях Т.
и ТЗ с гарантированным в технических условиях (наряду с механичеа
кими свойствами) уровнем коррозионной стойкости (о , РСК).
В случае необходимости проводятся прямые коррозионные испытания -
при толщине полуфабрикатов свыше 20 мм (штамповки, поковки, пли1
профили) — на склонность к коррозионному растрескиванию под напряже-
нием, при толщине полуфабрикатов менее 20 мм (листы, тонкие пане
профили, плиты) — на чувствительность к расслаивающей коррозии.
117
Технологические свойства. Для эффективного применения высоко-
прочных алюминиевых деформируемых сплавов предъявляются высокие
требования к технологии изготовления полуфабрикатов на металлургичес-
ких заводах, а также деталей и конструкций на машиностроительных
заводах (формообразованию, обработке резанием, поверхностному упрочне-
нию, клепке, сборке).
Наибольшую пластичность высокопрочные сплавы так же, как и
многие другие алюминиевые термически упрочняемые сплавы, имеют в
отожженном и свежезакаленном состояниях. Поэтому операции формо-
образования, особенно характерные для деталей из катанных и прессован-
ных полуфабрикатов (гибка, штамповка, обтяжка, подсечка и др.), проводят-
:я в этих состояниях (табл. 133). Удовлетворительная пластичность
сохраняется после закалки примерно в течение 6 ч при 20°С и в течение
более длительного периода при низких температурах (-5 ... -25°С) при
использовании холодильных камер.
Таблица 133
Показатели штампуемости высокопрочных листов толщиной s = 1,5 ... 2,0 мм
Сплавы Состояние R-min K„, K„rt Kml, %
В95пч, В95оч м Свежезакалепиое Т1 Т2 ТЗ 1,5—1,7s 1,8—2s 4—5s 4s 3s 1,75-1,85 1,7-1,8 1.8 1,8 1,4-1,6 1,3-1,5 12-15 10-12
1973 м- Свежезакалепиое Т2 1,5-1,7s 1,8—2s 4s 1,75-1,85 1,7-1,8 1,4-1,6 1,3-1,5 12-15 10-13
Для получения листовых профилей (швеллерных, Z-образных, уголко-
вых и др.) с малыми относительными радиусами гиба (RmiI1== Is) и соответ-
ственно с большей жесткостью применяют прогрессивный метод стеснен-
ного изгиба. Он характеризуется приложением в очаге деформации
"жимающих сил, что предотвращает разрушение зоны сгиба, в том числе
.малопластичного материала.
В искусственно состаренных состояниях (особенно в состоянии
максимальной прочности Т1) высокопрочные полуфабрикаты имеют
невысокую пластичность и поэтому допускается их незначительная
: еформация. Холодная деформация снижает сопротивление малоцикловой
усталости и другие механические свойства. Практически в этих состояниях
можно изготовлять детали (типа обшивок из листов, плит, панелей, типа
стрингеров из профилей и др.) несложной формы с плавными обводами,
а также можно проводить правку и доводку с ограниченной степенью
деформации.
Существенное повышение показателей технологической пластичности
происходит при применении режимов смягчающего старения (Т2, ТЗ и
др.), а также высокочистых сплавов по примесям железа и кремния (пч,
118
оч). Это обусловлено в значительной мере ростом локальной пластичность
сплавов: сосредоточенного удлинения.
Деформирование высокопрочных термически упрочненных сплаве
облегчается при использовании повышенных температур. При проведени
технологических операций с подогревом деталь и оснастку нагревают д
температур = 150°С, не превышающих температуру искусственного старели,
сплавов.
Для сохранения конфигурации и стабильности размеров деталей пос.т-
процессов формообразования или после черновой механической обработка
эффективным является замедление и повышение равномерности охлажде-
ния при закалке в горячей воде или в водных растворах полимеров.
Снижению остаточных технологических напряжений и поводо
способствуют повышенные температуры (160—180°С) многоступенчат!®
режимов смягчающего старения высокопрочных сплавов. Процессе
релаксации начинаются примерно при 100°С; наблюдается температурн
временное отставание объемного процесса разупрочнения сплавов о-
процесса релаксации напряжений, что обеспечивает возможность
практического применения релаксационных нагревов в определенный
предо tax без потери прочности. Так, при нагреве сплавов В95пч, В95<
до 10 ч при 165—175°С на второй ступени старения по режимам Т2 и ТЯ
по сравнению с одноступенчатым нагревом при 120—140°С по режил
Т"1 дополнительное снижение остаточных объемных (закалочных •
напряжений составляет около 20%, поверхностных (вследствие обработк
резанием и т.п.) — около 30—40%.
Обрабатываемость резанием высокопрочных сплавов хороша-'.
Особопрочные сплавы типа В96Ц хорошо полируются, и при определенный
условиях достигается блестящая зеркальная поверхность.
Однако при операциях резания термообработанных полуфабрикатов
не допускается нагрев их поверхности от инструментов выше 100—120с(Я
во избежание разупрочнения материала. Наибольшее влияние н.
возможность разогрева оказывают затупление инструмента и повышенн
подача. Регламентация режимов резания и состояние инструмента
необходимы также для ограничения появления поверхностных остаточн’ а.
напряжений (в том числе неблагоприятных растягивающих), которые
могут отрицательно влиять на свойства, вызывать поводки и нестаби.
нос^ь размеров, особенно тонкостенных и точных деталей. Например. I
особопрочных сплавах типа В96Ц, отличающихся высоким пределов
текучести, сжимающие напряжения после точения достигают 400 МП»
при глубине залегания до 350 мкм с возможным переходом у самой повер с
ности на глубине 10—50 мкм в растягивающие, равные 100—120 МП
В результате условный предел текучести может снижаться примерно М'
10% (табл. 134).
119
Таблица 134
Остаточные тангенциальные сжимающие (о™ ) и растягивающие (сф)ф ) напряжения
после точения и свойства сплава В96ЦТ1
Износ резца, мм еж ° ост ССТ «па Со,2 Ов
значение, МПа глубина залегания, .мкм МПа
0,05 50-60 100 — 575 650
0,15 150-160 200 10 560 645
0,30 180-220 250 50 530 640
0,40 200-240 300 70 510 635
Поскольку детали с необработанными поверхностями (т.е. с поверхнос-
тями металлургических полуфабрикатов) обладают более высокими
эксплуатационными характеристиками, рекомендуется максимально
уменьшать площадь обрабатываемых резанием поверхностей штамповок,
профилей, панелей, плит, листов.
К шероховатости поверхности (в том числе стенок отверстий под
крепеж, обработанных резанием), предъявляются высокие требования. Как
правило, необходимо, чтобы параметр шероховатости Ra < 2,5 мкм. Чем
меньше шероховатость, тем меньше концентрация напряжений, тем выше
жшЛуатационные свойства, особенно в условиях циклического нагруже-
ния. Поперечные царапины глубиной более 0,02 мм, практически не влияя
ia статическую прочность, могут снизить усталостную долговечность на
50%.
При маркировке высокопрочных сплавов следует использовать клейма
с плавными очертаниями рельефа и ограничителями глубины.
Высокопрочные сплавы системы Al—Zn—Mg—Си являются несвари-
ваемыми. Они ограниченно свариваются точечной и роликовой сваркой.
В конструкциях применяют клепаные, болтовые и клеевые соедине-
ния.
При применении высокопрочных алюминиевых сплавов следует
учитывать, что они так же, как и высокопрочные сплавы на основе других
металлов, чувствительны к концентраторам напряжений, особенно при
: временных нагрузках. Поэтому одними из важнейших факторов являются
тщательный выбор конструктивных форм деталей с минимальной концен-
трацией напряжений, большой плавностью переходов при изменении
сечения, а также разработка оптимальной технологии изготовления и
"оорки конструкций, обеспечивающей максимальное снижение технологи-
ческих и монтажных напряжений (исключение перекосов, эксцентрисите-
тов), Расположение волокон в полуфабрикатах, особенно массивных —
типа штамповок, плит, и направление действия нагрузок в деталях должны
согласовываться. Нагрузки в высотном направлении должны быть мини-
мальными; волокно должно следовать конфигурации детали.
120
Высокопрочные сплавы могут быть рекомендованы для работы пр
температурах не ниже ~70°С. При дальнейшем снижении температур
(-196°С) снижаются их пластичность и трещиностойкость, растет чувства
тельность к концентраторам напряжения Чувствительность |
низким температурам уменьшается после старения по смягчающи’'
режимам Т2 и ТЗ. Так, поковки и штамповки из сплавов В93, ВЭЗпч ,<
1933 можно применять при температурах до ~196°С, если они состарень
по режиму ТЗ, обеспечивающему достаточный запас пластичности.
Высокопрочные сплавы могут применяться для температур не выш
100° С, так как при нагреве происходит их разупрочнение.
Высокопрочные сплавы на основе системы Al—Zn—Mg—Си остаются
(наряду со сплавами типа дуралюмин) основным конструкционны.'
материалом в современном самолете- и ракетостроении. Они широк!
применяются в пассажирских и транспортных самолетах (включая Ил-9’
Ил-114, Ту-204, Ту-334, Ан-124, Ан-255, Ан-140, Ан-148 и др.), а также I
военной авиации.
Большие возможности для расширения их использования открыт.»
модификации сплавов с жестким ограничением примесей, новые сплав
легированные цирконием, а также разработанные ступенчатые режима
старения, создавшие оптимальный комплекс эксплуатационных и технолв
пгческих свойств для обеспечения надежности и ресурса конструкций!
Расширяется использование сплавов со все более высокой прочность
например, сплав В96Ц-3, применяемый в течение многих лет в ракетне
технике, в последние годы осваивается в верхних панелях крыльев *
других элементах самолета.
Наибольший выигрыш в массе (5—10%) от применения высокопро I
ных сплавов, отличающихся наиболее высоким пределом текучести |
достаточной выносливостью, достигается в элементах силовых конструкции
работающих на сжатие (верхние панели крыла, сжатая зона фюзеляж
стойки, обшивки оперения) или на сдвиг (стенки лонжеронов и нервюрЙ
Эти элементы производятся из сплавов типа В95, 1973, В96Ц-3 в вгь
листов, плит, прессованных панелей и профилей длиной до 30—35 и
Предельная температура для длительной работы 120°С.
Сплавы В95пч, В95оч, а также 1973 (в массивных сечениях)
повышенной чистоты по примесям в состояниях перестаривания Т2, ТЗ ,
существенно улучшенными ресурсными характеристиками (малоцикловс
усталостью, скоростью роста трещины усталости, вязкостью разрушения
и высокой стойкостью к расслаивающей коррозии и коррозионному растрес-
киванию под напряжением могут применяться в ряде зон растягиваюгщ
нагрузок при приемлемом уровне концентрации напряжений и ресурс-,
являясь в этом случае конкурентоспособными дуралюминами (Д16чТ и др.)
Для элементов жесткости (стрингеры, стойки) целесообразно примене-!
ние гнутых профилей (в том числе изготовленных методом стеснен ноге
изгиба) из плакированных листов сплавов В95пчАТ1, Т2, 1973АТ1, Т2
имеющих преимущества перед прессованными профилями по стойкости
к расслаивающей коррозии и точности геометрических параметров.
Для крупногабаритных сложных самолетных деталей внутреннего
силового набора (шпангоутов, лонжеронов, стоек и рычагов шасси), изго-
товляемых из массивных штамповок и поковок, основными конструкцион-
ными материалами являются ковочные сплавы В93пчТ2, ТЗ, 1933Т2, Т22,
ТЗ, отличающиеся хорошей технологичностью, небольшой анизотропией
механических свойств и высоким сопротивлением коррозионному растрес-
киванию под напряжением, в том числе в высотном направлении. Относи-
тельно малогабаритные детали из штамповок изготовляют также из сплавов
В95пч, В95очТ2, ТЗ.
По прочности и коррозионной стойкости высокопрочные сплавы
существенно превосходят распространенные ковочные сплавы АК6, АК8.
Проволока из сплавов В95, 1973 используется для заклепок (в том
числе болтов-заклепок).
Высокопрочные сплавы типа В95 применяют в некоторых силовых
каркасах клепаных строительных сооружений; они могут быть использова-
ны в конструкциях вагонов наземного транспорта для снижения их массы
и повышения грузоподъемности, для кузовов грузовых автомашин,
подъемных кранов.
Самые прочные сплавы типа В96Ц с наиболее высокой удельной
прочностью, особенно в виде прессованных полуфабрикатов и штамповок,
могут быть эффективным конструкционным материалом. Сплавы характе-
ризуются хорошей износостойкостью и подходят для облегчения узлов
трения, а также могут использоваться для зеркал оптических систем и
телескопов.
В табл. 135—138 приведены сводные данные по высокопрочным
сплавам В93пч, В95пч, В96Ц, В96Ц-3.
1.4.2. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ И СРЕДНЕПРОЧНЫЕ
СПЛАВЫ МАЛОЙ ПЛОТНОСТИ И ПОВЫШЕННОГО
МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-
ЛИТИЙ (Al-Li)
Алюминиевые сплавы системы алюминий—литий являются новым
классом перспективных алюминиевых сплавов, которые характеризуются
ценным сочетанием свойств: малой плотностью, повышенным модулем
упругости, высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Применение
этих сплавов позволяет создавать аэрокосмические аппараты и другие
транспортные средства с меньшим весом, что дает возможность сэкономить
расход топлива, улучшить тактико-технические показатели изделия.
Марка
В93пч
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си
Мп
Fe Si
1,6-2,2 0,8-1,2
0,1
0,2-0,4
Предел прочности, МПа:
500
Предел текучести, МПа:
430
Относительное удлинение, %:
6
Твердость:
Предел прочности,
МПа, при температуре:
120 Предел текучести, МПа, при температуре:
Плотность, г/см’:
2,84 Относительное удлинение, %, при температуре:
Коэф терм, расширения,
а 10е, 1/К:
Модуль упругости, ГПа:
Ti Примеси
сумма
Описание:
Сплав алюминия с магнием, цинком и медью (высокопрочный ковочный). Поковки и штамповки по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из других широко распространенных ковочных сплавов имеют более высокие значения прочности. Отличается незначительной анизотропией проч- ности и текучести. Позволяет изготавливать поков- ки и штамповки больших размеров и веса.
Применение:
Крупногабаритные детали, работающие в интер- вале температур от -195 до +125‘С. Узлы моно- литных крупногабаритных конструкций.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение двухступенчатое
Т2 — Искусственное старение двухступенчатое
ТЗ — Искусственное старение двухступенчатое
(11 вИ| И «•••
450-465
1) 120; 2) 170
1J 120; 2) 175
1) 120; 2) 185
<4(1 4 41
Время, ч
1) 6; 2) 4
1) 6; 2) 6
1) 6; 2) 5
Охлаждение
Вода 75—85°С
Воздух
Воздух
Воздух
Марка
В95пч
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си Мп
Fe Si
Tl Ni
Примеси
Предел прочности, МПа:
Предел текучести, МПа:
Относительное удлинение, %:
Твердость:
Плотность, г/см3:
О,IQ-
О.25
О,OS-
О.25
0,1
0,05
0,1
каждый ие более
23,1
сумма
460—530
380-460
8
120
2,85
Коэф. терм, расширения,
а 10*, 1/К:
Модуль упругости, ГПа:
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Относительное удлинение,
%, при температуре:
Температура,
200
70,6
310
290
16
Описание:
Сплав алюминия с магнием, цинком и медью (высокопрочный). Обладает высокими характерис- тиками прочности и коррозионной стойкости, которые в состоянии Т2 и ТЗ превосходят анало- гичные полуфабрикаты из сплавов Д16чТ, 1161, 1163.
Применение:
Обшивка верха крыла и оперения (для нижней обшивки крыла в изделиях с ограниченным ресурсом), шпангоуты, лонжероны, стрингеры. Для наиболее ответственных состояний с длитель- ным ресурсом применяется в состоянии Т2 и ТЗ.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
Т2 — Искусственное старение
ТЗ — Искусственное старение
Отжиг полный
т,°с
465-475
120
1) 115; 2) 165
1) 115; 2) 170
380-430
Время, ч
24
1) 5; 2) 10
1) 8; 2) 10
Охлаждение
Вода 10—40"С
Воздух
Воздух
Воздух
Со скоростью 30“С/сек до 150‘С, далее на воздухе
Марка
В96Ц
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си Мп Ст Zr
Предел прочности, МПа:
Предел текучести, МПа:
Относительное удлинение, %:
600 Коэф. терм, расширения, а 10‘, 1/К:
550 Модуль упругости, ГПа:
4 Предел прочности, МПа, при температуре:
Твердость:
Плотность, г/см1:
150 Предел текучести, МПа, при температуре:
2,89 Относительное удлинение, %, при температуре:
Примеси
сумма
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
Т2 — Искусственное старение двухступенчатое
Отжиг полный
Время, ч
16
1) 6; 2) 7
Т,°С
460—470
140
1) 115; 2) 165
3S0 130
Охлаждение
Вода 10—40'С
Воздух
Воздух
Со скоростью ЗО'С /сек ло 260'С далее на воздухе
Марка
В96Ц-3
Таблица 138
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си Мп Сг Zr
Fe
Предел прочности, МПа:
Предел текучести, МПа:
500-600
420-150
Относительное удлинение, %:
6-8
Твердость:
150
Плотность, г/см3:
2,85
0,20
Коэф. терм, расширения,
а-10‘, 1/К:
Модуль упругости, ГПа:
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Относительное удлинение,
%, при температуре:
сумма
Описание:
Сплав алюминия с магнием, цинком и медью
(особопрочный). Упрочняется закалкой и
искусственным старением по режимам Т1 и Т2.
Сплав обладает высокой технологической плас-
тичностью, обеспечивающей изготовление штам-
повок сложной формы, плит, листов и профилей.
Применение:
Детали, работающие на сжатие в интервале
температур от -50 до +100‘С (обшивки верха
крыла, фюзеляжа), детали и узлы ракет,
нагруженные элементы конструкций машин
и механизмов.
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки
Закалка
Т1 — Искусственное старение
Т2 — Искусственное старение двухступенчатое
Отжиг полный
Т, °C Время, ч
465-475
140 16
1) 115; 2) 165 1) 6; 2) 7
380-420 10-60 мин
Охлаждение
Вода £ 60°С
Воздух
Воздух
Со скоростью ЗО'С/сек до 260°С, далее на воздух
126
Литий, самый легкий из металлов, с плотностью 530—560 кг/м3 и
с предельной растворимостью в алюминии до 4,2% (по массе) при темпера-
туре 602°С, является основным легирующим элементом в алюминиевых
сплавах пониженной плотности.
Каждый процент лития снижает плотность алюминия на 3%, повышает
модуль упругости на 6% и обеспечивает значительный эффект упрочнения
сплавов после закалки и искусственного старения.
В России разработка промышленных алюминиево-литиевых сплавов
началась в середине 50-х годов и в настоящее время созданы сплавы
различного назначения (табл. 139):
средней прочности системы Al—Li—Mg для изготовления сварных и
клепаных конструкций (1420, 1421, 1423);
высокой прочности, системы Al—Li—Си (1450, 1451) для замены
сплавов типа В95 системы Al—Zn—Mg—Си;
высокой трещиностойкости системы Al—Li—Mg—Си (1430, 1440, 1441)
для замены сплавов типа Д16 системы Al—Си—Mg;
жаропрочные и высокопрочные сплавы системы Al—Li—Си—Мп—Cd
(ВАД23);
свариваемые высокопрочные сплавы системы Al—Li—Си—Sc для
работы при криогенных температурах (1460).
Разработка сплавов проводилась ВИАМ под руководством акад.
И. Н. Фридляндера.
На базе системы Al—Li—Mg в середине 60-х годов был разработан
первый оригинальный, запатентованный в ряде стран самый легкий
(плотность 2,4 г/м3), свариваемый, коррозионно-стойкий сплав 1420. Сплав
1420 разработан на основе открытия в 1969 г. большой группы сплавов
системы Al—Li—Mg, обладающих значительным эффектом искусственного
старения и сравнительно высокой прочностью. Этот сплав относится к
среднепрочным и широко применяется в клепаных и сварных конструк-
циях, обеспечивая снижение массы на 20—25% при повышении жесткости
на 6%. Аналогов сплава 1420 и его модификаций за пределами России нет.
Дальнейшее повышение прочностных свойств, особенно предела теку-
чести, достигнуто модификацией сплава 1420 (сплавы 1421 и 1423), которые
дополнительно легированы скандием и различаются содержанием магния.
Высокопрочные сплавы 1450 и 1451 системы Al—Li—Си характеризу-
ются высокой прочностью не только при 20°С, но и при повышенных
температурах, и хорошей коррозионной стойкостью. При замене сплава
В95 сплавами 1450 и 1451 (последний предназначен главным образом для
изготовления листов) снижение массы конструкции может достигать 8—
10% при повышении жесткости на 10%. Высокой жаропрочностью при
температурах до 225°С обладает сплав ВАД23, дополнительно содержащий
марганец и кадмий.
Для замены сплавов типа Д16 на базе системы Al—Li—Mg—Си разрабо-
таны сплавы 1430, 1441 и 1440 с более низкой на 8% плотностью, повышен-
Марки. Обозначения. Химический состав (%) деформируемых сплавов системы Al—Li
(остальное А1)
Марки. Обозначения Си Mg Мп Zn Fe Si Ti Cr Li Zr Be Na Sc
россий- ская междуна- родная
1420 — 0,05 4,5-6,0 — — 0,20 0,15 0,1 — 1,8-2,3 0,08-0,15 0,0002-0,005 0,003
1421 — 0,04 4,5-6,0 — — 0,15 0,10 0,1 — 1,9-2,3 0,09-0,15 — 0,005 0,13-0,21
1423 — 0,05 3,5-4,2 — — 0,20 0,15 0,1 — 1,8-2,1 0,08-0,12 0,0002-0,005 0,0015 0,08-0,15
1430 Navalite 1,4-1,8 2,3-3,0 0,25 — 0,15 0,10 0,01-0,1 — 1,5-1,9 0,08—0,14 0,02-0,1 0,003 0,01-0,1
1440 8090 1,2-1,9 0,6-1,1 0,05 0,1 — —- 6,02-0,1 0,05 2,1 -2,6 0,10-0,20 0,05-0,2 0,003 —
ВАД 2020 4,8-5,5 0,05 1 0,4-0,8 0,1 0,30 0,30 0,15 — 0,9-1,4 — — — —
1450 2090 2,6—3,3 0,1 0,1 0,25 0,15 0,10 0,01-0,06 0,05 1,8-2,3 0,08-0,14 0,008-0,1 0,002 — 1
1451 — 2,6-3,3 0,1 0,1 0,25 0,15 0,10 0,01-0,06 0,05 1,5-1,8 0,08-0,14 0,008-0,1 0,002 —
1460 — 2,6-3,3 0,05 — — — 0,10 0,01-0,06 — 2,0-2,5 0,06-0,15 — 0,002 0,05-0,14
128
ным на 10% модулем упругости и достаточно высокими характеристиками
трещиностойкости. Сплавы 1430 и 1441 отличаются от сплава 1440
повышенной (в 1,5—2 раза) пластичностью и несколько уступают ему по
характеристикам малоцикловой усталости.
Успехи специалистов бывшего СССР в освоении разработанного в
1965 г. сплава 1420 стимулировали интенсивные работы по алюминиево-
литиевым сплавам в фирмах: Alcoa (США), Alcan (Великобритания) и
Pechiney (Франция). Результатом этих работ явилась регистрация в
середине 80-х годов химических сплавов 2090 системы Al—Li—Си, 2091
системы Al—Li—Си—Mg, 8090 системы Al—Li—Си—Mg и сплава Navalite
(фирма Lockheed (США) системы Al—Li—Mg—Си.
Сплав 2090 (аналог отечественного сплава 1450) предложен для замены
высокопрочных сплавов типа 7075 (отечественные сплавы типа В95), по
сравнению с которыми имеет на 8—10% пониженную плотность и
повышенный модуль упругости.
Сплавы 8090 (аналог отечественного сплава 1440), 2091 и Navaliit-
(аналоги отечественных сплавов 1441 и 1430) рекомендованы для замены
сплавов типа 2024 и 2014 (Д16 и АК8) средней прочности с повышенным!
характеристиками трещиностойкости, по сравнению с которыми имеют
пониженную на 8% плотность и повышенный на 10% модуль упругости
Сплавы разработанные в СССР несколько отличаются от соответст-
вующих зарубежных аналогов содержанием основных легирующих элементо I
и дополнительным комплексным микролегированием. За рубежом отсутст-
вует аналог отечественного сплава 1420, так как, столкнувшись со значи-
тельными трудностями при плавке и литье сплавов системы Al—Li—Mg
зарубежные фирмы сосредоточили свои усилия главным образом на
разработке и освоении более технологичных сплавов систем Al—Li—Си
и Al—Li—Mg—Си, но уступающих сплаву 1420 по плотности.
Из алюминиево-литиевых сплавов изготавливают практически все
виды полуфабрикатов — листы, плиты, прессованные профили и панели,
поковки и штамповки (табл. 140).
Таблица 14
Полуфабрикаты из алюминиево-литиевых сплавов, освоенные в производстве
(знак «+»)
Сплав Листы Плиты Прессованные профили н панели Поковки и штамповки
1420 4- 4- 4- 4-
1421 + — 4- 4-
1423 + — — —
1430 + 4- 4- -
1440 4- 4- 4- —
1441 4- 4- 4- —
ВАД23 4- — 4- —
1450 4- 4- 4- —
1451 4- — —
1460 4- - - -
129
Алюминиево-литиевые сплавы характеризуются высокой степенью леги-
рования, сложностью фазовых превращений при нагреве и охлаждении в
процессе гомогенизации, горячей деформации, промежуточных смягчающих
термообработок при проведении холодной деформации и окончательной
упрочняющей термической обработки (закалка и искусственное старение).
Фазовые и структурные превращения оказывают сильное влияние
ча свойства сплавов, особенно на характеристики трещиностойкости,
сязкости разрушения, коррозионной стойкости и сопротивления цикличес-
ким нагрузкам.
Одной из особенностей сплавов с содержанием лития 2—3% является
пониженная пластичность после разупрочняющего отжига, что затрудняет
.'.ли делает невозможным изготовление деталей методом холодной
пластической деформации со значительными степенями в этом состоянии.
Более низкая пластичность промышленных алюминиевых сплавов с
л 1тием в отожженном состоянии (6 = 8 ... 13%) по сравнению со
стандартными сплавами типа Д16, В95 и другими (б = 12 ... 20%)
бусловлена следующими факторами: высокой степенью легирования и
51 ачигельной гетерогенностью в отожженном состоянии, выделением в
юцессе медленного охлаждения (скорость около 30°С/ч) на границе зерен
лабильных фаз и в матрице упрочняющей фазы.
Рекристаллизация является необходимым, но недостаточным услови-
м, обеспечивающим разупрочнение и повышение пластичности. Наилуч-
лее сочетание пластичности (б = 20 ... 25%) для проведения холодной
пастической деформации в алюминиево-литиевых сплавах обеспечивает-
я формированием гомогенной структуры путем закалки в воде, которая
подавляет распад твердого раствора с выделением основной упрочняющей
фазы б' (табл. 141).
Таблица 141
Механические свойства листов в закаленном и отожженном состояниях
Сплав Состояние ая, МПа ао 2 » МПа б , %
1420 Закаленное 340 190 20
Отожженное 300 150 13
1430 Закаленное 330 200 22
Отожженное 250 140 16
1441 Закаленное 300 190 22
Отожженное 230 140 17
ВАД23 Закаленное 350 180 22
Отожженное 200 70 25
1450 Закаленное 330 190 18
Отожженное 240 120 13
1451 Закаленное 300 130 18
Отожженное 180 110 16
Сплавы системы Al—Li упрочняются закалкой и искусственным
дарением. Нагрев под закалку колеблется для сплавов системы Al—Li в
широких пределах.
130
Эффективным является применение многоступенчатых режимов ста-
рения с целью обеспечения наиболее оптимального сочетания характе-
ристик трещиностойкости, вязкости разрушения и коррозионной стойкости.
Сплавы системы Al—Li—Mg обладают высокой удельной прочностью,
благодаря наличию лития, и способностью к упрочнению после искусст-
венного старения, благодаря совместному легированию магнием и литием.
Сплав 1420 обладает способностью закаливаться на воздухе с регламен-
тированной скоростью охлаждения 1—10°С/с.
Сплав 1423 можно закаливать на воду. В табл. 142 приведены
рекомендуемые режимы термообработки сплавов системы Al—Li—Mg.
Таблица 142
Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки сплавов
системы Al—Li—Mg
Сплав Полуфабрикаты Закалка Старение Состояние после старения
темпера- тура, ’С среда (состояние) темпера- тура, ’С продолжи- тельность, ч
Листы, плиты 445-465 Воздух (ТГ) 5-12 ТГ1
Листы PC* 460-500 Воздух (ТГ) 10-12 ТГ1
1420 Прессованные 445 Воздух (ТГ) 5-12 тп
Штамповка 456 Воздух (ТГ) и водо- 115-125 10-12 ТП и
воздушная смесь (ТВ) ТВ1
Листы 470-480 Воздух (ТГ) 3-12 тп
1421 Плиты 470-480 Воздух (ТГ) 12-24 тп
Прессованные 445—465 Воздух (ТГ) 5-12 тп
1423 Листы, плиты 445—465 Вода (Т) и воздух (ТГ) 5-12 Т1 н тп
* PC — регламентированная зеренная структура для обеспечения свсрхплас.тичсской формовки. t
Сплавы 1420, 1421, 1423 практически не упрочняются естественным
старением.
В табл. 143 приведены гарантируемые механические свойства полу
фабрикатов из сплавов системы Al-Li — Mg.
Таблица 143
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов
из сплавов системы Al—Li—Mg
Сплав, состояние Полуфабрикаты Толщина, мм Направление вырезки образца аж, МПа со.2, МПа 6, %
1420ТГ1 Листы «спланированные и плакированные 1,2-6,0 д п 410 410 255 255 6 8
1420РСТП Листы для сверхпластической формовки неплакироваиные 1,2-2,5 д п 410 410 255 255 6 8
1420ТГ1 Плита 10-25 д п 410 410 255 255 6 8
Прессованный профиль До 20 д 400 245 6
1420ТГ1, 1420ТВ1 Штамповки, поковки До 150 д п В 410 390 330 255 245 245 7 6 3
1421ТГ1 Листы неплакироваиные 1,2-4,0 д п 450 450 320 320 4 6
Плиты 10-50 д п 460 450 320 300 7 8
131
В табл. 144 приведены типичные механические свойства сплавов
системы Al—Li — Mg.
Значительным преимуществом сплавов типа 1420 является высокая
прокаливаемость, способность закаливаться с малыми скоростями охлажде-
ния. Это существенно улучшает технологичность, поскольку уменьшаются
поводки и коробление, снижаются затраты на последующую правку.
Продолжительность перерыва между закалкой и старением не сказывается
на свойствах материала.
Холодная деформация растяжением на 1,5—3% после закалки несколь-
ко повышает (на 15—50 МПа) прочностные свойства и снижает относи-
тельное удлинение состаренных сплавов.
Сплавы типа 1420 не чувствительны к пережогу и росту зерна при
нагреве под закалку. Температура пережога превышает 535—540°С.
Таблица 144
Типичные механические свойства полуфабрикатов из сплавов 1420, 1421 и 1423
Сплав, состояние П ил у фабри каты Направление вырезки образца Е, ГПа о„, МПа о02, МПа б, %
1420ТГ1 Лист д 430 270 11
П 76 440 270 13
1420ТГ1 Плита д 75 470 270 11
п 455 285 12
1420РСТГ1 Л ист д п 76 460 460 285 295 9 12
д 440 290 11
1420ТВ1 Штамповки п 76 440 290 И
в 380 270 4
Прессованный профиль д 78 445 290 8
1420ТГ1 Прессованная панель д 78 450 290 10
п 440 280 9
1421ТГ1 Лист д п 76 460 485 340 350 6 12
495 330
Плита д 78 9
п 475 310 9
1423Т1 Лист д п 77 450 460 330 340 7 И
Плита д 465 355 10
п 77 455 340 10
В табл. 145 приведены механические свойства сплавов после нагревов,
а в табл. 146 механические свойства сплавов при различных температурах.
Сплавы системы Al—Li—Си. Литий и медь имеют высокую предельную
растворимость в твердом алюминии, уменьшающуюся с понижением темпе-
ратуры. При температуре 550°С в однородном твердом растворе максималь-
ное содержание меди составляет 5,2% при содержании лития менее 1,8%,
а максимальное содержание лития — 3,2% при меди менее 1,2%.
Сплавы этой системы можно разделить на две группы:
1. Сплав ВАД23 (1230) с пониженным содержанием лития и высоким
содержанием меди, дополнительно легированный марганцем и кадмием.
132
2. Сплавы 1450, 1451, 1460 с повышенным содержанием лития (1,5—
2,4%) и 3% меди, дополнительно легированные цирконием, а сплав 1460 —
скандием.
Рекомендуемые режимы термической обработки сплавов системы А1—
Li—Си приведены в табл. 147.
Таблица 145
Механические свойства при температуре 20°С после воздействия нагревов
(направление Д)
Сплав, состояние Полуфабрикаты Характеристика Режимы нагрева
125"С, 100 ч 150‘С, 100 ч
1420ТГ1 Лист а,,. МПа сг0:г, МПа б. % 460 315 6 470 330 5
1420ТГ1 Плита с,„ МПа а0„ МПа 6, % 490 335 9 490 345 8
1420ТП, 1420ТВ1 Штамповка о„. МПа сг0„ МПа 5, % 480 315 6,5 495 315 6,5
1420ТГ1 Прессованный профиль о„, МПа МПа 5, % 470 335 6,5 445 305 7
1421ТГ1 Лист О Q Q 490 380 5
1421ТГ1 Плита а„, МПа с(|„ МПа б, % 500 350 7,5 __
Сплав ВАД23 характеризуется высокими характеристиками прочности
при 20°С и повышенных (до 225°С) температурах и плотностью (2720 кг/м3)
на 2,5—4,5% меньшей, чем у сплавов Д16, В95 и АК4-1.
Сплавы этой группы с высоким содержанием лития и пониженным
содержанием меди обладают более низкой плотностью (2600—2630 кг/м3).
Однако сплав ВАД23 с 1% Li более технологичен при холодной деформа-
ции. Тонкие листы из сплава ВАД23 изготовляют методом холодной
рулонной прокатки с промежуточными отжигами при температуре 380—
420°С с последующим медленным охлаждением со скоростью не более
30°С/ч.
Для повышения технологической пластичности при 20°С сплавы 1450
и 1460 с 2,0—2,5% Li необходимо закаливать с температуры 500—540°С
в холодной воде. Сплав 1451 с 1,5% Li обладает высокой технологической
пластичностью не только в закаленном, но и в отожженном состоянии.
Окончательная упрочняющая термическая обработка сплавов системы
Al—Li—Си заключается в закалке в воде и искусственном старении
(табл. 147).
133
Таблица 146
Механические свойства сплавов 1420 и 1421 при различных температурах
Сплав, состояние Полуфабрикаты Характе- ристика Направление вырезки образцов Температура испытания, *С
-70 20 125 150
а„, МПа д 490 470 405 355
п 500 465 400 355
а0-ъ МПа д 285 270 270 260
Листы
П 305 285 280 265
6, % Д 12 12 29 34
1420ТГ1 п 11 13 28 36
490 470
о„, МПа д — —
п 445 455 415 370
Плиты о02. МПа д п 285 265 270 285 280 270
6. % д п 8 11 И 12 18 21
Д — 480 — —
о|(, МПа п 485 480 405 345
в — 420 — —
д — 290 — —
1420ТГ1 Штамповки Oqj, МПа п 295 290 305 270
в — 270 — —
д — 12 — —
6, % п 10 1 1 18 25
в — 7 — —
а„, МПа д — 470 460 430
п — 510 485 410
Листы а02. МПа д п — 330 350 340 350 350 340
6, % д — 6 6 12
1421ТГ1 п — 13 12 26
500 495 440
ои, МПа д —
п — 480 475 425
Плиты а02, МПа д 330 330 320
п — 315 310 315
6, % д — 8 9 19
п — 9 9 17
Для сплава ВАД23 режим искусственного старения на максимальную
фочность (Т1) применяется для полуфабрикатов и деталей, предназначен-
ных для работы при 20°С и повышенных температурах. Этот режим
обеспечивает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию под
напряжением. Для листовых материалов вместо одноступенчатого рекомен-
дуется двухступенчатый режим, несколько повышающий характеристики
пластичности при сохранении прочности на высоком уровне. Режим
старения Т12 (недостаренное состояние) рекомендуется для изделий,
требующих повышенных характеристик пластичности, трещиностойкости
и работающих при температуре 20°С. Коррозионная стойкость после этого
нежима пониженная. В случае применения режима Т12 необходима
надежная антикоррозионная защита. Перестаривание по режиму Т2
134
позволяет получить относительно высокую стабильность структуры и
механических свойств в случае эксплуатационных нагревов при 150—
200’С при достаточно высокой прочности и коррозионной стойкости.
После режимов Т1 и Т2 сплав В АД 23 имеет пониженные характеристики
пластичности, трещиностойкости и повышенную чувствительность к
концентрациям напряжений.
Таблица 147
Режимы упрочняющей термической обработки сплавов системы Al—Li—Си
Сплав Полуфабрикаты Температура нагрева под закалку, *С Вид старения Режим старения
температура, *С продолжи- тельность, ч
В АД 23 Все виды 515—525 Т1 Т1 двухступенчатое (для листов) Т12 Т2 160-170 1-я ступень 145—155 2-я ступень 180—190 140-150 200 -220 8-16 3- 5 3-5 18-36 6-15
1450 Плиты и горяче- катанные листы Прессованные 525—535 Т1 150-160 135-145 18-24 16-24
1151 Листы 525-235 Т1 двухступенчатое 1-я ступень 120—130 2-я ступень 145—155 3-5 18-24
1460 Плиты 530-540 Т1 135-145 18 24
Т1 155-165 24-30
Листы Т1 двухступенчатое 1-я ступень 115—130 2-я ступень 145—165 14-20 10-16
Некоторое различие режимов искусственного старения различных
полуфабрикатов из сплавов 1450, 1451 и 1460 обусловлено особенностями
технологических процессов их изготовления, различием зеренной
структуры, видом и степенью деформации при правке после закалки перед
искусственным старением.
Рекомендуемые режимы закалки и старения этих сплавов обеспечива-
ют оптимальное сочетание механических свойств, характеристик вязкости
разрушения и трещиностойкости.
Сплав 1450 преимущественно применяется в виде прессованных
полуфабрикатов для изготовления сильнонагруженных элементов конст-
рукции. Сплав 1451 предназначен главным образом для изготовления
тонких листов методом холодной рулонной прокатки. Сплав 1460 является
свариваемым и обладает комплексом свойств, обеспечивающих необходи-
мую работоспособность при криогенных температурах, включая темпера-
туру -253’0
Свойства различных полуфабрикатов сплавов системы Al—Li—Си
приведены в табл. 148, 149, 150, 151.
В табл. 152—156 приведены данные по механическим свойствам
при различных температурах и пределах длительной прочности и ползучести
сплавов этой системы.
135
Таблица 148
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов
из сплавов системы Al—Li—Си
Сплав, состояние Полуфабрикаты Толщина s, мм Направление вырезки образца ои, МПа аал, МПа 6, %
ВАД23Т1 Листы неплакированные и плакированные 1,0s Ss 6,0 п 550 — 2
Прессованные профили s s 10,0 Д п 520 490 450 390 5 5
Прессованные панели s s 12,0 (полотно) п 460 — 4
1450Т1 Плиты 40,0 s s s 55,0 Д п 510 490 450 430 6 5
Прессованные профили 1,4 s s s 5,0 5,0 s s s 50,0 Д д 480 530 390 450 6 6
1451Т1 Листы пеплакированпые и плакированные 1,0 s s s 6,0 п 490 430 6
1460Т1 Лист ы пеплакированпые 1,5 s s s 10,0 Д, п 500 430 4
Плиты 20,0 s s s 50,0 Д П 550 530 440 400 5 7
Таблица 149
Типичные механические свойства полуфабрикатов из сплавов системы Al—Li—Си
Сплав, состоинис Полуфабрикаты Направление вырезки образца Е, ГПа МПа <Л, МПа <>. %
ВАД23Т1 Листы плакированные Листы пеплакированпые п п 550 600 510 550 6 4
ВАД23Т12 Листы плакированные Листы пеплакированпые п п 73 460 470 350 360 17 16
ВАД23Т2 Листы плакированные Листы пеплакированпые п п 480 510 410 450 7 । 6
1450Т1 Плиты д п 79 555 550 515 510 7 8
1 «50Т1 Прессованные профили Д П 78,5 600 560 520 490 8 9
1451Т1 Листы пеплакированпые д п 78 490 480 420 410 9 10
460Т1 Плиты д п 79 580 570 460 430 8 11
Листы неплакпрованпые д п 80 545 540 490 480 7 9
Таблица 150
Типичные механические свойства прессованных полуфабрикатов из сплава ВАД23
(направление Д)
Полуфабрикаты Режим старения о„, МПа оо.2, МПа 6, %
Тонкие профили толщиной 5,0 мм 140°С, 18 ч 480-540 380-420 10-16
160‘С, 10 ч 520-600 450-550 4-8
200°С, 7 ч 490-520 400-450 5-7
Крупногабаритные профили толщиной 12—30 мм 140°С, 18 ч 500-570 400-480 10-15
160°С, 10 ч 580-660 540-600 5-9
200°С, 7 ч 490-570 420-510 7-9
Панели 160°С, 10 ч 620-700 580-660 4-7
200°С, 7 ч 520-540 430-460 6-9
136
Типичные свойства сплавов 1450, 1451 и 1460
Таблица 151
Сплав, состояние Полуфабрикаты Направле- ние вы- резки образцов К МПа - •М1/2, (Ь = 200 мм) dl/dN, мкм/цикл, АК = 31, МПа- N • 10"3 (МЦУ) при СТгиах “ 155 МПа, Kt = 2,6 Окр» МПа (КР) РСК, балл МКК, глу- бина, мм
1450Т1 Плиты Прессованные профили д д 60,5 72,5 3,4 2,5 346 320 — 3 3 0,25 нет
1451Т1 Листы д п 73 70 2,65 1,8 200 260 330* 2 нет
1460Т1 Плиты Листы д д 48 43 3,2 300 150 250* 250* 5 3 0,2 пет
* Направление П, образцы-дуги, база 90 су г.
Таблица 152
Механические свойства* листов из сплава ВАД23
при различных температурах
Температура испытания, ’С Е, ГПа о„ МПа ав2, МПа S, %
-196 — 720 650 5,0
-70 570 530 5,5
20 73/76 550/600 510/550 6,0/4,0
125 — 500/520 450 8,0/5,0
150 67/69 480/500 420/450 8,0/5,0
175 65/66 440/470 380/400 8,0/6,0
200 62/63 410/430 350/370 8,0/6,0
225 — -/370 -/300 -/6,0
250 — -/320 — -/6,0
* В числителе для плакированных листов, в знаменателе — для неплакпроваттньгх
Таблица 153
Механические свойства сплавов 1450 и 1451
при различных температурах
Сплав, состояние Полуфабрикат Характеристика Направление вырезки образцов Температура испытания, ’С
-70 20 125 150
1450Т1 Плита Е, ГПа д 79,8 78,8 71,3 69,1
о„, МПа д П 610 500 555 550 490 505 470 465
а(!,, МПа д п 570 555 515 510 470 460 440 420
6, % д П 5,0 5,0 7,5 8,0 13,5 12,5 17,0 13,5
1451Т1 Лист неп лакированный Е, ГПа д 81,3 77,9 70,8 —
о„, МПа д п 535 525 520 490 450 425 410 395
о02, МПа д п 480 465 465 445 425 400 390 380
6, % д п 11,0 12,0 11,0 11,5 19,0 17,0 24,5 21,0
137
Таблица 154
Пределы длительной прочности и ползучести (МПа) листов сплава ВАД23
в состоянии Т1
5 Температура испытания, "С OlO °ПХ1 Опию 00.3/10 <70.2/1 W
Плакированный лист
150 330 280 240 — 175 —
175 280 245 190 — 120 —
200 240 180 145 — — —
225 — 100 55 — — —
Неплакированный лист
150* 360 325 260 300 220 130
175 — — 200 140 —
200 — — — 120 60
225 — 125 75 70 50 —
* 05ооо = 190 МПа.
Таблица 155
Пределы длительной прочности и ползучести (МПа) массивного профиля
из сплава ВАД23Т1
Температура испытания, 'С
125 430 380 320 350 310
150 380 320 260 320 250
175 320 230 190 240 —
200 230 165 — 140 120
250 120 — — —
П римсчаии с: о0-,.|ПпП|1 •= 260 МПа при 125°С.
Таблица 156
Пределы длительной прочности и ползучести (МПа) сплавов 1450 и 1451
Температура испытания, ‘С | qltM | 0».з/и»
Плита из сплава 1450
100 450 390
125 390 335
150 315 265
Неплакированный лист из сплава 1451
125 335 —
150 265 225 (160“С)
Сплавы 1430, 1440 и 1441 системы Al—Li—Mg—Си дополнительно
легированы Zr и Ti и различаются главным образом соотношением
концентраций Mg:Cu (соответственно 1,66; 0,55; 0,5). Сплав 1430 может
содержать в небольшом количестве Sc, сплав 1440 более легирован Li.
Дополнительное легирование сплавов элементами-антирекристал-
лизаторами Zr, Мп, Ti, Sc повышает прочностные свойства благодаря
формированию преимущественно перекристаллизованной или мелкозер-
нистой рекристаллизованной структуры.
Используя специальную технологию, из сплавов 1430 и 1441 изготов-
ляют листы с полностью рекристаллизованной структурой, обеспечивающей
повышенную пластичность при минимальной анизотропии механических
свойств в термоупрочненном состоянии.
138
Все указанные сплавы подвергают упрочняющей термической обработ-
ке: закалке в холодной воде и искусственному старению (табл. 157).
Свойства различных полуфабрикатов из сплавов системы Al—Li— Mg-
Си приведены в табл. 158, 159.
Таблица 157
Режимы упрочняющей термической обработки сплавов системы Al—Li—Mg—Си
Сплав П о л уфабри каты Температура нагрева под закалку, “С Вид старения Режим старения
температура, ‘С продолжи- тельность, ч
1430 Листы, плиты 525-535 Т1 двухступенчатое 1-я ступень 95—105 2-я ступень 135—145 3 25
Прессованные Т1 135-145 25
1440 Плиты, прессованные полуфабрикаты Т11 двухступенчатое 1-я ступень 145—155 2-я ступень 165—175 4 10
1441 Листы, плиты прессованные Т1 145—155 24
Т11 д в у хступе 11 чатое 1-я ступень 150 2-я ступень 170 4 24-30
Таблица 158
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов
сплавов 1430,1441 и 1440
Сплав Полуфабрикаты Состояние Толщина s, .мм Направление вырезки образца Сн, МПа С0,2. МПа 6, %
Листы 1,5 s s s 4,0 д 410 300 12
плакированные 11 410 290 10
1430 Прессованный профиль Т1 s s 25,0 д П 470 375 8
д 440 340 8
Плита 10,0 s s s 40,0 п 420 320 7
в 360 310 2
Т1 0,8 s ss 4,0 410 305 7
Листы 4,0 s ss 10,0 д, п 420 320 6
1441 плакированные тп 0,8 s s s 1,0 410 320 7
l,2sss 10,0 420 340 6
Прессованный Т1 ss 25 д 470 — 5
профиль п 440 — 4
s s 25,0 д 470 — 5
Прессованный профиль тп 25,0 s s s 50,0 д 450 — 4
Все размеры п 440 — 4
40,0 s s s 50,0 в 390 — 1,5
Т12 s s 25,0 д 440 345 6
1440 20,0 s s s 30,0 д П 450 440 — 6 6,5
Т1 д 440 — 5,5
30,0 ss s 55,0 п 440 — 6
Плита в 375 — 2
20,0 s s s 30,0 д п 470 450 — 5 5,5
Т11 д 470 — 5
30,0 s s s 55,0 П 450 — 5
в 375 — 4,5
139
Таблица 159
Типичные механические свойства полуфабрикатов из сплавов 1430, 1441 и 1440
Сплав Полуфабрикаты Состояние Толщина s, мм Направление (угол, ’) вырезки образца ст., МПа &О.2, МПа 6, %
Лист д 445 325 18
1,5-4,0 П 455 315 18
плакированный (45) 445 310 21
1430 Плита Т1 10,0-40,0 Д П 475 465 380 365 11 10
В 400 330 4
Прессованный s 25,0 Д 485 385 10
профиль П — —
1441 Лист плакированный Т1 0,8-1,5 Д п 415 430 315 320 15 13,5
Лист 1,2-2,0 д п 425 420 325 305 16 16,5
нотлакированный 8,0 Д 440 360 13
1441 п 450 355 13
Плита 1 1 12,5-25,0 Д п 455 445 390 370 7 8
Прессованный Площадь сечения Д 500 425 7
профиль до 60 см2, s s 30,0 п 450 355 12
20,0-30,0 Д п 490 480 410 390 7 8
Плита Д 510 430 6
30,0 s s s 55,0 п 490 410 6
1440 тп В 410 355 2
Прессованный s s 25,0 Д п 495 480 400 390 7 10
д 485 415 6
профиль 25,0 s s s 50,0 п 465 390 9
в 410 — 2
В табл. 160 приведены характеристики трещиностойкости, усталости,
коррозионной стойкости, а в табл. 161 механических свойств при высоких
температурах сплавов этой системы.
В табл. 162 приведены механические свойства сплавов после нагревов,
а в табл. 163 пределы длительной прочности.
В табл. 164 приведены пределы ползучести сплавов 1430Т1 и 1441Т1.
В табл. 165 приведены характеристики высокопрочных сплавов
системы Al —Си — Li.
По технологическим параметрам сплавы системы Al—Li имеют свои
особенности, которые необходимо учитывать при их применении.
По технологичности при формообразовании листов при температуре
20°С сплав 1420Т несколько уступает дуралюмину Д16Т: в случае деформа-
ции не менее, чем на 5% требуется промежуточная перезакалка в воду.
Сплавы характеризуются высокой деформационной способностью в
горячем состоянии (при 250—420°С). Из них изготовляют все виды катан-
ных, прессованных полуфабрикатов, штамповки и поковки с использова-
нием имеющегося оборудования. Листы из сплавов 1421 и 1423 обладают
140
эффектом сверхпластичности без специальной подготовки микроструктуры
и могут использоваться для изготовления деталей сложной формы в режиме
сверхпластичности.
Таблица 160
Характеристики трещиностойкости, усталости, коррозионной стойкости
полуфабрикатов из сплавов 1430,1441 и 1440
Сплав, состояние Полуфабрикаты Направ- ление вырезки образцов Ксу, МПа при ширине образца Ь, мм dl/dN, мкм/цикл, при ДК = 31 МПа • м,/! N 101 (МЦУ) при = = 155 МПа, К, = 2,6 аК1„ МПа (КР) РСК, балл мкк, глубина, мм
200 400
Лист плакированный д П 78 75 101 1,3 145 150 2-3 0,2
1430Т1 Плита д п в 81 - 1,4 183 — 1 1 1
Прессованный профиль д П 70 — 0,62* 170 215 2—3 0,1-0,2
Лист плакированный д п 77 72 101 99 1,4 0,9 160 170 15 3-5 0,035—0,14"
1441Т1 Лист неплакированный д п 78 73 100 101 0,95 0,9 180 175 18 3 0,2
Плита д п — 108 2,0 300 220 ВД 50 3 0,07 —
Прессованный профиль д П - — 300 ВД 90 5-6 0,07-0,14
1440Т11 Плита д п 78 — 2,5 2,5 240 240 ВД 50-70 3-5 0,3 -
Прессованный профиль д II 75 2,8 240 240 ВД 70 3-5 0,3
* ДК = 22 МПа - м1'2
Алюминиево-литиевые сплавы в режиме сверхпластичности характ< -
ризуются необычайно высоким относительным удлинением (порядка
200—1000%); очень низким напряжением течения а (порядка 1—10 МПа)
и сильной зависимостью напряжения течения от скорости деформации
е. Необходимым условием для проявления сверхпластичности является
наличие ультрамелкого зерна (УМЗ) размером не более 10—15 мкм.
деформирование при температурах выше 0,5 Тпл со сравнительно низкими
скоростями деформации (порядка 10"5—10"’с'1).
Для деформирования сплава 1420 в режиме сверхпластичности листы
должны иметь регламентированную структуру (PC) - марка 1420РС с
размером зерна 7—13 мкм. Листы 1420 с размером зерна 7 мкм при
скоростях деформации е = 2 • 10“5—10“3 с-1 и напряжением течения
а=1—8 МПа имеют удлинение 300—500%. Температура деформации
465°С, что позволяет совместить нагрев под деформацию и закалку с
141
охлаждением на воздухе со скоростью 0,3°С/с. Последующее старение
при 120°С в течение 10—12 ч (состояние ТГ1) обеспечивает гарантируе-
мые механические свойства о г 420 МПа; о,., г 260 МПа; 5 г 6%.
В '0,2
Таблица 161
Механические свойства сплавов 1430, 1441 и 1440 при высоких температурах
Сплав Полуфабрикат Состо- яние Толщина, мм Характе- ристика Направление вырезки образцов Температура испытания, "С
125 150 175
1430 Лист неплакированный Т1 1,5-4,0 ов, МПа д п - 415 415 —
о02, МПа д п 315 300 —
6, % д п 20 22 —
Плита 10,0-40,0 ои, МПа д п 440 435 415 410 385 375
о02, МПа д п 365 335 360 335 340 315
Прессованный профиль < 25 о„, МПа д 470 430 355
оп„ МПа д 385 380 305
6, % д 12 19 27
Лист ней лакированный Т1 1,2-2,0 о„, МПа д п 400 405 375 385 355 345
о02. МПа д п 310 315 315 315 305 285
1441 6, % д п 16 13 17,5 16,5 18 17,5
8,0 ов, МПа д п 420 425 400 405 —
о02, МПа д п 360 360 355 355 —
6, % д п 10,5 10,5 12 12,5 —
Плита 20,0 оь, МПа д п 425 405 405 400 —
6, % д п 9.5 8 9,5 10 —
1440 Плита тп 20,0-25,0 ов, МПа д п — 425 400 390 375
о02, МПа д п 405 380 365 355
6, % д п 16 15,5 19,5 18
Прессованный профиль 25,0-50,0 ое, МПа д п — — 395 385
С0 2» Пс! д п — 360 355
6, % д п — — 13,5 14,5
У сплавов 1421Т и 1423Т в режиме сверхпластичности протекает
динамическая рекристаллизация, в результате которой создается полностью
142
рекристаллизованная мелкозернистая равноосная структура со средним
размером зерна 9 мкм. При этом удлинение достигает 500—700%, в т.ч.
для сплава 1421 максимальное удлинение при сверхпластичности достигает
675%.
Таблица 162
Механические свойства при 20°С после воздействия нагревов (направление Д)
Сплав, состояние Полуфабрикаты Характе- ристика Температура нагрева, ‘С
125 150
Bi ремя выдержки, ч
50 100 500 1000 50 100 500 1000
Лист от, МПа — 440 475 — 465 465 —
с02, МПа — 370 375 — — 360 365 —
плакированный 5, % — 8 7 — — 10 9,5 —
от, МПа — 500 500 — — 490 490 —
1430Т1 Плита «(|2, МПа — 390 390 — — 380 380 —
5, % — И 10 — — 12 И —
Прессованный от, МПа — — 530 540 — 520 510 —
о02, МПа — — 430 435 — 420 420 —
профиль 6, % — — 8 9 — 8 7,5 —
Лист от, МПа 445 440 470 476 440 465 505 500
оп„ МПа 350 350 365 385 365 375 440 460
1441Т1 нейлакированный 6, % 16,5 14,5 10,5 10 11,5 10,5 7 5,5
от, МПа 470 490 500 500 475 480 520 510
Плита о0-,, МПа 395 430 435 430 405 430 460 470
6, % 6 6,5 5 7 7,5 6 6,5 6
от, МПа 495 510 505 510 475 515 490 490
1440Т11 Плита о02, МПа 425 450 450 450 425 440 445 440
6, % 6 6 5,5 7 6 6,5 5,5 7,5
Таблица 163
Пределы длительной прочности (МПа) сплавов 1430T1 и 1441Т1
Сплав Полуфабрикат Толщина, мм Направле- ние вырезки образца Температура испытания, *С
125 150
Время до разрушения, ч
100 500 1000 100 500 1000
1430 Лист плакированный 1,5—2,5 д п 320 310 300 — 290 280 240 —
Прессованный профиль До 25 д — 365 315 355 265 —
1441 Лист неплакироваиный 1,2-2 д п 335 325 310 295 275 265 305 295 275 265 255 245
Лист плакированный 1,5 д п 330 320 270 260 — 255 255 225 225 —
Плита 20 д п 390 380 380 375 — — — —
Эффект сверхпластичности для листов из сплава 1423 проявляется в
широком диапазоне температур (450—525°С) и скоростей деформации
е = 3,8 • Ю-4 - 3,8 • 10“2 с-1. Напряжение течения составляет 2—25 МПа,
коэффициент скоростной чувствительности напряжения течения т = 0,3 • 0,78.
143
Таблица 164
Пределы ползучести (МПа) сплавов 1430Т1 и 1441Т1
Сплав Полуфабрикаты Толщина, мм Направление вырезки образца Температура испытания, ’С
125 150
Время до разрушения, ч
too 500 1000 100 500
1430 Лист плакированный 1,5-2,5 д п — 280 270 . 230 —
Прессованный профиль До 25 д — 325 285 285 225
1441 Лист пеплакированный 1,2-2 д п 305 295 295 285 265 265 265 255 245
Лист плакированный 1,5 д п 245 235 235 235 — 195 185 —
Плита .. 20 д ~ п 380 365 — — Z —
Таблица 165
Характеристика высокопрочных сплавов системы Al—Си—Li
Характеристика Направление 1460 1461 1464 1368
d. г/см3 — 2,615 2,650 2,660 2,660
Е. ГПа — 79,0 80,0 79,0 77,5
д 560 560 560 520
о,. МПа п 560 520 530 515
45° 520 500 500 505
д 515 490 530 490
МПа п 510 460 495 470
45° 450 445 460 455
Д 5.5 10,0 9,0 13,0
6. % П 7,0 12,0 10,0 12,0
45° 9,0 13,0 13,0 13,0
Сплавы 1450 и 1451 системы А1—Си—Li имеют сверхпластичность
в листах с перекристаллизованной структурой. Эти сплавы склонны к
динамической рекристаллизации при сверхпластичной деформации, в
результате которой формируется однородная ультрамелкодисперсная
структура.
В сплаве 1450 ультрамелкодисперсная структура формируется при
достижении относительного удлинения 30—40%, а в сплаве 1451 —
j 00—130%. Оптимальными температурами сверхпластичной деформации
для сплава 1450 являются 480°С, а для сплава 1451 — 450°С.
Напряжение течения и коэффициент скоростной чувствительности
напряжения течения m для обоих сплавов одинаковы и составляют
соответственно 11 МПа и т = 0,4—0,45. Относительное удлинение,
достигаемое при оптимальных температурах и скорости деформации
1,2 • 10"3 с-1, составляет 300—380% и зависит от времени перерыва между
прокаткой и сверхпластичной деформацией.
Для листов из сплава 1440 относительное удлинение при температуре
520°С и скорости деформации (1—4) • 10“3 с’1 составляет 350—400%
при напряжении течения -6—10 МПа и показателе т = 0,45—0,5.
144
В табл. 166 приведены типичные механические свойства листов
системы Al—Li в состоянии сверхпластичности.
Таблица 166
Типичные механические свойства листов в состоянии (ТГ1) и характеристики
сверхпластичности
Сплав Направление вырезки образца ц, МПа о,„ МПа 6, % а, МПа т
1420РС д 430 270 300-350 < 10 0,35
п 440 270 300-350 < 10 0,35
1421 д 450 320 650 - 1 000 4,5 0,5
П 480 330 800 - 1 000 3,5 —
1423 д 460 345 600 - 1 000 5 0,45
п 460 330 600 - 900 4 -
Примечав и с: Для сплавов: 1420РС - T “ 465°С, е = 2 10 * с
1421, 1423- T ° 500°С, е = (7-8) 10 1 с4
Сплавы 1420, 1421 и 1423 являются свариваемыми — они свариваются
контактной, аргонодуговой и электронно-лучевой сваркой. По склонности
к горячим трещинам сплавы системы Al—Li—Mg аналогичны сплавам типа
АМг5 и АМгб, что выгодно отличает их от свариваемых, термически упроч-
няемых алюминиевых сплавов, в том числе и сплавов системы Al—Li—Си.
Сплавы системы Al—Li—Mg перспективны для применения в сварных
конструкциях любой конфигурации, выполняемых различными методами
сварки. Важно, что при производстве сварной конструкции из этих сплавов
не требуется дополнительная термическая обработка и обеспечивается
возможность подварок при эксплуатации. При этом прочность сварных
соединений равна 0,8—0,85 прочности основного материала по сравнению
с 0,5—0,6 для сварных соединений из сплавов систем Al—Li—Си и
Al —Li —Mg—Си (табл. 167).
Обработка резанием удовлетворительная.
Таблица 167
Свойства сварных соединений из сплавов 1420, 1421
(автоматическая аргонодуговая сварка)
Сплав, состояние Полуфабрикаты си, МПа N КГ3 (МЦУ) при отак - 155 МПа, К, = 2,6 К МПа • м|/2, (Ь = 200 мм) dl/dN, мкм/цикл, при ДК, МПа - м1Г2
31 25
1420ТП Лист 365 179 62 3,3 —
Плита 355 120 52 — 1,96
1420ТГ1, 1420ТВ1 Штамповка 365 330 40 — 1,75
1420ТГ1 Прессованные 365 720 Г- 75 (Ь = 400 мм) 2,2 —
1421ТГ1 Лист 360 107 50 1,65 —
Плита 345 150 53 — 0,85
145
Сплав 1420 обладает повышенной коррозионной стойкостью, близкой
к сплаву АМгб системы Al—Mg. В закаленном на воздухе и искусственно
состаренном состоянии (ТГ1) все полуфабрикаты обладают наилучшими
характеристиками; они не склонны к коррозионному растрескиванию и
межкристаллитной коррозии. В состоянии Т1 (закалка в воде и искусствен-
ное старение) характеристики коррозии сплава хуже, чем в состоянии
ТГ1.
Сварные соединения также обладают высокой коррозионной стой-
костью. Однако они чувствительны к эксплуатационным и технологичес-
ким нагревам. Надежная защита от коррозии осуществляется традицион-
ными для алюминиевых сплавов способами.
Прессованные профили из сплава 1420 после закалки обладают
высокой технологичностью при гибке, подсечке, малковке. Листы из сплава
1420 имеют пониженную по сравнению со сплавом Д16Т технологическую
пластичность, поэтому из них можно изготавливать детали с небольшой
степенью деформации. Изготовление сложных деталей штамповкой,
эбтяжкой на прессе или выколоткой необходимо производить в несколько
переходов с применением межоперационных закалок. Окончательную
закалку для обеспечения нормальной коррозионной стойкости необходимо
производить с охлаждением на воздухе.
Коррозионная стойкость неплакированных полуфабрикатов из сплава
ВАД23 такая же, как у неплакированных полуфабрикатов сплава Д16.
Защита от коррозии сплавов системы Al—Li осуществляется анодиро-
ванием и лакокрасочными покрытиями.
Сплавы системы Al—Li рекомендуется применять для сварных и
несварных конструкций авиакосмической техники: панелей, стрингеров,
обшивок крыла и фюзеляжа взамен сплавов Д16 и В95.
С учетом экономических факторов сплавы могут быть рекомендованы
для изделий наземного транспорта и другой техники.
В табл. 168 и 169 приведены сводные данные по свойствам сплавов
1420 и ВАД23.
1.5. СРЕДНЕПРОЧНЫЕ ВТОРИЧНЫЕ
ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СПЛАВЫ
Вторичные деформируемые сплавы относятся к конструкционным
сплавам средней прочности и подразделяются на три группы на основе
следующих систем (табл. 170):
1) Al—Си—Mg—Мп(51)-ВД-1; АКМ; АВД1-1; 1105;
2) Al-Zn-Mg-Cu(Si)-B95-l; В95-2; АКМц;
3) Al—Mg—(Cu)-AMM-l; АММ-2.
Марка
1420
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Mg Си
0,55
Предел прочности, МПа:
Предел текучести, МПа:
440-470 Коэф. терм, расширения, мкм/(м*град. К):
270-295 Модуль упругости, ГПа:
Относительное удлинение, %:
9-12 Предел прочности, МПа, при температуре:
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Плотность, г/см’:
2,47
Относительное удлинение,
%, при температуре:
сумма
Таблица 168
Описание:
Сплав Al-Li. Характеризуется пониженной
плотностью и повышенным модулем упругости
(на 6—8%) по сравнению со сплавами Д16 н В95.
Повышенная чувствительность к концентраторам
напряжений, пониженная пластичность.
Применение:
Изделия с ограниченным ресурсом — для силовых
деталей. В изделиях с длительным ресурсом —
преимущественно для малонагруженных деталей.
Рекомендуемая термическая обработка
Вад термообработки т,°с Время, ч
Закалка 445-465
ТП — Искусственное старение 115-125
ТВ1, ТП — Искусственное старение 115-125 5-12
Отжиг полный 380-420 10-12
Охлаждение
Воздух
Воздух (ТГ)
Вода (ТВ), воздух (ТГ)
Со скоростью ЗО’С/ч до 260’С, далее на воздухе
Марка
ВАД23
Химический состав, % массовой доли
А1 — основа
Zn Mg Си Мп Сг
Fe Si Li
Ni
0,9-
1,4
Предел прочности, МПа:
550
Коэф. терм, расширения,
мкм/(м*град. К):
24
Предел текучести, МПа:
450
Модуль упругости, ГПа:
73-76
Относительное удлинение, %:
Предел прочности,
МПа, при температуре:
Температура,
430
Описание:
Сплав алюминия с литием. Характеризуется
пониженной плотностью и повышенным модулем
упругости (на 6—8%) по сравнению со сплавами
Д16 и В95. Жаропрочность при малой концентра-
ции напряжений выше, чем у аналогичных
алюминиевых сплавов (Т до 175° С).
200
Плотность, г/см3:
2,78
Предел текучести,
МПа, при температуре:
Применение:
Нагруженные элементы конструкций, в т.ч.
работающие с нагревом.
Относительное удлинение,
%, при температуре:
350
5
Рекомендуемая термическая обработка
Вид термообработки т,°с Время, ч Охлаждение
Закалка 515-525 Вода
ТГ2 — Искусственное старение 140-150 8-16 Воздух
Т2 — Искусственное старение 200-220 6-15 Воздух
Т1 — Искусственное старение 160-170 8-16 Воздух
Отжиг полный 380-420 0,2-1,0 Со скоростью 30‘С/ч до 260'С, далее на воздухе
148
Таблица 170
Химический состав (%, остальное А1) вторичных деформируемых сплавов
(по ГОСТ 1131-76)
Марка сплава Легирующим компонент Примеси, не более *4
Си Мк Мп Zn Si Fe Si Ni Zn Ti Cr
ВД1 2,0-5,0 0,4-1,6 0,3-0,8 — — 1,0 1,0 0,2 0,7 0,2*' —
АВД1-1 2,5-3,5 0,2-0,7 0,1-0,7 — — 0,8 0,8 0,1 0,3 — —
АКМ 1,2-2,6 0,8-1,4 0,2-0,8 — 0,8-2,2 1,0 — 0,1 1,0 0,2 0,2
1105 2,0-5,0 0,4-2,0 0,3-1,0 — — 1,5 3,0 0,2 1,0 0,2*' —
В95-2 1,0-3,0 1,0-2,8 0,2-0,8 2,0-6,5 — 0,9 0,9 0,2 0,15*' 0,25
АКМц 1,4-3,0 1,2-2,5 0,1-0,7 3,5-6,0 0,8-1,6 1,0 — °,2 — 0,15*' 0,25
В95-1 1,0-3,0 0,6-2,6 0,2-0,8 0,8-2,0 — 1,0 1,5 0,2 — 0,2*? 0,25 ’
АММ До1,6‘3 1,8-4,2 0,1-0,8 0,2-1,7 0,2-1,7 1,0 0,2 si,5 0,2*2 0,25
*' JTi+Cr+Zr;
*2 JTi+Zr;
,3 В сплавах ЛММ-1 — до 0,5% Си, в ЛММ-2 - 0,51 — 1,60% Си.
*'1 Сумма прочих примесей нс более 0,02%; каждой — не более 0,05%.
Вторичные алюминиевые сплавы выпускают в виде листов, лент
толщиной 0,8—10,5 мм (ГОСТ 21631-76, ГОСТ 13726-97), прессованных
профилей (ГОСТ 8617-81), прутков диаметром 5—160 мм (ГОСТ 21488-97)
труб (ГОСТ 18482-79), в том числе сварных (ГОСТ 23697-79).
Во вторичных сплавах допускается повышенное содержание примесей:
железа, кремния, цинка (в сплавах систем Al—Си—Mg и Al—Mg), меди (в
сплавах систем — Al—Zn—Mg—Си и Al—Mg). Часть типичных для
обычных сплавов примесей, в частности кремний, используется в качестве
легирующих компонентов. Кроме того, во вторичных сплавах могут присут-
ствовать различные нерегламентируемые примеси: свинец, олово, сурьма
кадмий, литий и др. Содержание этих примесей, особенно легкоплавки1,
регламентируется в зависимости от требований, предъявляемых к изделиям
и их влияния на литейные свойства, деформируемость.
Режимы упрочняющей обработки вторичных сплавов приведены в
табл. 171. Для большинства вторичных сплавов рекомендуется естественное
старение в течении 7—30 сут., обеспечивающее высокую пластичность, а
для ряда сплавов и коррозионную стойкость.
Таблица 171
Режимы закалки и старения вторичных алюминиевых сплавов
Сплав Температура, С Время старения, ч
закалки старения
ВД1, АКМ, АКМц, 1105 490-500 150-160 8-16
B95-1, B95-2 480-490 130-150 12-24
АММ-2 505-515 160-170 10-16
Режимы отжига вторичных сплавов не отличаются от режимов д.
первичных сплавов соответствующих систем: ВД1, АКМ, АММ-2, 1105 -
как для сплава Д1; В95-1, В95-2, АКМц — как для сплава В95; АММ-1 --
как для сплава АМгЗ.
149
Гарантируемые уровни механических свойств вторичных сплавов на
20—60 МПа ниже (табл. 172), чем уровни для первичных сплавов.
Таблица 172
Гарантируемые механические свойства вторичных алюминиевых сплавов
Сплавы Полуфаб рикаты Состояние и», МПа б, %
ВД1, АКМ, В95-1, В95-2, АКМц Листы, лепты толщиной 0,8—10,5 мм; прутки диамет- ром до 160 мм; профили толщиной до 100 мм Отожженное М S 245 10
ВД Листы, лепты толщиной 0,8-10,5 Закаленное и естественно состаренное (без термообработки) Т 333 10
АКМ, В95-1, В95-2, АКМц 315 10
ВД1 Прутки диаметром, мм: св. 5 до 100 св 100 до 160 мм 333 8 6
В95-1, В95-2 353 10 8
ВД1, АВД1-1 Профили прессованные толщиной до 100 мм Закаленное и естественно состаренное (без термообработки)Т 333 12
АКМ 314 10
Закаленное и искус- ственно состаренное Т1 333 12
ВД1, В95-1. В95-2 Трубы прессованные, толщиной, мм: до 5,0 св. 5,0 до 20,0 св. 20,0 до 40,0 Закаленное и естест- венно состаренное Т 333 343 353 10 8 8
ВД1, В95-1, В95-2 Трубы сварные диаметром 16; 18; 20; 22; 25; 32; 35; 40; 50; 55 мм Без термообработки 157 6
Типичные механические свойства вторичных сплавов близки к
первичным сплавам типа Д1 и АК6 (табл. 173), но уступают последним
по вязкости разрушения и чувствительности к трещине для ряда составов.
Характеристики выносливости полуфабрикатов из вторичных сплавов
находятся на уровнях этих характеристик сплава Д1.
Вторичные алюминиевые деформируемые сплавы обладают удовлет-
ворительной коррозионной стойкостью, такой же, как сплавы Д1 или
Д16, а сплав АММ-1 по коррозионной стойкости превосходит их. Имеется
большой опыт использования тонких листов с технологической плакиров-
кой в отожженном и нагартованном состоянии в средах нефтехимических
производств, содержащих углерод, сероводород, сернистый газ, окись
углерода, пары серной кислоты. Потери механических свойств за два года
эксплуатации в этих средах не превышают 10—20%.
Характеристики физических свойств вторичных сплавов близки к
характеристикам первичных сплавов тех же основополагающих систем
(табл. 174, 175).
По способности к холодной деформации (гибка, вытяжка, выдавка,
отбортовка) полуфабрикаты из вторичных сплавов близки к полуфабри-
катам из сплава Д1 (табл. 176).
150
Таблица 173
Типичные механические свойства при растяжении и предел выносливости
полуфабрикатов из вторичных сплавов в состоянии Т1
Сплавы Полуфабрикаты а., МПа о0.2, МПа 6, % U-t, МПа N=2107, К |=1)
ВД1 Профили толщиной до 15 мм 380 280 17 80-90
АКМ Трубы прессованные с толщиной стенки более 5 мм 440 280 16 80-90
АММ Трубы сварные с толщиной стенки 1—3 мм 400 260 17 70
ВД1, В95-1, В95-2, АКМ, АММ Листы и ленты толщиной, мм: 0,8-4 4-10,5 370 360 230 210 20,0 14,0 80-100 60-80
АКМ Профили толщиной до 10 мм 360 240 18 80
В95-2, АКМц 380 260 16 90
Трубы 400 260 14
АММ Профили толщиной до 10 мм 340 220 19 80
ВД1, АКМ Прутки диаметром 18-25 мм 460 280 14 120-180
АММ 360 200 12 100-140
В95-2, АКМц 340 180 8-10 130-180
Защита от коррозии вторичных алюминиевых сплавов осуществляется
анодированием и лакокрасочными покрытиями.
Таблица 17
Температурный коэффициент линейного расширения а • 106, 1/К, вторичных сплавов
Силан Температура, ’С
20 20-100 20-200 20-300 20—400
ВД1 23,2 23,6 24 24,4 24,6
АКМ 21,6 22,7 23,8 24,7 —
АММ 23,8 24,0 24,1 24,3 24,5
В95-1. ВД5-2, АКМц 24,0 24,4 24,9 25,6 29,7
Таблица 175
Плотность, удельное электрическое сопротивление, температуры плавления
и солидуса вторичных сплавов
Характеристика Сплав
вд1 АКМ АММ В95-1, В95-2 АКМц
у, г/см3 2,78 2,75 2,78 2,82 2,82
Р'Ю6. Ом-м, в состоянии: Т 5,6 4,53 5,6 5,64 5,64
М 3,4 3,3 3,4 3,96 —
Температура, °C: неравновесного солидуса 510—535 — 545—570 495—530 —
плавления 535-640 — 545—640 568-635 —
Вторичные сплавы удовлетворительно свариваются точечной сваркой.
Для узлов простой конфигурации возможна газовая и аргонодуговая сварка
с применением присадочной проволоки из сплава АК. Сплав АКМ хорош<
сваривается всеми известными методами сварки; в качестве присадочного |
151
материала используется проволока из сплава АМгб. Все вторичные сплавы
хорошо обрабатываются резанием.
Таблица 176
Характеристика способности к формообразованию листов из вторичных сплавов
Сплавы Состояние Вытяжка Отбо □товка Выдавливание Гибка иа угол 90’
плоская сферическая
к„„ к. мм
ВД1, АКМ, АММ Отожженное М 2,00 — 2,06 1,80- 1,85 1,40- 1,46 1,22- 1,28 0,15 — 0,20 0,30-0,350 (0,8— l,5)s (2,0— 2,5)s
В95-1, В95-2, АКМц Отожженное М 1,80 — 1,85 1,60— 1,65 1,35— 1,46 1,25 — 1,30 0,15— 0,20 0,25-0,30 (1,0- l,5)s (2,0 — 3,0 )s
Закаленное, искусственно состаренное Т1 1,60 — 1,65 1,50 — 1,55 1,20 1,1- 1,15 0,12 0,22 (4,0— 5,0)s (6,0- 8,0)s
Применение. Полуфабрикаты из вторичных сплавов используют для
изготовления товаров народного потребления и продукции производствен-
но-технического назначения. Листы применяют для обшивки автобусов,
корпусов приборов, стиральных машин, деталей велосипедов, тепловой
изоляции в нефтехимии. Прутки применяют в деталях ткацких станков,
бытовой техники, профили — в контейнерах, стеллажах, санках и других
изделиях. Сварные трубы используют для спортинвентаря и раскладной
мебели. Прессованные трубы могут употребляться для деталей ткацких
станков, бурильных труб.
Применение вторичных алюминиевых сплавов в вышеуказанных
конструкциях обеспечивает значительный экономический эффект, так как
их стоимость значительно ниже первичных сплавов.
ГЛАВА 2
ТЕХНОЛОГИЯ
2.1. КРИТЕРИИ ВЫБОРА АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ. ВИДЫ ПОЛУФАБРИКАТОВ И
3 АГОТОВОК
2.1.1. КРИТЕРИИ ВЫБОРА АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ
Алюминиевые сплавы являются одним из основных конструкционных
материалов, широко применяемых в авиакосмической технике, наземном
и водном транспорте, строительстве и других отраслях народного хозяйства
и бытовой техники.
При выборе материалов необходимо учитывать весь комплекс технико-
экономических характеристик алюминиевых сплавов, а именно: большой
диапазон прочности (оп = 100 ... 800 МПа), высокую удельную прочность,
хорошую коррозионную стойкость в различных средах, тепло- и электропро-
водность, отражательную способность, достаточно высокую стоимость и др.
Алюминиевые сплавы обладают хорошими металлургическими и
технологическими характеристиками: хорошие плавильные и литейные
свойства, обрабатываемость всеми способами горячей и холодной пластичес-
кой деформации, резанием, химической и электрохимической обработкой
соединяются различными методами (клепкой, сваркой и пайкой, болтовы-
ми соединениями, склеиванием), способны образовывать на поверхности
защитные и декоративные пленки.
Основные критерии выбора алюминиевых сплавов:
- Уменьшение веса конструкции. При этом необходимо учитывать
комплекс противоречивых требований к конструкции с учетом характе-
ристик рассматриваемых сплавов, включая механические, физические,
технологические и химические, а также экономические параметры сплавов.
' Уменьшение эксплуатационных и ремонтных расходов.
- Обеспечение безопасной эксплуатации изделий во взрывоопасных
и пожароопасных производствах, учитывая отсутствие искрообразования
у алюминиевых сплавов.
- Обеспечение эффективной работы агрегатов и изделий немагнитной
конструкции.
- Обеспечение защиты от теплового излучения за счет высокой
отражательной способности алюминия и его сплавов.
- Обеспечение эффективной эксплуатации конструкций в агрессив-
ных, морских и речных средах с необходимой антикоррозионной защитой
153
- Обеспечение работы конструкций, обладающих высокой способ-
ностью к поглощению энергии удара и небольшой силой инерции, допус-
кающих быстрое ускорение и торможение.
- Обеспечение высокой тепло- и электропроводности конструкции.
- Обеспечение санитарных и медицинских требований оборудования,
бытовых приборов, тары и упаковки, соприкасающихся с пищевыми
продуктами, медикаментами, косметикой, парфюмерией.
- Обеспечение работы химического оборудования для проведения
химических процессов без искажения цвета продуктов реакции, учитывая,
что алюминий образует белые и бесцветные соли.
- Обеспечение эффективности конструкционных, эстетических и
архитектурных характеристик зданий и сооружений.
При выборе марки сплава для конкретной конструкции необходимо
исходить из следующих положений:
- характера и вида нагрузок, величины и характера напряженного
состояния, условий эксплуатации;
- характера и агрессивности рабочей среды, влияния температурных
факторов;
- характера длительности и ресурса эксплуатации;
- характера оборудования и технологии изготовления конструкции;
- вида применяемых полуфабрикатов и заготовок (прокат, прессован-
ные полуфабрикаты, поковки, штамповки и др.);
- характера соединений и возможности реализации в серийном
производстве (сварка, клепка, пайка, склейка и др.);
- требования к состоянию поверхности и необходимые химические,
электрохимические и лакокрасочные покрытия;
- экономические факторы; стоимость сплавов и полуфабрикатов из
них.
На рис. 1 показана оптимизация выбора материала в зависимости от
экономических и весовых факторов конструкции.
При использовании алюминиевых сплавов целесообразно проектиро-
вать цельноалюминиевые конструкции, что обеспечивает оптимизацию
эксплуатационных нагрузок, сопротивление коррозионным факторам и
унификацию технологических процессов при изготовлении. Оптимальной
при этом является объемная несущая конструкция, состоящая из:
- прессованных профилей — в строительстве для изготовления
каркасов, окон, дверей и т.п.;
- листов — в химическом и пищевом машиностроении для изготовле-
ния емкостей, сосудов, резервуаров, тары и упаковки (контейнеры, бочки
и др.); в строительстве — для изготовления крыш, облицовки фасадов
зданий и т.п.;
- различных полуфабрикатов (листов, профилей, поковок, штамповок,
труб, проволоки и др. ) — в самолетостроении, судостроении, машинострое-
нии и др.;
154
Снижение веса
Увеличение веса
конструкции
конструкции
Рис. 1. Оптимизация выбора материала
- интегральных монолитных
полуфабрикатов прессованных
панелей, в т.ч. с законцовками.
катанных плит и крупногабарит-
ных штамповок — в самолето-
строении, ракетно-космической
технике, судостроении и др.
При использовании алюми-
ниевых сплавов в различных
конструкциях технически и эконо-
мически неверно и невыгодно
использовать решения, принятье
для стальных конструкций.
В конструкциях из алюми-
ниевых сплавов формы сечения
и размеры должны соответст-
вовать действующим силам и
напряжениям.
конструкции, где:
1 - конструкторско-технологическая граница
применения алюминиевых сплавов;
[1 ~ экономическая граница применения
алюминиевых сплавов;
П1 - граница применения высокопрочных
алюминиевых сплавов и новых технологий
(авиационная промышленность);
О - оптимальная конструкция,
оптимизирующая затраты и весовые
характеристики (наземный транспорт);
IV - граница утолщения конструкции из
сталей, в т.ч. высокопрочных и дорогих.
Оптимизация конструкции
обеспечивается применением
рациональных заготовок из алюми-
ниевых сплавов (профилей, листов
штамповок и др.) и методов их
соединения (клепка, сварка, пайка,
склейка, болтовые соединения). В
самолетостроении: лист - профи.и
клепка - сварка; в строительств?
лист - профиль, цельносварные
конструкции и т.д.
Важное значение при выборе конструкций из алюминиевых сплаве-
имеет учет коррозионных фактов. При конструировании деталей и узлов
из алюминиевых сплавов следует избегать прямых контактов с более
благородными металлами (медь, никель, серебро, железо, олово, свинец)
в результате которых алюминиевые сплавы могут интенсивно корродировать
2.1.2. СЛИТКИ, ЧУШКИ; КАТАННЫЕ И
ПРЕССОВАННЫЕ ПОЛУФАБРИКАТЫ
Алюминий и его сплавы являются высокотехнологичными материа
лами при плавке, литье и горячей деформации, что позволяет получать
литые заготовки в виде слитков, чушек и полуфабрикатов после прокатки
прессования, волочения, ковки и штамповки в виде листа, полосы, плиты
ленты, фольги, прутка, профиля, панели, проволоки, поковки, штамповки
155
трубы. Заготовки и полуфабрикаты из алюминиевых сплавов производятся
на металлургических заводах.
В табл. 177 приведены данные по маркам сплавов, габаритам и
химическим составам, слитков из алюминиевых сплавов, предназначаемых
для дальнейшей обработки давлением.
Таблица 177
Марки сплавов, габариты и химические составы слитков из алюминиевых сплавов
для дальнейшей обработки давлением
Форма слитков Размеры слитков, мм Масса, кг
Прямоугольные Толщина Длина Ширина 300-600 1500-5500 980-2100 1500-15000
Круглые сплошные Диаметр Длина 125-1100 300-1850 30-5000
Круглые пустотелые Диаметр внешний Диаметр внутренний Длина 150-1100 50-750 300-1850 15-1500
* Возможно изготовление слитков диаметром 125-215 мм из сплавов серии бххх длиной до 5000 мм
Слитки изготавливаются из 110 марок сплавов с химическим составом но ГОСТ 4784, ОСТ 5.9466,
ОСТ 1.90014, ОСТ 1.90026, ОСТ 1.90048 России.
В табл. 178 приведены данные по маркам сплавов, габаритам чушек и
ГОСТ на поставку литейных сплавов для фасонного литья.
Таблица 178
Марки сплавов, габариты чушек, литейных сплавов для фасонного литья
Габариты чушек Марки литейных сплавов
Т-образная чушка массой 500—1500 кг АК5М АК7 АК5М2 АК8М
Мелкая чушка массой до 20 кг в пакетах массой 700—1000 кг АК5М4 АК8МЗ АК9М2 АК12М2 АК12ММгН
Возможно изготовление и других сплавов согласно ГОСТ 1583.
В табл. 179 приведен перечень российской нормативно-технической
документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ) на поставку плит, листов и лент из
алюминиевых сплавов.
В табл. 180 приведены данные по маркам, габаритам и состоянию
поставки плит из алюминиевых сплавов.
В табл. 181 приведены данные по маркам, габаритам и состоянию
поставки листов из алюминиевых сплавов.
В табл. 182 приведены данные по маркам сплавов, размерам и
состоянию поставки листов с односторонним ромбическим и чечевичным
рифлением и гофрированных листов, предназначенных для напольных
настилов, перекрытий, лестничных и других конструкций.
156
Таблица 1
Действующая нормативно-техническая документация на поставку плит,
листов и лент из алюминиевых сплавов
Вид полуфабриката Стандарты и технические условия
Плиты ГОСТ 17232-99 ОСТ 1-90272-78 (1201) ОСТ ВЗ-6748-92 (АВТ 102) ОСТ ВЗ-75-86 (АВТ 101) ОСТ 1-92001-90 (АМгб повышенного качества ОСТ 1-90117-83 (АК4-1ч — авиастроение) ОСТ 1-92063-78 (1561, 1985ч — судостроение ТУ 1-83-54-89 (1105 — для нужд народного хозяйства) ТУ 1-92-161-90 (авиация)
Листы ГОСТ 21631-76 (для нужд народного хозяйства) ГОСТ 10703-73 (для полиграфической промышленности) ОСТ 1-90070-92 (обшивочные) ОСТ 1-90271-78 (1201) ОСТ 1-90246-77 (конструкционные листы для авиастроение) ОСТ 1-92073-82 (судостроение) ОСТ 1-92000-90 (АМгб повышенного качества) ТУ 1-92-47-77 (АК4-1ч с нормальной плакировкой) ТУ 1-92-48-77 (АК4-1ч с утолщенной плакировкой)
Лепты ГОСТ 13726-97 (для нужд народного хозяйства)
ТУ 1-2-394-79 (для лакированной леи: Q ТУ 1-2-397-97 (для лакированной лепты)
ТУ 1-83-53-89 (1105 — для нужд народного хозяйства) ТУ 1-2-533-99 (для лент сплава ВД1)
ТУ 1-2-432-82 .'лепты высокой точности и высокого качеств
ТУ 1-2-433-82 (лепты высокой точности и повышенного качества отделки)
ТУ 1-2-434-82 (лепты высокой точности)
Листы «Квилтер» и «Дуэт». Рифление с ромбическим и чечевичным видом ТУ 1-2-508-97 ТУ 1-3-71-90 ТУ 1-3-112-93 ТУ 1-3-87-90
Листы поставляются толщиной ог 0.5 до 10,5 мм по согласованию с Заказчиком. Ширина листов 914—2000 мм. Длина листов 2000, 3000 мм и далее увеличивается через 500 мм до 7500 мм. Плиты поставляются толщиной 11 150 мм, длиной 2000—7500 мм, шириной 1200—2100 мм, дру размеры — по дополнительному согласованию.
В табл. 183 приведены данные по маркам сплавов, размерам
состоянию поставки ленты из алюминия и его сплавов. Ленты выпускаю;
в рулонах с внутренним диаметром рулонов 500, 600, 750 мм и наружнь
диаметром 90—1900 мм.
Лента толщиной 0,5 мм и менее выпускается на шпулях с внутренш
диаметром 250, 280, 380, 406, 500 мм. Лента может поставляться с покрыт
ем высококачественными эпоксифенольными лаками и эмалями д.
изготовления консервной тары, винтовых колпачков, банок для напитк
и других видов тары и упаковки.
157
Таблица 180
Марки, габариты и состояние поставки плит из алюминиевых сплавов,
поставляемых по российским стандартам
Марка алюминиевых сплавов Состояние поставки Размеры, мм
толщина ширина длина
АВ Т1 11-60 1200-2000 3000-7000
1915 т 11-60 1200-1600 3000-7000
АБТ101; АБТ102 Т1 11-60 1200-1600 3000-7000
1561 м 11-60 1200-1600 3000-7000
АО; А5; А6; А7; АМЦ; АМг2; АМгЗ; АМг5; АМгб; Д1; Д16 м 11-90 1200-2500 2100-27500
5083 м 20-150 1000-1500 2000-3000
Д1; Д16 т 20-100 1000-1500 2000-3000
Д1 т 60-120 1200 6000
Д16ч, 1163 т 26-50 1200-2000 до 27500
1163 TI, Т7 20-110 1200-2000 до 27500
Д1, Д16 м 20-80 1000-2000 2000-5000
АВ, АД35 т 20-150 1000-1500 2000-3000
В95пч, В95оч TI, Т2, ТЗ 26-85 1200-2000 До 27500
В95оч TI, Т2, ТЗ 20-40 1200-2000 До 27500
В95пч TI, Т2, ТЗ 65-85 1200-2000 до 27500
В95 Т 20-100 1000-1500 2000-3000
1973 Т 45-90 1100-2000 до 27500
АМгб М 10-30 2100-2500 2100-3000
АМгб М 11-16,5 2100-3000 2100-3000
Состояние поставки плит и листов толщиной до 150 мм — горячскаташюс (М), закаленное
н естественно состаренное (Т). закаленное и искусственно состаренное (TI, Т2. ТЗ, Т7).
Наряду с указанными в таблице могут нзгоктвливать плиты и листы других сплавов и состояний
поставки но согласованию с Заказчиком в пределах возможности оборудования.
Таблица 181
Марки, габариты и состояние поставки листов из алюминия и алюминиевых сплавов,
поставляемых по российским стандартам
Марки алюминия или алюминиевых сплавов Состояние поставки Размеры, мм
толщина ширина длина
АО; А5; А6; А7; АД; АД 1; АДО; АД00 Без г/о 5,0-10,5 1200-2000 2000-5000
АО; А5; А6; А7; АД; АД1; АДО; АД00 М 0,5-10,5 1200-2000 2000-7000
АО; А5; А6; А7; АД; АД1; АДО; АД00 Н 0,5-0,4 1200-2000 2000-7000*
АО; А5; А6; А7; АД; АД1; АДО; АД00 Н2 0,5-4,5 1000-2000 2000-7000
АМц; АМг2; АМгЗ Без т/о 5,0-10,5 1200-1600 2000-7000
АМц; АМг2; АМгЗ М, Н 0,8-10,5 1200-1600 2000 - 7000*
АМц; АМг2; АМгЗ, 1541лч** Н2 0,5-4,0 1000-2200 2000-7000
АМг5; АМгб; 1561 Без т/о 5,0-10,5 1200-1600 2000-7000
АМг5; АМгб; 1561 М, БМ, УМ 0,5-10,5 1000-2200 2000-5000*
АВ Без т/о 5,0-10,5 1200-1600 2000-7000
АВ, АВч М 0,8 10,5 1200-1600 2000-7000
АВ, АВч Т, Т1 0,8-10,5 1200-1600 2000-7000
Д1; Д16 Без т/о 5,0-6,0 1200-2000 2000-7000
Д1, Д16; Д19; М40 AM, УМ, АТ, УТ 0,5-6,0 1000-2200 2000-7000
Д1; Д16; Д16ч; 1163; Д19, М40 Т, АТ, УТ, TH 0,5-10,5 1000-2200 2000-7000*
ММ Н, М 1,0-4,5 1200-1600 2000-4000
1915, 1541*** М 0,8-4,5 1200-1600 2000-5000
1915 Т 0,8-10,5 1200-1600 2000-7000
158
Продолжение табл. 181
Марки алюминия или алюминиевых сплавов Состояние поставки Размеры, мм
толщина ширина длина
ВД1; АКМ Без т/о 5,0-10,5 1200-1600 2000-7000
ВД1; АКМ М 0,8-10,5 1200-1600 2000-5000
ВД1; АКМ Т 0,8-4,0 1200-1600 2000-4000
Д12 Н, М 0,5-4,0 1000-2200 2000-5 000
АО; А5; А6; А7; АМц; Д12; АМг2; АМг5; Д1;Д16 Без т/о 0,5-4,0 1000-2200 2000-5000 1
АО; А5; А6; А7; АМц; Д12; АМг2; АМгЗ; АМг5; АМгб; Д1; Д16 Без т/о 7,0-10,5 1200-1500 2000-5000
В95; 7021; 7075 Т 2,0-4,0 1000-2280 1200-4000
* Для толщины 0,5—4,0 мм длина составляет до 7000 мм.
•* Габариты листов из сплава 1541пчН2 составляют 2,2х 1 200 х 2500 мм (по ТУ 1-801-82-89);
1541М - 2,3 х 1 200 х 2 500 мм (по ТУ 1-801-82-87)
П р и м с ч а и и е: т/о — термообработка; Н — пагартованиыс; Н2 — полуиагартованпые;
А — нормальная плакировка; У — утолщенная плакировка; М — отожженные.
Лист гофрированный
Таблица 182
Марки сплавов Состояние поставки Размеры листов, мм
шаг гофры высота гофры толщина ширина длина
1105; ВД1 М, Н, Н2 70 24 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 950; 1030; 1250; 1270 2000; 2500
А1; АМг2; АМгЗ; Д1; Д16; ВД1 125 30 0,8-2,0 1060; 1300
Листы с односторонним ромбическим и мечевидным рифлением «квинтет» или «дуэт»
Марки сплавов Состояние поставки Размеры листов, мм
толщина ширина длина
АМц; АМгЗ; АМг2 М, Н2, 1,5-5,0 1000-1500 2000-7000
АМг2; Д16 М, Н2 0,8-2,5 1200 2000-4000
Таблица 183
Сортамент ленты из алюминия и алюминиевых сплавов
Марки алюминия или алюминиевых сплавов Состояние поставки Размеры, мм
толщина ширина
АО; А5; А6; А7; АД; АД1; АМц; АЖ; АМг2; АМг2С; 1105 М, Н, Н2 0,2-3,0 100-1500
А5 М, Н 0,5-6,5 1200-2000
АМц; АМг2; АМгЗ М, Н, Н2 0,8-6,5 1000-1500
ВД1; ВД1А М, Н 0,5-2,0 1200-1500
Сортамент баночных лент
Марки сплавов Состояние поставки Размеры, мм
толщина ширина
3004; 3104 Н19 0,25-0,32 1200-1530
5182 Н18 0,224-0,3 150-1500
5182 Н19 0,25-0,3 65-1000
Для получения объемных длинномерных заготовок различной конфи-
гурации широко применяется прессование алюминиевых сплавов.
В табл. 184 и 185 приведены данные по сортаменту, сплавам и состоя-
нию поставки круглых и квадратных прутков.
Таблица 184
Круглые прутки (прессованные)
Марки сплавов Диаметр*, мм Шаг*, мм Состояние поставки Технические условия поставки
МИК. макс.
Д16; В95; А, [31; АМгб; АВ; 1420; 1424 и др. 6 28 1 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 21488-97
30 60 2
60 190 5
190 300 10
300 500 10
Таблица 185
Квадратные прутки (прессованные)
Марки сплавов Диаметр*, мм Шаг*, мм Состояние поставки Технические условия поставки
мин. макс.
Д16; В95; АД31; АМгб; АВ н др. 7 28 1 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 21488-97
30 60 2
60 190 5
100 180 10
200 250 10
200 220 —
250 300 —
В табл. 186 приведены данные по шестигранным прессованным пруткам.
Шестигранные прутки (прессованные)
Таблица 186
1 Марки сплавов Диаметр вписанной окружности*, .мм Состояние поставки Технические условия поставки
мин. макс.
Д16; В95; АД31; АМгб; АВ и др. 7 90 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 21488-97
* Могут быть изготовлены прутки с другими размерами по согласованию с Заказчиком.
В табл. 187 и 188 приведены данные по пруткам, шинам в бухтах и
прессованным полосам.
Таблица 187
Прутки и шины в бухтах
Вид продукции Марки сплавов Размер, мм Диаметр бухты, мм Высота бухты, мм
наружный внутренний
Пруток в бухтах Д16; В95; АД31; АМгб; АВ и др. диаметр 6—14 1200 500 до 500
Шины в бухтах 2,5 х 30 х 9 х50
160
Таблица 188
Полосы (прессованные)
Марки сплавов Размер )*, мм Шаг*, мм Состояние поставки Технические условие поставки
мин. макс.
Д16; В95; АД31; АМгб; АВ и др. а г 3 a s 40 2 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 8617; ОСТ 190113-86: ГОСТ 13616-78: ОСТ 192066-91; ГОСТ 15176-89
Ь г 20 b s 200 5
а а 40 a s 200 10
Ьг 200 b s 700 10
* Могут быть изготовлены полосы с другими размерами по согласованию с Заказчиком.
Номенклатура прессованных профилей составляет тысячи наименова-
ний. Профили могут изготавливаться как стандартных конфигураций (уголок,
тавр и т.п.), так и любой другой конфигурации по согласованным с Заказ-
чиком формам и размерам практически из любых алюминиевых сплавоз
В табл. 189 приведены данные по профилям из алюминиевых сплаве
Таблица 18^
Профили прессованные
Марки сплавов Размеры Состояние поставки Технические условия поставки
Диаметр описанной окружности, мм Площадь сечения, см2
мин. макс. мин. макс.
Д16; В95; АК4-1; 1561; АМгб; АВ. АД 31 и др. 21 600 0,43 500 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 8617-81: ОСТ 190113-86 ОСТ 192066-91
АД31 90 360 16 90 Без термообработки ТУ 1-3-43-90
Прос шли прессованные авиационные
В95пч; В95оч; 1163, 1420; 1424 и др. 120 150 40 65 Термически обработанные, в соответствии со стандартами ТУ 1-83-69 и др. ТУ
В табл. 190 приведены данные по панелям, получаемым развертке®
из прессованной ребристой трубы и плоским панелям, получаемым из
овального контейнера.
Таблица 194
Панели, получаемые разверткой из прессованной ребристой трубы
Марки сплавов Ширина Толщина полотна, мм полотна м.м Высота ребер, ММ Состояние поставки Технические условия поставка
мин. макс. мни. макс.
АМг5; АМгб; Д16; Д19; В95; АЕ4; АК4-1; АДз1; 1561; 1985 1350 2100 3 17 до 80 Термически обработанные, без термообра- ботки 1 ОСТ 192041-90 чертеж, согласованный с Заказчиком ... ,
5456; 2024; 7075; 2618; 6063; 5086 1350 2100 3 17 до 80 По согласованным с Заказчиком техническим 1 условиям и чертежу
Плоские панели
АМг; Д16; В95; АД31 370 510 3 12 до 75 Термически обработанные, без термообра- ботки ГОСТ 8617-81 чертеж, согласованный с Заказчиком
2024; 7075; 5083; 6J63 370 510 3 12 до 75 По согласованным с Заказчиком технически’ условиям и чертежу
161
Прессованием получают трубы различной конфигурации и назначения.
В табл. 191 приведены данные по прессованным круглым толстостен-
ным и в табл. 192 по тонкостенным в бухтах трубах из алюминиевых сплавов.
Таблица 191
Круглые трубы прессованные
Марки сплавов Размеры, мм Состояние поставки Технические условия поставки
Наружный диаметр Толщина стенки
мин. макс. шаг мин. макс.
АД 1; АВ; АМц; АМцС; 1915; 1925; АД31; АМг2; АМгЗ; АМг5; АМгб; Д1; Д16; В95; АК4; АК6; АК4-1 22 280 1 2 60 Термически обработанные и без термообработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 18482-79
Таблица 192
Круглые трубы (прессованные тонкостенные в бухтах)______________
Марки сплавов Размеры, мм Масса бухты, кг Размеры бухты, мм
Наружный диаметр Толщина стенки Наружный диаметр Внутренний диаметр Высота
мин. макс. МИИ. макс.
5049 30 40 2,0 3,0 до 30 1800 950 —
'АМгЗ, 5754 30 40 1,8 2,5 до 30 1800 950 —
АДО 8 13 1,0 1,5 88 800 500 300
В табл. 193 приведены данные по крупногабаритным круглым и
фасонным прессованным трубам.
Таблица 193
Трубы крупногабаритные круглые и фасонные
Марки сплавов Тип трубы Наружный диаметр, мм Толщина стеики, мм Состояние поставки Техиические условия поставки
мин макс. МИИ. макс.
2017; 2024; 5056; 5083; 5086; 5754; 6061; 6063; 6082; 7075; ;АМгЗ; АМг4; АМг5; АМгб; Д1; Д16; АД31; АДЗЗ; АД35; В95; 1980 Круглые по наружному и внутреннему контуру 100 900 3 125 Термически обработан- ные, без термообра- ботки ASTM В241 QQA-200/3 ОСТ192048-90 По согласо- ванным с Заказчиком техническим условиям
Фасонные по наружно- му контуру и круглые по внутреннему 100 900 3 125
Фасонные по внут- реннему контуру и круглые по наружному 100 900 3 125
В табл. 194 приведены данные по фасонным прессованным трубам.
Таблица 194
Фасонные трубы (прессованные)
Марки сплавов Виды труб Диаметр описанной окружности, мм Состояние поставки Технические условия поставки
мин. макс.
АМг2; АД31; 1Д16 С наружным оребрением 32 125 Термически обработанные, без термообра- ботки По согласованным с Заказчиком тех- ническим условиям
jl915; 1925; Д1; АД31; АМц С внутренним оребрением 20 120
2017; 2024 С наружным и внутренним оребрением 60 120
АДО Волноводные типа ПГ и СГ 40 92 Без термообработки По согласованным с Заказчиком тех- ническим условиям
162
В табл. 195 приведены данные по бурильным трубам.
Таблица 195
Бурильные трубы
__________________________ Конфигурация бурильных труб_________________________
тип 1 с концевыми внутренними утолщениями
0 с концевыми внутренними утолщениями и наружным утолщением в середине тела
ТИП Z х
______трубы____________________________________________________________________
тип 3 с наружными концевыми утолщениями
тип 4
с наружно-внутренними концевыми утолщениями
Бурильные трубы поставляются в сборе со стальными замками или
без них и изготавливаются из алюминиевых сплавов Д16, 1953, В95, АК-4
АК4-1 в термообработанном состоянии.
2.1.3. ПОКОВКИ И ШТАМПОВКИ
Существующий на металлургических заводах набор кузнечно-пресс*' -
вого оборудования позволяет получать поковки и штамповки из алюминие-
вых сплавов максимально приближающихся по форме и размерам к
чистовой детали. Выбор способа производства кованных и штампованный
полуфабрикатов определяется назначением и условиями эксплуатации
детали, а также технико-экономическими показателями. При штучном
производстве изделия в качестве заготовки детали целесообразно приме-
нять поковки, при серийном и массовом — штамповки.
Существующие мощные гидравлические прессы усилием 150, 300
750 МН позволяют изготавливать крупногабаритные поковки и штамповки
Поковки и штамповки небольших размеров изготавливают на машино-
строительных заводах.
Поковки могут иметь форму параллелепипеда, бруса, цилиндра, кольца
конуса и более сложную конфигурацию — с различными сечениями по
толщине, изогнутой продольной осью и др.
Штамповки по форме и геометрии соответствуют чистовым деталя
с учетом припусков, напусков и штамповочных уклонов и могут иметь
самую разнообразную конфигурацию с прямой и криволинейной плоскость
разъема, полусферические и плоские, прямоугольные и круглые, прямые
и с изогнутой осью, сильно вытянутые формы и др.
Поковки и штамповки поставляются в горячекованном, отожженном,
закаленном и естественно состаренном, закаленном и искусственно
состаренном состояниях. В зависимости от сплава и состояния поставки
уровень механических свойств штамповок и поковок из алюминиевых
сплавов колеблется по пределу прочности 250—600 МПа, по предел
текучести 200—500 МПа, по относительному удлинению 6—12%.
В табл. 196 приведены данные по поковкам, изготовляемым на
металлургических заводах.
163
Таблица 196
Поковки*, изготавливаемые на металлургических заводах
Марки сплавов Масса, кг Форма поковок Размеры, мм Технические условия поставки
диаметр ширина высота
АМгб; АК6; АК4-1; ВЭЗпч; В95оч; 1933; 1201; Д1; 3003; 5056; 6151; 6082; 2017; 2024; 2618; 7075; 7175; 7050; 2124 до 3000 Параллелепи- педы до 8000 (длина) 1000 500 ОСТ 190073-85 ОСТ 190297-85 По согласованным с Заказчиком техническим условиям и чертежу
до 3000 Диски до 2500 — 500
до 3000 Цилиндры до 1200 - 1200
до 3000 Кольца до 4000 — 400
до 3000 Сложная форма (изогнутые, с уступами, конусные и др.) до 5000 600 500
* В отдельных случаях возможно изготовление поковок с иными габаритами и массой, что может
быть определено после технологической проработки.
В табл. 197 приведены данные по штамповкам, изготавливаемым на
металлургических заводах.
Таблица 197
Штамповки*, изготавливаемые на металлургических заводах
Марки сплавов Масса, кг Площадь проекции, см2 Размеры, мм Технические условия поставки
диаметр ширина диаметр описанной окружности штамповки типа тела вращения
АМгб; АК6; АК4-1; ВЭЗпч; В95оч; 1933; 1201; Д1; 3003; 5056; 6151; 6082; 2017; 2024; 2618; 7075; 7175; 7050; 2124 до 2000 мин. 320 макс. 25000 до 7000 до 2500 мин. 300 макс. 3000 ОСТ 190073-85 ОСТ 190297-85 По согласованным с Заказчиком техническим условиям и чертежу
АК6 до 110 до 4000 - - мин. 500 макс. 700 ОСТ 190334-83
I* В отдельных случаях возможно изготовление штамповок с иными габаритами и массой, что может
быть определено после технологической проработки.
Металлургические заводы освоили производство кованных дисков для
автомобильных колес из алюминиевых сплавов АВ и АД35. Кованные
диски имеют ряд неоспоримых преимуществ перед стальными: малый
вес — легче стальных дисков на 40—55%, высокие прочностные свойства —
в 1,5 раза превышают требуемый по ГОСТ уровень прочностных свойств,
в 2 раза — уровень пластических свойств; высокую коррозионную стойкость
и, как следствие, — быстрое реагирование колес с алюминиевыми дисками
на изменение направления движения автомобиля, лучший контакт с дорож-
ным покрытием, снижение вибраций и повышение плавности хода, улучше-
ние разгонной и тормозной динамики, снижение мощности на вращение
более легких колес, снижение расхода топлива.
164
В табл. 198 приведены данные по цельноштампованным дискам
автомобильных колес, изготавливаемых металлургическими заводами.
Таблица 19
Цельноштампованные диски автомобильных колес, изготавливаемые
металлургическими заводами
Типоразмер колес ГР.Д.С. LZ 'ет Ма ки сплавов Фирма-изготовитель автомобиля
5J13H2 98 4 29 АВ ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2101-2107
5J13H2 98 4 40 АВ ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2108-2110, АО «ИЖ»: ИЖ-2126
5J13H2 100 4 40 АВ DAEWOO «Espero»
5.5J14H2 100 108 4 4 37 35 АВ АЗЛК: Москвич-2141, DAEWOO «Nexia» Audi, Ford, Honda, Mitsubishi, Nissan Opel, Vw
5,5 1Н2 98 4 40 АВ ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2110
6114СН 1397 5 0 АВ ОАО «ГАЗ»: ГАЗ 2424-2430
6 5.15Н2 108 5 43 АВ ОАО «ГАЗ»: ГАЗ 3110
7J15H2 100 108 112 4,5 38 АД36 Toyota, Peugeot, Volkswagen, Renault, Honda, Mercedes Benz, Mazda, Opel, Audi, Ford
6J16H2 139,7 5 48 АВ ОАО «АвтоВАЗ»: «Нива»
6J16H2 170 6 105 АВ ОАО «ГАЗ»: «Газель»
4J12H2 98 3 42 АВ КамАЗ: «Ока»
Примечание:
4; 5; 5,5; 6; 6,5; 7 — ширина обода в дюймах;
J — форма бортовой закраины обода;
12; 13; 14; 15; 16 — диаметр обода в дюймах;
CH; Н2 — код конструкции кольцевых выступов для надежной фиксации бескамерных шин;
Р.Д.С. — диаметр расположения крепежных отверстий;
LZ — количество крепежных отверстий;
ЕТ — вылет.
В табл. 199 приведены данные по механическим свойствам сплаве
из которых изготавливаются цельноштампованные диски автомобильь
колес.
Таблица ГЛ
Механические свойства сплавов, идущих на изготовление
цельноштампованных дисков
Марки сплавов Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % Твердость по Бринеллю, НВ
АВТ1 370 325 12 110
АД35Т1 350 305 14 110
2.2. ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
2.2.1. ГОРЯЧАЯ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
Большинство алюминиевых сплавов хорошо поддаются операциям
объемной горячей деформации.
Выбор вида получаемой заготовки — поковки или штамповки опреде-
ляется рядом факторов.
В опытном и мелкосерийном производстве и для получения фасонных
заготовок под штамповку целесообразно применять поковки. Ковку алюми-
ниевых сплавов обычно производят на гидравлических ковочных прессах
или молотах с использованием плоских или фасонных бойков и упрощен-
ных подкладных штампов.
Объемную горячую штамповку производят на гидравлических прессах,
молотах, механических кривошипных прессах, винтовых фрикционных
прессах, горизонтально-ковочных машинах в штампах, гравюра которых
близка по форме и размерам к чистовой детали. Штамповки применяют
при серийном и массовом производстве.
В зависимости от размеров и веса поковок и штамповок они изготав-
ливаются на металлургических или машиностроительных заводах.
При определении завода-изготовителя исходят из имеющегося на
предприятии кузнечно-штамповочного оборудования и оборудования
металлургических заводов.
Оборудование металлургических заводов позволяет
повки со следующими параметрами:
площадь проекции в плане - ДО 30000 см2
длина - ДО 8000 мм
ширина - ДО 2000 мм
минимальная толщина полотна - до 10 мм
масса - до 800 кг.
получать штам-
Основное кузнечно-штамповочное оборудование металлургических
и машиностроительных заводов составляют:
- молоты с массой падающих частей 630—16000 кг. Энергия удара
бесшаботных молотов достигает 160 т.м.;
- кривошипные пресса усилием 6,3—80 МН;
- фрикционные пресса усилием 0,4—6,3 МН;
- гидравлические ковочные и штамповочные пресса усилием
30-750 МН;
- горизонтально-ковочные машины усилием 1—3,5 МН.
На рис. 2 приведены схемы основного оборудования кузнечно-
штамповочных цехов.
Вспомогательное кузнечное оборудование включает: нагревательные
устройства, устройства для разделки слитков и прутков на мерные
166
Рис. 2. Схемы основного оборудования современных кузнечно-штамповочных цехов:
а - молот паровоздушный; б — молот бесшаботный; в — молот фрикционный с доскоГ
г — фрикционный винтовой пресс; д — гидравлический пресс; е — кривошипный пресс-
ж — горизонтально-ковочная машина; з — чеканочный коленно-рычажный пресс;
1 — нсподви:кпые части штампов; 2 — подвижные части штампов
заготовки и зачистки дефектов на слитках и кованных полуфабрикат,
травильные и закалочные ванны, средства механизации.
В качестве нагревательных устройств при ковке и штамповке алю
ниевых сплавов используются электрические печи сопротивления
максимальной температурой 500—550°С или индукционные печи промгл
ленной частоты.
167
Электрические печи сопротивления бывают камерные, методические
или полуметодические.
Каждый пресс или молот обслуживается своей нагревательной печью.
При крупносерийном производстве и постоянном диаметре заготовок
целесообразно применять индукционные печи, которые более производи-
тельны.
Заготовительные отделения кузнечных цехов имеют отрезные станки,
ленточные пилы, токарные станки для торцовки заготовок, иногда
строгальные и фрезерные станки.
Подъемные транспортные операции осуществляются мостовыми
кранами, напольными рельсовыми и безрельсовыми манипуляторами и
др. средствами механизации.
Зачистку поковок и штамповок производят как промежуточную опера-
цию перед ковкой и штамповкой, так и после окончательной деформации.
Зачистка выполняется специальными фрезами и шарошками с помощью
электрических или пневматических бормашин. Зачистке подвергаются
зажимы, задиры, инородные включения, пригоревшая смазка, графит и т.п.
Травление поковок и штамповок применяют для очистки от смазки,
загрязнений, окислов и выявления дефектов. 100% штамповок подвергается
травлению.
Травление в 10—15% растворе едкого натра при температуре 40—
50°С производится в нержавеющих травильных ваннах с подогревом и
бортовым отсосом газов в течение 5—20 мин в зависимости от концен-
трации раствора и степени загрязненности штамповок с последующей
промывкой в холодной проточной воде.
Осветление производится в алюминиевых или стальных ваннах с
бортовым отсосом газов, облицованных винипластом, в 20—30% растворе
азотной кислоты в течение 5—10 мин с последующей промывкой в
холодной проточной, а затем горячей (50—70°С) воде.
После промывки штамповки сушат в потоке горячего воздуха.
Выбор метода изготовления поковок и систем ковок определяется:
— формой и габаритами чистовой детали;
— требованиям к механическим свойствам и структуре;
— сплавом и его технологическими свойствами;
— экономической целесообразностью выбранного метода.
При изготовлении поковок для получения необходимых механических
свойств и структуры применяют различные схемы ковки — I, II, III, IV
(рис. 3). Порядковый номер схемы указывает число применяемых осадок
при ковке.
Схему ковки выбирают с учетом исходной заготовки, формы и
размеров поковки:
— схемы ковки I и II применяют только для прессованных заготовок,
имеющих высокую степень деформации в исходном состоянии (г 80%);
168
a
Рис. 3. Схемы ковки:
а - I схема; 6 — II схема; в — III схема; г — IV схема
— схемы ковки III и IV применяют для литой заготовки независимо
от формы поковки, для поковок осесимметричной формы типа дисков
колец, плит с отверстиями в средней части и т.п.
При выборе схемы ковки необходимо учитывать, что при I схеме
ковки механические свойства не гарантируются независимо от вида
исходной заготовки, при II схеме ковки механические свойства гаранти-
руются, при III и IV схемах ковки гарантируются повышенные механичес-
кие свойства.
Термомеханические условия деформирования: скорость, степень и
температура деформации оказывают существенное влияние на структуру
и свойства металла, его сопротивление деформации.
Температурные интервалы ковки алюминиевых сплавов приведены
в табл. 200.
Таблица 200
Температурные интервалы ковки и штамповки алюминиевых сплавов
Марки сплавов Кузнечное оборудование для ковки и штамповки Температура металла, *С
в начале в конце
АМц, АМг2, АВ, АК6, АК6-1, АД31, АДЗЗ Молот и пресс 470 350
Д1, АК8, ВД17, Д19, ВАД1 Пресс 470 400
Д21, ВАД23 Молот 450 380
АК2, АК4, АК4-1, Д20 Молот и пресс 470 350
АМг5В, АМгб То же 430 320
В92, В93, В95, В96ц, 1933 Пресс 430 350
В92, В93, В95, 1933 Молот 400 320
Особенность нагрева алюминиевых сплавов под ковку и штамповку
заключается в необходимости точного соблюдения заданных температур.
Поэтому нагрев заготовок из алюминиевых сплавов необходимо
производить только в электронагревательных устройствах с автоматическим
контролем температуры нагрева.
Время нагрева в электропечах сопротивления с принудительной
циркуляцией воздуха рекомендуется 1,0—1,2 мин на 1 мм диаметра
(толщины) заготовки диаметром до 100 мм и 0,8—1,0 мин на 1 мм диаметра
заготовки более 100 мм. В печах без принудительной циркуляции воздуха
время нагрева следует увеличить на 25—50%.
Дополнительная выдержка при верхней температуре ковки в печи
для выравнивания температуры заготовки по сечению составляет 0,3—0,4
мин на 1 мм диаметра.
Ковку заготовок производить бойками, нагретыми до 350°С. При
первой осадке деформация должна составлять 60—70%. После осадки
заготовка подвергается вытяжке на квадрат со стороной «а». Сторона
квадрата «а» для случая, когда высота исходной заготовки равна 2,5Д,
устанавливается из расчета обеспечения длины заготовки после вытяжки
в пределах I = (2,5 2,8)Д, в случае, когда I = (2,5 + 3,0)Д сторона квадрата
«а» применяется равной (1,0 * 0,9)Д исходной заготовки.
Для получения заготовок, приближающихся по форме к детали,
применяется объемная штамповка, осуществляемая на молотах, механичес-
ких, фрикционных, гидравлических прессах и специализированных машинах.
170
Обычно мелкие и средние штамповки изготавливаются на молотах,
на гидравлических прессах изготавливают все виды и размеры штамповок
из алюминиевых сплавов.
При штамповке алюминиевых сплавов необходимо учитывать следую-
щее:
1. На поверхности исходной заготовки не должно быть даже неглубо-
ких трещин, плен, вмятин, пузырей.
2. Необходимо строго соблюдать температуру и время нагрева, выдерж-
ку при заданной температуре, температурный интервал штамповки.
Перед началом штамповки штампы должны быть подогреты до 250—
300°С.
3. Скорость и степень деформации должны обеспечивать механические
свойства сплава.
4. При штамповке на молоте деформация вначале проводится легкими
ударами и должна составлять: для мягких сплавов — 5—8%; для твердых
сплавов — 3—5%.
5. При штамповке обязательно применение смазок, в качестве которых
рекомендуется применять смесь машинного масла и графита. Для ответ-
ственных штамповок применяют животный жир, пчелиный воск. Смазка
наносится тонким слоем на штамп перед укладкой заготовки.
6. Гравюра штампа должна быть полированной и иметь плавные
переходы.
Готовые поковки и штамповки подвергаются контролю и исправлени
дефектов. В кузнечных цехах применяют три вида контроля: контроль
исходного материала и заготовок, межоперационный и окончательный
контроль.
2.2.2. ХОЛОДНАЯ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов: листы, профили, трубы,
плиты, панели хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии
и с подогревом, что позволяет изготавливать из них детали сложной форл
Холодное деформирование алюминиевых сплавов является прогрес
сивным методом изготовления деталей, т.к. обеспечивает высокую
производительность труда, низкую себестоимость, высокий коэффицие
использования металла.
Формообразование деталей холодной деформацией можно разбить
на две группы: листовую и объемную штамповки (рис. 4). Листовая
штамповка охватывает процессы, основанные на изменении формы
поверхности заготовки без существенного перераспределения объема
металла.
Объемная штамповка охватывает процессы, при которых осуществля-
ется перераспределение и заданное перемещение объема металла.
171
Процессы холодного деформирования
Рис. 4. Классификация основных процессов формообразования деталей
из алюминиевых сплавов холодным деформированием
В машиностроении при использовании полуфабрикатов из
алюминиевых сплавов 60—80% деталей изготавливается методом
холодного деформирования.
Методами холодного деформирования выполняются операции гибки,
обтяжки, вытяжки, рельефной формовки, отбортовки, раздачи, обжатия,
формовки резиной, выдавливания, редуцирования, осадки, высадки,
калибровки, объемной формовки, холодного прессования.
Выполнение операций холодного деформирования производится на
универсальном и специализированном оборудовании с применением
оснастки.
При выборе материалов и заготовок для выполнения операций холод-
ной деформации необходимо руководствоваться следующим:
- Применяемые материалы и заготовки должны быть освоены в
производстве и по своим конструктивно-технологическим характеристи-
кам быть пригодными для конкретных операций холодного деформирова-
ния.
172
- Конструктивные элементы детали должны быть максимально
унифицированы и спроектированы с учетом имеющегося оборудования.
- Детали, изготавливаемые из естественно состаренных сплавов,
подвергаются холодной деформации в свежезакаленном состоянии непос-
редственно после закалки.
Детали, изготавливаемые из искусственно состаренных сплавов,
подвергаются холодной деформации до операции искусственного старения
Технологическое оборудование заготовительно-штамповочных цехов
подразделяется на 3 группы: 1 — механические прессы, 2 — гидравлические
прессы; 3 — специализированное оборудование.
В процесс заготовительно-штамповочных работ входят операции по:
раскрою материала, штамповке-вырубке из листового материала, гибке,
вытяжке, штамповке на падающих молотах, изготовлению обшивок
формовке резиной и жидкостью, изготовлению деталей из профилей и
труб, доводочным работам.
Раскрой листового материала обычно выполняют на гильотинных
роликовых, вибрационных ножницах и фрезерных станках. Плоские
заготовки для изготовления деталей пространственной формы и плоские
детали средних и мелких размеров раскраиваются в штампах.
Гибка является одной из наиболее распространенных операций
холодной штамповки, в результате которой получают различные детали-
обечайки, обшивки, панели, кронштейны и др. Гибку деталей небольшой
высоты выполняют на кривошипных прессах, а для гибки деталей
требующих большого хода пуансона, применяют гидравлические и
фрикционные пресса с использованием различных штампов.
Вытяжку применяют для изготовления пространственных деталей:
днищей баков, полусфер шаровых баллонов, обтекателей и т.п. Вытяжка
выполняется на специальных прессах для вытяжки одинарного, двойного
и тройного действия.
Токарно-давильные работы включают выдавливание деталей из
плоских или пространственных заготовок; проглаживание готовых деталей
после многооперационной вытяжки; подрезку и закатку кромок; выдавли-
вание горловин на цилиндрических деталях и др.
Операции, выполняемые на токарно-давильных станках, могут
осуществляться без утонения материала (обкатка) и с утонением материала
заготовки (раскатка или ротационное выдавливание).
Выдавливание без утонения материала (обкатка) заключается в
местном пластическом деформировании вращающейся заготовки инстру-
ментом-давильником, который вручную или механически перемещается
вдоль образующейся оправки (пуансона) в направлении оси.
Выдавливание с утонением (ротационное выдавливание или раскатка,
является формообразованием детали в результате изменения исходно!'
толщины вращающейся плоской или пространственной заготовки. Рота-
ционным выдавливанием могут быть получены осесимметричные полке
173
детали с постоянной или переменной толщиной стенки, при этом обеспечи-
вается высокая точность и хорошие качества поверхности.
Для получения деталей обкаткой применяются простейшие токарно-
давильные станки с ручной подачей давильника.
Для ротационного выдавливания применяются станки типа 3P-53;
ТТ-53; СДГ-20; СРГ-1.
В качестве технологической оснастки при выдавливании применяются
оправки и давильники различной конструкции.
Для обкатки применяются безроликовые и роликовые давильники с
рабочей частью, соответствующей профилю обрабатываемого участка дета-
ли. Для ротационной обработки применяют только роликовые давильники.
Заготовками для изготовления деталей: обкаткой обычно служат плоские
диски, цилиндрические и
из листа диски, трубы,
цилиндрические или ко-
нические чашки.
При раскатке для
охлаждения применяет-
ся эмульсия или специ-
альные смазки.
В процессе выдав-
ливания за несколько
переходов между перехо-
дами применяется отжиг.
При опытном и мел-
косерийном производ-
стве изготовление круп-
ногабаритных и деталей
сложной пространст-
венной формы из алюми-
ниевых сплавов приме-
няются листоштамповоч-
ные падающие молота с
использованием штам-
пов упрощенной конст-
рукции из прижимов.
Штамповка на падаю-
щих молотах может
осуществляться на вы-
тяжку и обжатие. Дета-
ли, требующие глубокой
вытяжки, штампуются
на вытяжку (рис. 5.), де-
тали удлиненной формы
конические стаканы; раскаткой — вырезанные
Рис. 5. Детали, получаемые вытяжкой
174
типа профилей штампуются на обжатие. В большинстве случаев операции
штамповки выполняются в одном штампе. Для штамповки на падающих
молотах используются литые штампы из алюминиево-цинкового штампа
АЦ13. Могут использоваться чугунные штампы и штампы из пластмасс.
Обшивки из алюминиевых сплавов одинарной и двойной кривизны
изготовляют из листовых или монолитных прессованных и катанных
заготовок.
Формообразование обшивок и обечаек из листа выполняется на гибоч-
ных валковых станках, работающих по трех- или четырехвалковой схеме
Детали из прессованных или катанных панелей изготавливают механв -
ческим или химическим фрезерованием, контурной прокаткой, штамповкой
и др.
При доработке деталей, полученных холодной штамповкой, применяют
доводочные операции: выколотку, посадку, зиговку, отбортовку.
Выколотка — формование на плоских участках заготовок сферических
или сложных пространственных форм за счет местного утонения материала.
Посадка — местное увеличение толщины заготовки и сокращение
длины периферийных участков. Посадка выполняется в два приема:
гофрирование и посадка гофра.
Зиговка — формовка в листовых заготовках канавок в виде рифтов
(зигов), подсечек и т.п.
Отбортовка — формовка по краю отверстия борта в результате отгиба
кольца материала, непосредственно примыкающего к этому краю.
Широкое применение заготовок из прессованных профилей и труб в
современных конструкциях определяют виды заготовительно-штамповоч-
ных операций этих полуфабрикатов.
Важнейшей операцией для них является гибка: в штампах, проталкива-
нием через фильеры, на роликовых станках, с растяжением, раскаткой.
Гибка профилей чаще всего осуществляется прокаткой на профилеги-
бочных станках типа ПГ.
Гибка труб осуществляется в одной плоскости или сложная простран-
ственная гибка.
Для предотвращения овальности и гофрирования труб в процессе
гибки применяются наполнители: жидкости, канифоль, селитра, легкоплав-
кие металлы, песок и др.
Гибка труб выполняется вручную с нагревом заготовки, гибка в
штампах, гибка на специализованных станках.
2.3. ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ
Алюминиевые сплавы, благодаря сравнительно невысоким характерис-
тикам прочности и твердости, обладают высокими показателями обрабаты-
ваемости резанием: высокой скоростью и небольшой силой резания, хорошей
стойкостью режущего инструмента и высоким качеством обрабатываемой
поверхности.
На обрабатываемость резанием алюминиевых сплавов существенное
влияние оказывают химический состав и термическая обработка. Сплавы,
легированные медью, магнием и цинком, хорошо обрабатываются резанием,
а при обработке сплавов с большим содержанием кремния интенсивно
изнашивается режущий инструмент и снижается качество поверхности.
Термически упрочняемые сплавы обрабатываются легче, чем чистый
алюминий и термически не упрочняемые сплавы. Высокая теплопровод-
ность алюминиевых сплавов способствует быстрому отводу тепла из зоны
резания, что в сочетании с прочностными характеристиками алюминиевых
сплавов обеспечивает возможность их обработки на высоких скоростях
резания.
Учитывая физические характеристики алюминиевых сплавов: высокий
коэффициент линейного расширения (в 2 раза больший, чем у стали) и
невысокий модуль упругости (в 3 раза ниже, чем у стали), на финишных
операциях с целью недопущения коробления деталей и снижения их
физико-механических характеристик обработку следует вести с обильным
охлаждением в зажимных приспособлениях с минимальными усилиями
зажима. По обрабатываемости алюминий и его сплавы можно разделить
на три группы, данные о которых приведены в табл. 201.
Алюминиевые сплавы обрабатываются на универсальных и специали-
зированных станках, в том числе и на станках с числовым программным
управлением (ЧПУ).
Наиболее распространенными операциями в заготовительных работах
являются разрезка и раскрой.
Разрезка полуфабрикатов из алюминиевых сплавов выполняется
дисковыми и ленточными пилами на мерные заготовки прутков, профилей,
труб. Применяемые для этого пилы должны иметь увеличенный шаг
зубьев, задних и передних углов заточки.
Раскрой листов производится ленточными пилами или двухзубовыми
фрезами из быстрорежущей стали при обработке пакетом. Ленточные
пилы должны иметь толщину 0,8—1,2 мм, зубья разведены по обе стороны
полотна.
В табл. 202 приведены основные параметры резки алюминиевых
сплавов дисковыми пилами.
Режущий инструмент для обработки алюминиевых сплавов изготавли-
вается из быстрорежущей стали, твердых сплавов, синтетических сверх-
твердых и керамических материалов.
Наиболее распространенный материал — быстрорежущая сталь Р6М5,
из которой изготавливают резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки,
метчики.
Из сталей Р6М5К5 и Р9М4К8 изготавливают протяжки, долбяки и
концевые фрезы. Порошковые быстрорежущие стали обеспечивают в 1,2—
176
2,0 раза большую стойкость инструмента по сравнению с быстрорежущими
деформируемыми сталями.
Таблица 201
Классификация алюминия и алюминиевых сплавов по обрабатываемости
Состояние сплавов | Системы сплавош Марки сплавов
I группа
Алюминий 1 чистый литой и деформируемый Чистый алюминий литой Чистый алюминий деформированный A999, A995, A99, A97, A95, A85, A8, A7, A6, A5, АО, A, AE АДОО, АДО, АД1, АД
Алюминиевые 2 сплавы, термически неупрочняемые А1—Мп Al—Mg АМц, АМц1 АМг1, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, АМг61, 1570
Алюминиевые сплавы, термически упрочняемые в отожженном состоянии Al—Mg—Si Al-Cu—Mg Al—Zn—Mg—Си Al—Zn—Mg Al—Li—Mg Al—Li—Cu Al—Li—Mg—Cu Al—Li—Cu—Sc Al—Li—Cu—Mn—Cd Al—Cu—Mg—Ni—Fe Al—Cu—Mg—Si АВ, АД31, АДЗЗ, АО35, Д1, Д16; Д19; 1161, 1163, 1151; ВД17, ВАД1 В93, В95, В96, В96Ц-1, В96Ц-3, 1953, 1973, АЦМ 1911, 1915, 1925, 1935, 1955, 1970 1420, 1421, 1423 1450, 1451 1430, 1440, 1441 1460 ВАД23 АК2, АК4, АК4-1, АК4-2 АК6, АК8
[I группа
Алюминиевые сплавы, термически 1. упрочняемые в закаленном и состаренном состоянии Al—Mg—Si Al—Cu—Mg Al—Zn—Mg—Cu Al—Zn—Mg Al-Li-Mg Al—Li—Cu Al—Li—Mg—Cu Al—Li—Cu—Sc Al—Li—Cu—Mn—Cd Al—Cu—Mg—Ni—Fe Al—Cu—Mg—Si АВ, АД31, АДЗЗ, АД35 Д1, Д16, Д19, 1161,1163, 1151, ВД17, ВАД1 В93, В95, В96, В96Ц-1, В96Ц-3, 1933, 1973, АЦМ 1911, 1915, 1925, 1935, 1955, 1970 1420, 1421, 1423 1450, 1451 1430, 1440, 1441 1460 ВАД23 АК2, АК4, АК4-1, АК4-2 АК6, АК8
Таблица 202
Основные технологические параметры резки алюминиевых сплавов дисковыми пилам.
Параметры дисковых пил Материал инструмента Группа обрабатываемости мате|«алов (табл. 201) Примечание
I п
Задний угол а, град.* Передний угол у, град. Скорость резания v, м/мин Подача на зуб S2, мм Быстрорежущая сталь Твердый сплав Быстрорежущая сталь Твердый сплав Быстрорежущая сталь Твердый сплав Быстрорежущая сталь Твердый сплав 8 9-7 25 10 800-2000 400-600 < 2500 < 0,02 < 0,03 < 0,03 8 9-7 25 8 300-500 200-300 < 1500 0,02 0,03 0,03 — Средний шаг Крупный шаг Крупный шаг Средний шаг Крупный шаг То же
Дисковые пилы для аноди ованных профилей часто имеют небольшие задние углы.
Инструмент из твердых сплавов ВК8, ВК6М, ВК60М, ВКЗМ, Т15К6
применяют при высоких, в 10 раз выше быстрорежущих сталей, скоростях
резания.
При обработке алюминиевых сплавов возможно применение природ-
ных и синтетических алмазов, особенно при обработке на станках с ЧПУ,
обрабатывающих центрах и автоматических линиях.
При точении алюминиевых сплавов возможно рекомендовать основ-
ные параметры, приведенные в табл. 203.
Таблица 203
Технологические параметры токарной обработки алюминиевых сплавов
Параметры Материал режущей стали Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I п
Задний угол а, град; угол фаски по задней поверхности «Аь, град Быстрорежущие стали Твердые сплавы [Оф « (а - 2°)] Синтетические сверхтвердые материалы 10-7 12-10 8-12 10-7 10-8 5-7 Меньшие значения а - при черновом точении То же «
Передний угол у, град; угол фаски по перед- ней поверхности уф, град Быстрорежущие стали Твердые сплавы [Уф- (У - 2“)1 Синтетические сверхтвердые материалы 45-35 35-20 3 40-30 24-0 0+-3 Меньшие значения у - при черновом точении То же
Скорость резания v, м/мин Быстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы 200-450*1 400-1000*2 600-200*1 < 2 400*2 < 2 500"2 100-200** 200-500*2 150-400*1 250-700’2 400-1000'2 При содержании Si >10% применять твердые сплавы и синтетические сверхтвердые материалы То же «
Подача S, мм/об Быстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы < Г1 0,1-0,з’2 0,3-0,6’’ < 0,15’2 0,01-0,08’2 0,2-0,5*1 0,05—0,25*2 0,3-0,6’’ 0,05-0, Г2 0,02-0, Г2 « « «
178
Продолжение табл. 203
Параметры Материал режущей Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I П
Глубина резания t, мм Быстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы <6 4 <1 •" <6** < 0,5 *> 0,03-0,2 *2 <5“ < 0,5 < 5 *' < 0,5 *2 0,03-0,2 *2 « « «
Смазочно- охлаждающие жидкости Быстрорежущие стали, твердые сплавы, синтети- ческие сверхтвер- дые материалы Без смазки"1, Укринол- 1М"2 Без смазки Укринол- 1М"2, ОСМ-3 "2 Вместо Укринола-1М можно исполь- зовать Аквол-11 и МР-6
Черновое точение "2 Чистовое точение
Фрезерованием обрабатывают плоскости, фасонные поверхности, низы
с использованием торцевых, цилиндрических, дисковых, фасонных
конусных и специальных фрез.
Рекомендуемые режимы фрезерования и параметры фрез приведены
в табл. 204.
Таблица 204
Технологические параметры фрезерной обработки алюминиевых сплавов
Параметры Материал режущей части инструмента Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I п
Задний угол а, град; угол фаски по задней поверхности а*, град Быстрорежущие стали 12-18 10-6 Меньшие значения а - при черновом фрезеровании
Твердые сплавы [аф - (а - 2°)] 12-8 10-6 То же
Синтетические сверхтвердые материалы 8-10 8-10 «
Передний угол у, град; угол фаски по перед- ней поверхности уф, град Быстрорежущие стали 30-25 25-20 Меньшие значения у - при черновом фрезеровании
Твердые сплавы [Уф - (У- 2°)] 25-20 20 - 15 То же
Синтетические сверхтвердые материалы 5-8 5-8 « 1
Угол наклона режу- щей кромки X, град Быстрорежущие стали, твердые сплавы, синтети- ческие сверхтвер- дые материалы 30-40 <30
Продолжение табл. 204
Параметры Материал режущей части инструмента Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I п
Скорость резания V, м/мин Быстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы 300-600'1 < 1200*2 < 2500 '* < 3000 '2 < 3000*2 150-300'1 250-800 '2 300-800 ’’ 500-1000 '2 < 1500'2 При содержании Si >10% следует применять твердые сплавы и синтети- ческие сверхтвердые материалы То же << « «
Подача на зуб фрезы S„ мм/зуб Б ыстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы 0,1-0,5'1 0,03-0,1'2 0,1—0,6’* 0,03-0,1‘2 0,01—0,04*2 0,1—0,5'1 0,03-0,1’2 0,01-0,4‘2 а а а а
Глубина резания С, мм Быстрорежущие стали Твердые сплавы Синтетические сверхтвердые материалы <6 *' < 0,5 *2 <7** < 0,5 ’2 0,05-0,3 '2 < 6 *' < 0,5 ’2 < 7 *' < 0,5 '2 0,05-0,3 ‘2 « « « « «
Число зубьев фрезы z. цилиндрической дисковой концевой Быстрорежущие стали, твердые сплавы, синтети- ческие сверхтвер- дые материалы z = 4+10 при D = 40+160 мм z = 6+12 при D = 500+200 мм z = 2+5 при D = 3+40 мм Резьбовые фрезы чаще имеют меньший шаг зубьев; фасон- ные фрезы обычно выполняют с одним летучим ножом
Фрезерные головки Быстрорежущие стали Твердые сплавы z = 3+16 при D = 100+500 мм z = 3+12 при D = 100+500 мм —
Смазочно- охлаждающие жидкости Быстрорежущие стали, твердые сплавы, синтети- ческие сверхтвер- дые материалы Без смазки , Укринол- 1М*2 Укринол- 1М’1, Укринол- 1М'2, осм-з
1 Черновое фрезерование. *2 Чистовое фрезерование.
При сверлении, особенно мягких сплавов, необходимо учитывать,
что диаметр отверстия получается больше диаметра сверла, поэтому сверла
необходимо выбирать с диаметром на 0,2—0,5 мм меньше диаметра отверстия.
В табл. 205 приведены рекомендуемые режимы сверления и геометри-
ческие параметры сверл.
180
Таблица 205
Рекомендуемые режимы сверления алюминиевых сплавов и геометрические
параметры спиральных сверл
Параметры Режущий материал Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I П
Угол при вершине сверления (р, град Быстрорежущие стали Твердые сплавы - 140 130 -120 120 При сверлении листов ср увеличивается или применяют центровое сверло
Угол наклона винтовой канавки о, град Быстрорежущие стали Твердые сплавы 45-30 15-10 35-20 15-10 Меньшие значения ср соответствуют меньшим диаметрам сверл
Задний угол заточки а, град Быстрорежущие стали Твердые сплавы 17-15 12 15 12 —
Скорость резания V, м/мин Быстрорежущие стали Твердые сплавы 100-200 200-300 80-100 100-140 Меньшие значения v и 5 для сверл малого диаметра
Подача 5, мм/об Быстрорежущие стали Твердые сплавы 0,02-0,50 0,06-0,30 0,02-0,50 0,06-0,30 То же
Смазочно-охлаж- дающие жидкости Быстрорежущие Стали Твердые сплавы Укринол-1М. ОСМ-3 Вместо Укринола-1М можно использовать Аквол-11 и МР-6 То же
Без смазки Без смазки, Укринол-1М, ОСМ-3
Для увеличения диаметра отверстия и уменьшения его отклонения
от геометрических параметров применяют зенкерование предварительно
просверленных отверстий.
В табл. 206 приведены рекомендуемые режимы зенкерования и
геометрические параметры зенкеров.
Таблица 206
Рекомендуемые режимы зенкерования алюминиевых сплавов и геометрические
параметры зенкеров (режущий материал: в числителе — быстрорежущие стали,
в знаменателе — твердые сплавы)
Параметры Зенкеры
цилиндрические конические
Передний угол у, град 3-20/20-15 —
Задний угол а, град 8/6 8/6
Скорость резания v, м/мин 25-40/60-100 20-30/50-70
Подача S, мм/об 0,2-0,3/0,1-0,3 0,3-0,6/0,2-0,5
Смазочно-охлаждающие жидкости Укринол-1М, ОСМ-3
Развертывание отверстий в алюминиевых сплавах выполняется с
помощью разверток с прямыми или спиральными канавками. Развертки
со спиральными канавками снижают вибрацию инструмента и улучшают
шероховатость поверхности обрабатываемой детали. В табл. 207 приведены
181
рекомендуемые режимы развертывания и геометрические параметры
разверток.
Таблица 207
Рекомендуемые режимы развертывания алюминиевых сплавов
и геометрические параметры разверток
Параметры Режущий материал Рунные развертки Машинные развертки
D, мм D, мм
< 10 10-25 25-40 > 40
Углы заточки, град: Ф1 <f>2 Скорость резания v, м/мин Подача 5 (для машин- ного развертывания), мм/об Припуск на диаметр при сверлении, мм Смазочно-охлаждаю- щие жидкости Быстрорежущие стали Твердые сплавы Быстрорежущие стали Твердые сплавы Быстрорежущие стали Твердые сплавы 45 3+4 0,1-0,2 0,2-0,3 s 0,2 0,06-0,1 45 3+4 0,2-0,4 0,3-0,5 0,1-0,3 0,1-0,2 Укринол-1 30 0 10-20 20-30 0,3-0,5 0,4-0,7 0,1-0,3 0,1-0,3 М, ОСМ-3 30 0 10-20 20-30 0,4-0,8 0,5-1,0 0,2-0,5 0,2-0,3
Протягивание применяется для получения точных наружных и
внутренних профилей различной конфигурации. В табл. 208 приведены
рекомендуемые режимы протягивания и геометрические параметры
протяжек.
Таблица 208
Рекомендуемые режимы протягивания алюминиевых сплавов
и геометрические параметры протяжек
Параметры Обработка Группа обрабатываемости (см. табл. 201) Примечание
I, II ш
Задний угол а, град; Черновая Чистовая 3 2 3 2 Точная обработка а - 1
Глубина резания на зуб а, мм Скорость резания v, м/мин Шаг зубьев t, мм Смазочно-охлаж- дающие жидкости Черновая Чистовая Черновая Чистовая Черновая, чистовая 0,1-0,2 0,02 10-14 Г-(1,7 + г - 3, Г - 4, Укринол-: 0,1-0,2 0,02 6-10 1,8) Л* 3 -JaL М; ОСМ-3 Зубья черновой протяжки выполняются со стружко- разделительными канавками У специального приглаживающе- го инструмента (шабровочные протяжки) = 0,02—0,05 Начинать с малых скоростей и устанавливать оптимальную v Шаг неравномерный, во избежание волнистости поверхности, Д t — 0,1+0,5 Одновременно режут от 2 до 6 зубьев, возможно протягивание пакетом
*L - длина обрабатываемой поверхности.
182
Резьба в деталях из алюминиевых сплавов может выполняться нарезкой
и накаткой.
Нарезку наружной резьбы рекомендуется выполнять плашками,1
резьбонарезными головками, резьбовыми резцами и гребенками по ।
режимам резания, рекомендуемым для токарной обработки (табл. 203).
Накатка наружной резьбы обеспечивает высокое качество резьбы и
повышение статической и усталостной прочности за счет наклепа
Накатывание наружной резьбы осуществляется плоскими накатными
плашками, резьбонакатными головками, круглыми накатными роликами
Шлифование и полирование алюминиевых сплавов широко применя-
ется с функциональными и декоративными целями.
Шлифование алюминиевых сплавов производится на том же i
оборудовании и по той же технологии, что и другие металлы, но при I
более высоких скоростях. В табл. 209 приведены рекомендации по
скоростям шлифования алюминиевых сплавов.
Таблица 209
Рекомендуемые скорости шлифования алюминиевых сплавов
Вид шлифования Скорость, м/с
| 1 | Круглое наружное 28-33
Внутреннее 10-30
Обдирочное: круги на керамической связке । круги на бакелитовой или ) лканитовой связке 25-30 35-48
Плоское. 20-25
Отрезка (круги на вулканитовой, шеллаковой или бакелитовой связке) 46-81
Для шлифования алюминиевых сплавов применяются обычные
шлифовальные круги средней зернистости и высокой пористости из
карбида кремния, электрокорундовые на керамической или вулканитовой
связке.
Шлифование применяется для удаления поверхностных дефектов:
царапин, рисок, задиров и т.п. и для предварительной обработки пере:
полированием.
Полирование проводится по гладкой или тонко отшлифованной,
очищенной и обезжиренной поверхности. Полированные поверхности
имеют хорошую отражательную способность.
В табл. 210 приведены рекомендуемый инструмент и технологические
параметры шлифования и полирования.
Химическое фрезерование или размерное травление применяется при
изготовлении деталей из алюминиевых сплавов, когда механическая
обработка трудно осуществима или/и экономически нецелесообразна.
Заготовками для химического фрезерования, как правило, служат листы
плиты, профили, панели. При этом травление может производиться по
всей поверхности — общее травление или на отдельных участках — местное
травление, при котором не обрабатываемые участки детали изолируются
Рекомендуемые инструмент и технологические параметры шлифования и полирования
Таблица 210
Технологическая операция Инструмент Средства шлифовки и полировки Рабочая ско- рость инстру- мента, м/с Смазка Примечание
Удаление грата; очистка Круги из карбида кремния, связанного стеклопластиком (редко — соединение на резине). Циркулярные и ленточные пилы. Дисковые фрезы. Фрезерные головки (торцевое фрезерование). Зубила и напильники Зернистость 36—60 Зернистость 16—30 Тонкое руч- ное шлифо- вание до 25, при при- нудитель- ной подаче заготовки до 35 Не применяется
Шлифование Грубое шлифование Тонкое шлифование Войлочные круги Хромовая кожа или войлок, металлические круги (алюминиевые), обложенные кожей или резиной Шлифовальный материал или наждачная лента, либо пастообразный материал. Ленточная шлифовальная машина Наждак (корунд) Зернистостью 60—120 Наждак одинаковой зернистости 180—280 30-40 Не применяется, либо применяется как при тонком шлифовании Сало (в форме брикетов) или парафин наносятся экономно Умеренное усилие шлифовки, особенно при сильном нагревании клеевой и наждачной основы, шлифовального материала и заготовки.
Полирование мягкими материалами Полировальные круги из бязи, хлопчатобумажного и шерстяного материала диаметром 200—400 мм, ширина по потребности Полировочные пасты или 3—4 ч. глинозема и 1 ч. стеарина либо горного воска; 66 ч. топкого глино- зема, 26 ч. стеарина, 6 ч. горного воска и 2 ч. вазелина 40-60 Не применяется; нагревшиеся круги заменять; их можно охладить водой и продолжить полирова- ние без сушки инструмента Вначале направление полирования изме- нять, в конце полиро- вать в одном направ- лении. При мягком материале предпочти- тельны мягкие круги
Зеркальное полирование Новые мягкие круги из бязи, саржи или кожи Без средств полировки или немного венской извести; промытый глинозем 50-60 Не применяется
Технологическая операция Инструмент Средства шлифовки и полировки Рабочая ско- рость инстру- мента, м/с Смазка Примечание
Полирование в барабане Полировальный барабан, стальные шарики или штифты в полировальной жидкости; в заключение — отходы кожи 15-40 об/мин Полировальная жидкость Предварительное травление. После полирования промыть в воде, не содержащей известь, быстро высушить
Получение матовой поверхности Фибровые и нейлоновые щетки или щетки из конского волоса диаметром 200—500 мм Наждак зернистостью 180—280 или порошок пемзы с маслом или пастой из 40 ч. сала, 60 ч. глинозема или пасты 20-40 Время от времени нужно присыпать венскую известь Очистить и осушить
Обработка щетками (сатинирова- ние) Щетки из стальной проволоки; диаметр проволоки 0,05—0,03 мм; диаметр шеток 200—250 мм 8-12 Присыпать венскую известь Перед обработкой тщательно обезжирить поверхность травлени- ем; удалять загрязне- ния в процессе обработки
Мраморение Щетки для мрамореиия, вращающиеся круги — 200-300 об/мин — —
Ручное шлифо- вание (чистовое шлифование) — Стальное волокно или вата (вместе или раздельно) — — Очистка и сушка
Пескоструйная обработка Пескоструйный аппарат Электрокорунд, карбид времени и др. — Не применяется —
Струйная обработка алюминиевым материалом Литые гранулы или крупинки проволоки различной зернистости —
Струйная обра- ботка бисером — Бисер различной зернистости — — —
185
Рис. 6. Типовые детали, получаемые размерным
травлением:
а — верхняя обшивка элерона из сплава Д16Т,
незащищенные участки Т подвергаются
травлению; б — носок нервюры; в — лонжерон
U-образного сечения; г — обшивка двойной
кривизны фюзеляжа самолета; д — шпангоут.
Технологический процесс химического фрезерования состоит из
четырех этапов: подготовка поверхности (расконсервирование, обезжири-
вание, промывка в воде, травление, осветление, промывка в воде, анодное
окисление или химическое оксидирование, промывка в воде) — нанесение
изолирующих покрытий (лак или эмаль или грунтовка + лак или эмаль +
эмаль) — химическое фрезерование — обработка после химического
фрезерования (промывка в воде, осветление в азотной кислоте, промывка
в воде, сушка).
Технологические операции химического фрезерования производят в
ваннах в растворах на основе едкого натра, наиболее распространенным
является раствор: 120—200 г/л едкого натра, 10—70 г/л алюминия (в виде
алюминатов). Процесс ведется при температуре 70—95°С. Скорость
травления колеблется в пределах 0,6—2,0 мм/ч.
На скорость размерного травления оказывают влияние состав,
температура раствора и химический состав сплава. При увеличении
температуры раствора на 10°С скорость процесса возрастает примерно на
50—60%. Повышение концентрации свободной щелочи влияет на
186
повышение скорости травления в меньшей степени. Накопление продуктов
травления в растворе ведет к замедлению скорости травления.
Поверхностное упрочнение поверхностным пластическим деформи-
рованием алюминиевых сплавов существенно повышает усталостную
прочность деталей и узлов, в т. ч. и в малоцикловой области, снижает
чувствительность к концентрации напряжений высокопрочных сплавов
за счет формирования остаточных напряжений сжатия, скругления
микрорельефа поверхности, повышения твердости.
В табл. 211 приведены рекомендуемые методы поверхностного
пластического деформирования (ППД), типовые детали и их элементы
для поверхностного упрочнения.
Таблица 211
Методы ППД и типовые детали
Типовые детали Методы упрочнения
Плоские гладкие с продольными или поперечными элементами жесткости Поверхности вращения цилиндрические, конические, фасонные наружные Резьбы, галтели, канавки Отверстия: цилиндрические конические Внутренние полости сложной формы Поверхности, не обработанные при общем упрочнении детали Ударно-барабанный, дробеметный, дробеструйный Обкатывание роликами и шариками, алмазное выглаживание, виброупрочнение Обкатывание и раскатывание роликами, дробеструйный Раскатывание, дорнование, обжимание концентраторов напряжения Раскатывание, обжимание концентраторов напряжения Виброупрочнение, виброшлифование, ударно-барабанный Дробеструйный, пневмодинамический, пескоструйный
В качестве инструмента при ППД применяются ролики, шарики-ролики
со свободной осью вращения, боек-чекан и др. В качестве рабочего тела
применяются дробь, шарики из стали, стекла, пластмассы, керамики и др.
материалов. В качестве рабочей среды применяются жидкости, газы и их
суспензии с рабочими телами.
2.4. СОЕДИНЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
При изготовлении конструкции из алюминиевых сплавов исполь-
зуются все виды разъемных и неразъемных соединений: сварка контактная
и плавлением, пайка, клепка, болтовые и клеевые соединения. Применение
каждого из этих соединений зависит от конкретных требований конструк-
ции производства и условий эксплуатации.
2.4.1. КЛЕПАНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Клепаные соединения широко применяются и хорошо работают при
статических, повторно-статических и вибрационных нагрузках.
Клепка конструкций из алюминиевых сплавов осуществляется в
холодном состоянии заклепками, изготовленными из алюминиевых и
титановых сплавов, углеродистых и нержавеющих сталей.
По форме закладной головки заклепки делятся на две группы: с высту-
пающей и потайной головками, виды которых приведены в табл. 212.
Таблица 212
Заклепки для выполнения соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов
Характеристика
заклепок
Заклепки повышенного качества
с закладными головками______
обычные с компонентом
Заклепки высоко ресурсные
универсальные
стержневые
Материал Алюминиевые сплавы (Д19П, В65, Д18, АМг5П), стали (10, 20Г2, 12Х18Н9Т), тита- новый сплав ВТ16 Алюминиевый сплав В65
Диа- метры закле- пок для прес- совой клепки 2,0; 2,6; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0
для авто- мати- ческой клепки 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0
Алюминиевый Алюминиевый
сплав В65
3,0; 3,5;
4,0; 5,0;
6,0; 7,0;
8,0
3,0; 3,5;
4,0; 5,0;
6,0; 7,0;
8,0
сплав В65
4,0; 5,0; 6,0; 7,0
Заклепки из алюминиевых сплавов В94, В95, Д18П термически
обрабатывают один раз и устанавливают в конструкцию после закалки и
естественного старения, заклепки из сплавовД16 и Д19П устанавливают
в конструкцию в свежезакаленном состоянии.
Общую длину заклепки L, обеспечивающую соединение в пакете
толщиной S с образованием замыкающей головки высотой h определяют
по формуле L = S + /, где I = 1,3 d, d - диаметр заклепки. На рис. 7 дана
схема определения длины заклепки.
188
Процесс соединения дета-
лей заклепками с закладными
головками осуществляется ста-
ционарными клепальными авто-
матами, прессами стационар-
ными и переносными, ручным
механизированным инструмен-
том (одноударными или много-
ударными клепальными молот-
Рис. 7. Определение длины заклепки. ками) и включает следующие
операции: сверление отверстий,
зенкование гнезд под потайные головки заклепок, постановка заклепок в
отверстия, сжатие склепываемого пакета, клепка и образование замыкаю-
щей головки, контроль качества соединения.
Клепка стержневыми заклепками осуществляется на автоматическом
оборудовании и включает в себя одновременное образование двух замы-
кающих головок, сжатие пакета, сверление или сверление и зенкование
отверстия, вставка стержневой заклепки в отверстие, клепка, зачистка
головок, контроль.
Труднодоступные места клепаются заклепками для односторонней
клепки.
Основными факторами, определяющими и подтверждающими проч-
ность клепаных соединений, являются: расчет клепаного шва, статические
и повторно-статические испытания образцов клепаных соединений.
2.4.2. БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Болтовые соединения конструкций из алюминиевых сплавов исполь-
зуют в наиболее нагруженных элементах при толщине соединяемых дета-
лей, превышающих 3,5—4,0 диаметра болта, а также в элементах конструк-
ций, которые при изготовлении и эксплуатации требуется разбирать.
Выбор болтов, гаек и шайб для конкретных конструкций осуществля-
ется с учетом действующих нагрузок и условий работы конструкции.
Болты изготавливаются из углеродистых, легированных и нержавею-
щих сталей: 45, СтЗ, Ст5, 40Х, ЗОХГСА, ЗОХГНМА, 40ХНМА, Х16Н6,
Х18Н10Т и др.; титановых сплавов: ВТ16 и др.; алюминиевых сплавов:
В65, АВ, Д18.
Стальные болты, как правило, оцинковываются или кадмируются с
целью защиты от коррозии.
Геометрические размеры болтовых соединений, передающих нагрузку
в плоскости стыка, приведены в табл. 213.
Конструкция и технология изготовления болтов и их элементов
существенно влияет на ресурс и надежность болтовых соединений. Так,
увеличение радиуса резьбы с 0,15 до 0,31 мм повышает усталостную
прочность болтов из стали 45 на 30%, увеличение радиуса закругления в
189
'езьбе повышает долговечность болтов, работающих в условиях высоких
-емператур.
Таблица 213
Геометрические размеры швов болтовых соединений
Диаметр болта, мм S/d( t/d„ t</ds c/dt
5 0,8-4,8 4,0-7,0 1,8-2,2
6 1,0-6,0 4,2-6,7 2.7-3,1 1,8-2,7
8 1,2—4,7 3,7-5,6 2,5-2,8 1,4-2,2
Примечание. 5 - толщина соединяемого пакета, мм; t - шаг, расстояние между болтами,
—оящими в одном ряду, мм; J, - расстояние между двумя соседними рядами болтов, мм;
- ~ расстояние от края листа (профиля) до оси болта; d6 - диаметр болта, мм.
Применение накатки вместо нарезания резьбы повышает сопротив-
ление усталости болтов в 1,5 раза и более.
В конструкциях из высокопрочных алюминиевых сплавов (В93, В95,
396, 1933, 1973) шероховатость поверхности отверстий под болты имеет
существенное значение, и увеличение шероховатости отверстий снижает
эесурсные характеристики болтовых соединений. Уменьшая шерохова-
-ость в отверстиях, проводя упрочняющую обработку дернованием или
эаскаткой можно существенно повысить ресурс и надежность болтовых
юединений в высокопрочных алюминиевых сплавах.
2.4.3. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
2.4.3.1. Особенности сварки алюминиевых сплавов
Сваркой давлением могут свариваться практически все алюминиевые
деформируемые сплавы независимо от их состава. Сварка плавлением
зозможна не для всех сплавов и зависит от ряда факторов: состава сплава,
реакции металла на термодеформационный цикл сварки, способа и режима
зварки, характеристики присадочного материала, степени защиты зоны
зварки, конструктивных особенностей сварного соединения и т.п.
Сварка алюминия и его сплавов имеет ряд особенностей, связанных
с физико-химическими, физико-механическими и технологическими
характеристиками материала. В первую очередь, это наличие оксидной
пленки на поверхности металла, что затрудняет процесс сварки. Кроме
того, алюминиевые сплавы склонны: к образованию трещин и пор при
сварке; к повышенному поглощению водорода при температуре сварки;
имеют высокую теплопроводность и высокие значения термического
коэффициента линейного расширения. Алюминий имеет высокую теплоту
плавления — порядка 396 Дж/кг, в связи с чем на расплавление алюминия
затрачивается значительное количество энергии, образовывая при этом
оксидную пленку, плотность которой 3,85 т/м3, что существенно выше
плотности алюминия. Пленка садится на дно сварочной ванны и может
засорять сварной шов. Поэтому оксидная пленка из сварного шва удаляется.
Сварные конструкции из алюминиевых сплавов изготавливаются,
обычно, из деформируемых полуфабрикатов, свариваемость которых
190
оценивается по их склонности к образованию горячих и холодных трещин,
пор и других несплошностей и понижению прочностных и пластических
характеристик сварного шва.
Сварные алюминиевые конструкций должны иметь плавные формы
сопряжения элементов, обеспечивающих гибкость конструкции. Предпоч-
тительными являются стыковые соединения, с использованием удаляемых
подкладок из нержавеющей стали, меди и т.п., или неудаляемые подкладки
из свариваемых алюминиевых сплавов.
Следует ограничивать применение в ответственных конструкциях
угловых, тавровых и нахлесточных соединений. Положительно влияет на
свойства сварного соединения механическое удаление обратного валика
сварного шва.
В табл. 214 приведены данные по свариваемости алюминиевых
сплавов плавлением (дуговая сварка неплавящимся электродом в среде
инертных газов) и давлением (точечная и шовная сварка).
Таблица 214
Характеристика свариваемости алюминиевых сплавов
Система Сочетание сплавов Сварка плавлением Контактная сварка
с присадкой точечная роликовая
А Б
А1 ' Д0+АД0 СВ СВ СВ СВ св
АД1+АД1 СВ СВ СВ СВ св
А1—Мп АМц+АМц СВ св — СВ св
Al-Mg AMrl+AMrl св св — св св
АМг2+АМг2 НС НС св св св
АМгЗ+АМгЗ св св — св св
АМг4+АМг4 св св св св св
АМг5+АМг5 св св св св св
АМгб+АМгб св св св св св
Al—Си Д20+Д20 св св — св св
1201+1201 св св — св св
1205+1205 НС НС св св св
Д21+Д21 НС НС НС св св
Al—Mg—Si АД31+АД31 нс НС св св св
АДЗЗ+АДЗЗ НС НС св св св
АД35+АД35 НС нс св св св
АВ+АВ нс НС св св св
Al—Zn—Mg В92+В92 нс НС св св св
В92ц+В92ц св св НС св св
1915+1915 нс НС СВ св св
Al—Mg—Cu ВАД1+ВАД1 св св НС св св
Д1+Д1 НС НС НС св св
Д16+Д16 НС нс нс св св
Д19+Д19 НС НС НС св св
ВД17+ВД17 НС НС НС св св
Al—Mg—Cu—Zn В95+В95 НС НС НС св св
В96+В96 НС НС НС св св
Al—Mg—Si—Cu АК6+АК6 НС нс НС — —
АК8+АК8 НС НС НС — —
Al—Cu—Mg—Fe—Ni АК4+АК4 НС НС нс — —
АК4-1+АК4-1 нс НС НС —
Примечания: 1. Здесь “св" — сплав свариваемый, “нс” — трудносвариваемый. 2. Группы присадки: А
Б — соответственно проволока, идентичная и не идентичная химическому составу основного мето.
Алюминиевые сплавы могут свариваться плавлением (в среде инерт-
ных газов, вольфрамовым электродом на переменном асимметричном токе,
вольфрамовым электродом на постоянном токе при прямой полярности
в гелии, газовой сваркой, сваркой под слоем флюса, электронно-лучевой
сваркой); давлением (точечной, роликовой), сваркой трением, высокочас-
тотной сваркой. Выбор метода сварки зависит от конструкции, технологии
и применяемого алюминиевого сплава.
При сварке плавлением наиболее широкое применение находит
аргоно-дуговая сварка - ручная и автоматическая, которая обеспечивает
получение качественных сварных соединений. Автоматическая сварка
неплавящимся (вольфрамовым) электродом обеспечивает качество шва
при высокой производительности.
Газовая (автогенная) сварка применяется для сварки чистого алюминия
и неупрочняемых алюминиевых сплавов. При газовой сварке рекомендует-
ся предварительный подогрев свариваемых деталей. В качестве газов
используются ацетилен и кислород.
Сварка давлением применяется для соединения листовых конструкций
внахлестку или листовых деталей с подкрепляющими элементами с
толщиной соединяемых деталей от 0,5 + 0,5 до 7,0 + 7,0 мм.
2.4.3.2. Сварка давлением
Сварку давлением (точечную и шовную) выполняют с использованием
кратковременных включений тока большой величины (30—150 кА).
На точечную сварку приходится 80% соединений, выполняемых
сваркой давлением, на шовную — оставшиеся 20%.
Шовную сварку применяют для герметичных соединений, в которых
для повышения надежности применяют двухрядные швы с перекрытием
30-50%. Рекомендуемое соотношение толщин должно быть 3:1 (для
одноименных сплавов).
Для защиты от коррозии в нахлестке сварных точечных швов вводят
покрытие в виде специальных грунтов или клеев.
Для точечной и шовной сварки алюминиевых сплавов применяют
машины, обеспечивающие получение кратковременных импульсов тока
большой величины: постоянного тока типа МТВР и МШВ, конденсаторные
типа МТК, низкочастотные типа МТН. В табл. 215 приведены характерис-
тики некоторых машин, рекомендуемых для точечной сварки алюминиевых
сплавов.
Детали, идущие под контактную сварку, необходимо: обезжирить,
химически травить или механически обработать для удаления окисной
пленки. После химического травления детали годны для контактной сварки
в течение 5 суток, после механической зачистки — в течение 4—6 часов.
Рекомендуемые размеры швов контактной сварки приведены в табл. 216.
192
Таблица 215
Характеристика оборудования, рекомендуемого для точечной сварки
алюминиевых сплавов
Тип машины N, кВА 7св, кА Толщина свариваемых деталей, мм Максимальные размеры, мм Сварочное усилие, кН Макси- мальное ковочное усилие, кН Темп работы машины, точек в 1 мин
вылета раствора
МТП-150 170 16 — 500 290 2,5-14 — —
МТПУ-300 300 32 0,3-1,5 500 260 1,0-6 15 40
МТПТ-400* 400 73 — 1500 500 1,5-16 35 50
МТР-1 — 40 — 1200 500 1,0-10 — —
МТК-5001 20 50 0,3-1,5 600 300 1,5-6,5 16 60
МТК-6301 40 63 0,3-2,0 1200 300 1,5-9,5 20 30
МТК-75* 75 80 0,3-2,5 1500 500 1,5-16 35 40
МТВР-4001 300 40 0,3-2,0 1200 390 1,5-12 — 60
МТВ-8002* 600 80 1,0-4,5 1500 600 4,5-36 72 —
МТВ 6304 600 63 0,5-3,0 1500 500 0,18-2 5 40
МТК 8004 70 85 0,3-3,0 1500 500 0,18-5 5 60
* Применяется дополнительная сварочная головка типа ГТ-ЗМ
Таблица 216
Размеры соединений контактной сваркой из алюминиевых сплавов
5, мм Шовная сварка Точечная сварка
Ширина литой зоны, мм Минимальные размеры, мм Диаметр ядра, мм Минимальные размеры, мм
Нахлестка Расстояние от шва до края листа Нахлестка Шаг между точками
Шов одноряд- ный Шов двухряд- ный Шов одно- рядный Шов двухрядный (в шахматном порядке)
0,3 2-3 8 10 4 2,5-3,5 8 15 8
0,5 3-4 10 12 5 3-4 10 18 10
0,8 3,5^4,5 10 14 5 3,5 —4,5 12 25 13
1,0 4-5 12 16 6 4-5 14 28 15
1,2 5-6 14 20 7 5-6 16 30 15
1,5 6-7 16 24 8 6-7 18 35 20
2 7-8 20 28 10 7-8 20 42 25
3 8-9 24 34 12 9-10 26 56 35
4 10-12 30 40 15 12-14 30 70 45
5 12-14 36 48 18 14-16 36 84 55
6 — — — — 16-18 42 98 65
7 — — — — 17-19 46 ПО 75
В табл. 217, 218, 219 приведены режимы точечной сварки алюми-
ниевых сплавов на различных машинах.
В табл. 220 приведены режимы шовной сварки алюминиевых сплавов.
Одной из разновидностей соединения деталей контактной сваркой
является введение клея в шов, т.н. клеесварные конструкции, которые
нашли применение вначале в авиационной промышленности в самолетах
АНТК «Антонов», а затем и в других отраслях машиностроения.
Эти конструкции имеют значительное преимущество перед клепаны-
ми, сварными и клеевыми конструкциями и лишены многих недостатков,
присущих каждому соединению в отдельности, т.к. они обеспечивают
повышение надежности и долговечности и снижение веса конструкции.
193
Таблица 217
Режимы точечной сварки иа машинах переменного тока (типа МТ-3201, МТ-4019)
Марка сплава Толщина, мм Радиус сфе- ры электро- дов, мм Усилие электродов, даН Вклю- чение Fr, с Сварочный ток
сварочное F&, ковочное FK основной дополнительный
1а. м, КА tan С кА tdont С
Д16Т 0,5+0,5 25 250 — — 23 0,04 16 0,04
1+1 75 400 1100 0,08 31 0,06 22 0,04
1,5+1,5 100 550 1500 0,1 35 0,08 25 0,06
АМгб 0,5+0,5 25 300 — — 21 0,04 15 0,04
1+1 75 450 1300 0,1 29,5 0,08 — —
1,5+1,5 100 600 1600 0,12 33 0,1 — —
АМцМ 0,5+0,5 25 130 — — 22 0,04 — —
1+1 75 250 — — 30 0,04 — —
1,5+1,5 100 400 — — 36 0,06 — —
1420 1+1 75 400 1100 0,12 21 0,1 — —
1,5+1,5 100 600 1600 0,14 27 0,12 — —
Таблица 218
Режимы точечной сварки на низкочастотных машинах и машинах постоянного тока
МТПТ, МТН, МТВ (сплавы Д16Т, Д19Т, АМгб и др.)
Толщина металла, мм Радиус сферы электродов, мм Усилие электродов, даН Вклю- чение FK, с Сварочный ток
сварочное Fc коаочное FK осноаной дополнительный
1а. л., КА ^Свг С кА С
0,5+0,5 25 200 400 0,02 30 0,02 — —
0,5+0,5 25 200 400 0,02 26 0,04 17 0,04
1+1 75 400 900 0,06 40 0,04 — —
1+1 75 400 700 0,1 40 0,06 27 0,06
2+2 100 800 2000 0,1 56 0,08 — —
2+2 100 800 1700 0,15 52 0,1 38 0,1
3+3 150 1500 3200 0,18 70 0,14 50 0,14
4+4 200 2800 6000 0,24 85 0,12 55 0,16
Таблица 219
Режимы точечной сварки на конденсаторной машине МТК-75
(сплавы Д16Т, Д19Т, АМгб и др.)
Толщина металла, мм Радиус сферы электро- дов, мм Усилие электродов, даН Вклю- чение FK, с Сварочный ток Настройка машины МТК-75
сварочное Fe. ковочное FK 1а. м, кА (м, С Напряжение конденса- торов, В емкость конденса- торов, мкФ
0,3+0,3 25 150 300 0,03 17 0,01 260 19600
0,5+0,5 25 200 400 0,03 21 0,02 280 39200
1+1 75 450 800 0,05 28 0,025 310 78400
2+2 100 800 2100 0,09 51 0,04 330 196000
2,5+2,5 150 1100 3100 0,12 64 0,045 350 254800
Для производства клеесварных конструкций из алюминиевых сплавов
применяют различные клеи, прочность клеевых соединений которых
приведена в табл. 221.
Клеи холодного отвержения вводятся в нахлесточный сварной шов
до сварки (клей КЛН1 можно вводить в нахлесточный шов также и после
сварки).
194
Таблица 220
Режимы шовной сварки алюминиевых сплавов
Тип машины S’, мм Сварочный ток, кА Длитель- ность импульса, с Усилие сжатия роликов. кН Шаг сварки, мм Количество включений тока в 1 мни
I группа сплавов II группа сплавов I группа сплавов II группа сплавов
МШШИ-400 1+1 43 42 0,08 5,0 3,0 1,5 180-150
1,5+1,5 50 47 0,08 5,5 3,5 2,5 180-150
2+2 55 53 0,12 7,5 6,5 3,8 125-100
2,5+2,5 58 56 0,14 9,0 7,5 4,2 105-95
МШШТ-600 1+1 44 43 0,08 5,0 3,0 1,5 180—150
1,5+1,5 51 48 0,08 5,5 3,5 2,5 180-150
2+2 57 55 0,12 7,5 6,5 3,8 125-100
2,5+2,5 60 58 0,14 9,5 7,5 4,2 105-95
3+3 85 80 0,16 13,0 9,5 5,4 95-75
МШШТ-1000 2+2 57 55 0,12 7,5 6,5 3,8 125-100
2,5+2,5 60 58 0,14 9,5 7,5 4,2 105-95
3+3 85 80 0,16 13,0 9,5 5,4 95-75
4+4 ПО 95 0,20 30,0 13,0 8,0 75-60
Однофазные 0,5+0,5 19 18 0,04 2,5 2,0 1,0 200
переменного 0,8+0,8 21 20 0,04 3,0 2,2 1,2 200
тока (с шаго- 1+1 26 25 0,06 4,5 2,5 1,5 150
вым меха- 1,2+1,2 32 30 0,08 5,0 3,0 2,0 150
низмом) 1,5+1,5 36 34 0,10 7,0 3,5 2,5 120
Однофазные 0,5+0,5 — 19 0,04 — — 200 200
переменного 0,8+0,8 — 21 0,04 — — 220 200
тока (без ша- 1+1 — 26 0,06 — — 240 150
гового меха- 1,2+1,2 — 32 0,08 — — 300 150
низма) 1,5+1,5 — 35 0,10 — — 330 120
Таблица 221
Прочность клеевых соединений
Марка клея Прочность при сдвиге, МПа Прочность при неравно- мерном отрыае, МПа Модуль сдвига, МПа
Клеи холодного отверждения: ВК-9 14,42 2,85 0,98—2,55
КЛН-1 14,62 3,14 2,45-5,89
КС-609 7,26 2,45 —
Клеи горячего отверждения: ВК-1 16,19 2,75 5,4—7,85
ВК-1МС 23,35 3,83 3,83-6,87
К-4С 26,19 4,12 4,91-8,83
ВК-36 32,37 6,38 4,42-8,87
ВК-37 25,02 4,22 7,85-13,73
ВК-39 19,52 4,51 2,94-5,89
Примечание. Образцы лист + профиль из алюминиевого сплава Д16Т.
Клеи горячего отвержения можно вводить в нахлесточный шов как
до сварки, так и после сварки (ВК-1, ВК-1МС, ВК-39), только после сварки
(К-4С) и только до сварки (ВК-36, ВК-37).
Клеевые соединения на клее ВК-39 работают при температуре от —
60° С до +150°С и обладают повышенной водо- и тропикостойкостью.
Отвержение клея происходит при температуре 120° С в течение 3 часов
без дополнительного давления.
195
Подготовка поверхности клеесварных соединений под склейку и
сварку оказывает существенное влияние на долговечность клеесварных
соединений.
В табл. 222 приведены механические свойства клеесварных соедине-
ний в зависимости от вида подготовки поверхности.
Таблица 222
Механические свойства клеесварных соединений в зависимости
от вида подготовки поверхности
Способ подготовки поверхности Время проведения подготовки Клей Временное сопротивление при сдвиге (МПа) после выдержки в течение суток
исход- ное со- стояние в воде в 3 %-ном растворе NaCl в камере тропиков
30 90 30 90 30 90
Травление До сварки ВК-39 1810 1370 540 850 270 1100 340
под сварку ВК-1МС 1880 1490 490 910 50 1020 120
Анодирование в серной кислоте После введе- Вк-39 1670 980 320 390 0 780 100
ния клея ВК-1МС 1710 1320 390 720 0 850 100
До введения клея ВК-39 ВК-1МС 1950 2100 1850 2020 1290 1550 1580 1850 920 910 1850 2010 1310 1240
Анодирование в хромовой кислоте После введе- ВК-39 1600 1390 420 530 0 890 190
ния клея ВК-1МС 1890 1420 540 690 0 980 210
До введения клея ВК-39 ВК-1МС 2410 2550 2190 2210 1930 1980 2250 1920 1910 1560 2120 2050 1890 1730
Анодирование в фосфорной кислоте До введения клея ВК-39 ВК-1МС 2320 2080 2370 2100 2020 1930 2380 1980 2090 1750 2280 2100 2170 1870
После введе- ВК-39 1810 1180 870 1030 230 1250 510
Оксидирование ния клея ВК-1МС 1790 1210 750 940 180 1120 380
До введения ВК-39 2050 2060 1810 1870 1230 1940 1660
клея ВК-1МС 1940 1970 1660 1820 1160 1650 1290
Как видно из табл. 222, оксидирование клеесварных соединений перед
нанесением клеев является эффективным способом подготовки поверхности.
2.4.3.3. Сварка плавлением
Для сварки плавлением алюминиевых сплавов применяются приса-
дочные материалы, обеспечивающие долговечность, надежность и работо-
способность сварных конструкций
Критериями выбора присадочного материала для сварки плавлением
алюминиевых сплавов являются: стойкость металла шва против образова-
ния трещин, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, цветовая
однотонность после анодирования, стойкость при высоких температурах.
В табл. 223 приведены марки и составы сплавов, предназначенных
для изготовления сварочной проволоки для сварки плавлением алюми-
ниевых сплавов.
В табл. 224 приведены свариваемые сплавы и рекомендуемые приса-
дочные проволоки для их сварки. В зависимости от предъявляемых к
Таблица 223
Марки. Обозначения. Химический состав сплавов, предназначенных для изготовления сварочной проволоки
Марки. Обозначения Массовая доля элементов, %
буквенная цифровая Кремний Железо Медь Мар- ганец Маг- ний Хром Цинк Тнтан Бернллнй Цирконий Прочие элементы Алюминий
каж- дый сумма
СвА99 — 0,003 0,003 0,003 — — — 0,003 — — 0,001 0,010 Не менее 99,99
СвА97 — 0,015 0,015 0,005 — — — — — — — 0,01 0,03 Не менее 99,5
СвА85Т — 0,04 0,04 0,01 — 0,01 — 0,02 0,2-0,5 — — — 0,08 Остальное
СвА5 — 0,Io- О.25 0,2- 0,35 0,015 — — — — — — 0,05 0,5 Не менее 99,95
СвАМц — 0,2-0,4 0,3 -0,5 0,2 1,0-1,5 0,05 — 0,1 — — — 0,1 1,35 Остальное
СвАМгЗ 0,5-0,8 0,5 0,05 0,3-0,6 3,2-3,8 — 0,2 — — — 0,1 0,85 То же
СвАМг5 — 0,4 0,4 0,05 0,5-0,8 4,8-5,8 — 0,2 0,1 0,001-0,005 — 0,1 1,4 «
— Св1557 0,15 0,3 0,03 0,2-0,6 4,5-5,5 0,07 — 0,15 — — 0,002-0,005 0,2-0,35 0,1 0,6 «
Св1577пч 0,1 0,15 0,1 0,5-0,8 5,5-6,5 0,1-0,2 0,1 — — 0,15-0,25 — 0,1 Остальное
СвАМгб — 0,4 0,4 0,1 0,5-0,8 5,8-6,8 — 0,2 0,1 -0,2 0,002 D.005 — 0,1 1,2 То же
СвАМгбЗ — 0,05 0,05 0,05 0,5-0,8 5,8- 6,8 — 0,05 — 0,002-0,005 0,15-0,35 0,001 0,15 «
СвАМгб! — 0,4 0,4 0,05 0,8-1,1 5,5-6,5 — 0,2 — 0,0001 — 0,0003 0,002— 0,12 0,1 1,15 «
СвАК5 4,5-6,0 0,6 0,2 — — — Цинк + олово: 0,1 0,1-0,2 — — 0,1 1,1 «
СвАКЮ — 7,0- 10,0 0,6 0,1 — 0,10 — 0,2 — — - 0,1 1,1 «
— Св1201 0,08 0,15 6,0- 6,8 0.2-0,4 0,02 — 0,05 0,1-0,2 Ванадий. 0,05-0,15 0,1-0,25 0,001 0,3
— Св1587 0,15 0,25 0,01 0,02 6,3 — — 0,04 — 0,1 0,15 «
Примечания.
1 Для всех марок, кроме марок СвАМгЗ, СвАК5, СвАКЮ, соотношение железа и кремния должно быть больше единицы.
2 В сплавах марок СвАМгЗ и СвАКЮ допускается массовая доля остаточного титана до 0,15%.
3 По требованию потребителя из сплава марки СвАК5 изготовляют проволоку с содержанием железа не более 0.3%, которую дополнительно маркируют
буквой «У» (СвАК5У).
сварному соединению требований при сварке алюминиевых сплавов
обычно применяют несколько марок присадочных проволок. Основная
марка — универсальная обеспечивает в сварном соединении основные
характеристики: стойкость против горячих трещин, прочность, пластич-
ность и коррозионную стойкость. Остальные рекомендованные для
данного сплава присадки обеспечивают сварному соединению повышение
на 5—10% одной из вышеназванных характеристик. Суммарная доля
дополнительных присадок в металле шва составляет 30—40%.
Таблица 224
Рекомендуемые марки присадочных проволок для сварки алюминия и его сплавов
Свариваемый металл Универсальные проволоки, обеспечивающие Проволоки, обеспечивающие удовлетворительные основные характеристики соединения н повышенные показатели
характеристики соединения стойкости против горячих трещин временного сопротнв-лення относит ель- него удлинения коррозион-иой стойкости
А99, А97, А95 А99 А99 СвА85Т А99 А99
А85, А8, АД00 СвА85Т СвА85Т 1437 С.вА97 1437
АДО, АД1 СвА5 СвА5 СвА5 СвА97 СвА85Т
АМцС СвАМц СвАМц СвАМц СвАМц СвАМц
АМгЗ СвАМгЗ СвАМгб СвАМг5 АВч АВч
АМг5 СвАМг5 СвАМгбЗ СвАМгб СвАМг5 Св 1557
АМгб СвАМгб СвАМгбЗ СвАМгб! СвАМгбЗ Св1557
АМг61 СвАМгб! СвАМгбЗ СвАМгб! СвАМгбЗ СвАМг5
АВ, АД31, СвАК5 СвАК5 Св1557 Св1557 АВч
АДЗЗ
1915 Св1557 СвАМг5 СвАМгб СвАМг5 Св1557
1201 Св1201 Св1201 Св1201 Св1201 Св1201
Примечание;!. Проволоку с обозначением «Св» поставляют по ГОСТ 7871-75, остальную - по ТУ.
2. Проволока марок А99, 1437 и СвА85Т обеспечивает повышенную коррозионную стойкость
соединений алюминия в азотной кислоте, а проволока марок, рекомендуемых для других
деформируемых сплавов, гарантирует повышенную стойкость шва в атмосферных условиях.
В табл. 225 приведены механические свойства сварных соединений,
выполненных различными присадочными проволоками.
Таблица 225
Механические свойства сварных соединений, выполненных различными
присадочными материалами
Сплав Присадочный материал Т ермообработка после сварки МПа а» град. аН1 Дж/см2
' 1570 СвАМгбЗ Без термообработки 300 170 36
Отжиг при 350°С, 1 ч 350 70 31
Св1587 Без термообработки 350 150 38
1 1420 Отжиг при 350°С, 1 ч 420 60 13
СвАМгбЗ Без термообработки 310 70 17,0
Термофиксация при 400°С, 20 мин 350 47 4,5
Св1597 Без термообработки 340 65 19
Термофиксация при 400°С, 20 мин 400 40 9,5
1421 СвАМгбЗ Без термообработки 330 65 15,0
Термофиксация при 400°С, 20 мин 360 40 5,5
Св1597 Без термообработки 340 65 17
Термофиксация при 400'0, 20 мин 390 45 10
Для защиты расплавленного металла сварочной ванны и проволоки
при сварке алюминия и его сплавов применяются инертные газы: аргон
высшего или первого сорта по ГОСТ 10157-79 и гелий особый или высокой
чистоты и их смеси, которые поставляются в баллонах емкостью в м3 при
давлении 15 МПа.
Состав аргона и гелия приведен в табл. 226 и 227.
Таблица 226
Состав газообразного аргона
Сорт аргона Содержание, % по объему Влага, г/м3
аргон азот кислород
Высший 299,99 ±=0,006 ±=0,0007 ±=0,007
Первый 2:99,98 =0,010 ±=0,0030 ±=0,030
Таблица 227
Состав газообразного гелия
Гелий чистоты Содержание, % по объему
Гелий Водород Азот Кислород Углерод со+со2 Неон Аргон Водяные пары
Особый 299,995 =0,0001 ±=0,0005 — =0,0001 ±=0,0002 ±=0,004 — ±=0,0005
Высокий г99,985 ±=0,0025 ±=0,0050 ±=0,002 ±=0,0030 ±=0,0010 ±=0,009 ±=0,001 ±=0,0020
Применяемые при дуговой сварке вольфрамовые электроды выпуска-
ются по ГОСТ 23949-80 диаметром: 0,5 (только марки ЭВЧ); 1,0; 1,6; 2,5
(только марок ЭВЧ и ЭВЛ); 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мм. Длина
электродов в зависимости от диаметра — 75, 150, 200 и 300 мм.
В табл. 228 приведены составы вольфрамовых электродов.
Таблица 228
Состав вольфрамовых электродов
Электрод Добавка к вольфраму
ЭВЧ —
ЭВЛ 1,1-1,4% La2O
ЭВИ-1 1,5-2,3% YO2
ЭВИ-2 2-3% УО2
ЭВИ-3 2,5-3,5% YO2
ЭВТ-15 1,5-2% ThO2
Для сварки плавлением алюминия и его сплавов не существует единого
универсального способа, который бы обеспечил оптимальные характерис-
тики сварных конструкций, независимо от марки сплава, типа соединения
и толщины свариваемых деталей.
Основные способы сварки алюминия и его сплавов следующие:
Кислородно-ацетиленовая (газовая) сварка применяется, в основном,
на монтажных и ремонтных работах для сварки алюминия и неупрочняе-
мых алюминиевых сплавов АМц, АМг, АМгЗ, АМг5 с применением
присадочной проволоки марок СвА1, СвАМгЗ, СвАМг5, СвАМгб, СвАКэ
СвАКЮ и флюсов: ВИАМ-3, АФ-4А, 42А, МАТИ-5.
199
Дуговая сварка неплавящимся и плавящимся электродами в среде
инертных газов получила широкое распространение, благодаря возмож-
ности с ее применением получить высококачественные сварные соедине-
ния. Эти виды сварки отличаются высокой производительностью, возмож-
ностью автоматизации технологического процесса, не требует применения
флюса, обеспечивает возможность сварки в широком диапазоне толщин
материала и т.п. Способы дуговой сварки алюминиевых сплавов в среде
инертных газов приведены на рис. 8.
Отсутствие флюса при аргонодуговой сварке неплавящимся электро-
дом позволяет повысить коррозионную стойкость сварных соединений и
уменьшить коробление свариваемых конструкций за счет концентрирован-
ного источника нагрева.
Аргонодуговая сварка плавящимся электродом позволяет вести
процесс на повышенных скоростях.
Электронно-лучевая сварка в вакууме (5-10-2-5-10“3Па) ведется на
больших скоростях с обеспечением узкой и глубокой зоны проплавления,
что гарантирует минимальную зону термического влияния и уменьшает
коэффициент разупрочнения зоны сварки.
2.4.3.4. Паяные соединения
Пайка служит для соединения деталей из алюминиевых сплавов
расплавленным металлом (припоем), имеющим более низкую температуру
плавления, чем основной металл. Контактные участки соединяемых деталей
должны смачиваться жидким припоем, не расплавляясь.
Применение пайки алюминиевых сплавов позволяет:
- групповое соединение деталей;
- соединение разнотолщинных деталей (1:100);
200
- высокие механические свойства паяных швов;
- соединение элементов конструкций из разных металлов и сплавов;
- получение элементов конструкции, в которых нет подходов для
других видов соединений (клепка, сварка, болтовые соединения).
Применяются следующие виды пайки:
- с абразивным лужением - бесфлюсовая пайка алюминиевых сплавов
припоями с температурой плавления до 400°С. Паяемые детали нагревают
на 30—50°С выше температуры плавления припоя и наносят на их поверх-
ность слой расплавленного припоя, и под ним механическим путем
удаляют окисную пленку алюминия. После облуживания соединяемые
детали совмещают и выполняют пайку;
- ультразвуковая — выполняется легкоплавкими припоями на оловян-
но-цинковой и цинковой основе: П200А, П2590А, ВПр23 и др. Лужение
выполняют ультразвуковым паяльником или в ультразвуковой ванне при
нагреве деталей на 30—50°С выше температуры плавления припоя. После
облуживания соединяемые детали совмещают и выполняют пайку;
- газопламенная с флюсом — цинковыми и алюминиевыми припоями.
Соединяемые детали подогревают до температуры плавления припоя,
нагретый пруток припоя нагревают до температуры плавления, погпужаю^
в сухой флюс, продолжая подогревать, нанося припой и флюс одновремен-
но на место соединения. После пайки охлажденные до 120— 150°С детали
погружают в сосуд с водой, а затем промывают холодной водой;
- в соляной ванне с расплавленным флюсом выполняется на предва-
рительно собранных узлах, в которые в местах соединения заложен припой
в виде проволоки, фольги, пасты или используются листы, плакированные
припоями. Предварительно подогретые на 10—20° С ниже температуры
плавления в электропечи сборки погружают в ванну с расплавленным
флюсом и выдерживают до 1 мин, после чего они вынимаются, охлаждают-
ся, отмываются от остатков флюса в водной ультразвуковой ванне с после-
дующим травлением в 10%-ном растворе NaOH, промывкой в холодной
воде, осветлением в азотной кислоте, повторной промывке в холодной
воде, сушкой при 60—80°С;
- пайка в печи с принудительной циркуляцией в воздушной атмосфере
и вакууме выполняется на предварительно собранных узлах аналогично
подготовке под пайку в соляных ваннах. Флюсование соединяемых
поверхностей осуществляется промыванием их спиртовыми или ацетоно-
выми растворами активных флюсов; распылением флюсов и погружением
в ванну с флюсовым раствором.
При пайке в вакуумных печах возможна пайка твердыми припоями
без применения флюса.
При пайке алюминиевых сплавов используются 3 группы припоев:
1 группа. Припои на основе алюминия с температурой плавления
450—600°С системы Al—Si, наносимые на поясные детали в виде плакиров-
ки. При пайке термически неупрочняемых алюминиевых сплавов паяные
соединения по прочности близки к основному металлу и обладают
высокими антикоррозионными свойствами.
Недостатком припоев системы Al—Si, наносимых в виде плакировки,
является высокая температура пайки. Введение в систему Al—Si припоя
цинка и меди снижает температуру плавления припоя, что позволяет
применять их для ручной газопламенной пайки.
В табл. 229 приведены характеристики высокотемпературных припоев.
Таблица 229
Характеристики высокотемпературных припоев на алюминиевой основе
Марки припоев Легирующие компоненты, % (по массе) •с ^rUtUKUl •с Марки паяемых Свойства шва
Си Si Zn, Мп сплавов z, МПа о, МПа
Силумин АЛ2 — 11,7 ±0,1 — 577 600-610 АМц, 110-120 130-140
или СилО АД1
34А 28 ± 0,5 6 ± 0,1 — 525 540-570 АМц 100-110 —
ВПр19 — — — 515-555 570-580 АМц 110-115 —
АМг2 115-120 —
В62 20 ± 0,5 3,5 ± 0,1 24 Zn ± 0,5
24 ± 0,5 0,3 Мп 490-500 520-540 АМц —- 108-118
АМгб 54-64 —
Д20 — 200-220
II группа. Припои на основе цинка, легированные алюминием, кадмием
и медью, обладают невысокими технологическими характеристиками
(невысокая способность к растеканию и затеканию в зазор, способностью
растворения основного материала и др.). Припой ВПр23 применяют для
бесфлюсовой пайки (ультразвуковой или абразивной) тонкостенных
элементов конструкций, работающих при температурах от -70°С до +250°С.
В табл. 230 приведены характеристики цинковых припоев.
Таблица 230
Характеристики цинковых припоев
Марки припоев Легирующие компоненты, % (по массе) ’С Марки паяемых сплавов МПа МПа
А1 Cd Си прочие
1 5 — — — 382-394 АМц 65-70 —
2 2,1-4,8 — — 0,01-0,4 Mg 390-400 АМц 50-60 —
ПЗООА — 33-45 — — 266-330 АМц — 120
ПЦАМ-65 19,5 — 14,5 — 390-410 АМг, АМц, Д16Т 69-97 —
П480А 20 — 15 0,6 Мп 420-490 АМц, Д16 — 95-125
П425А 20 — 15 — 415-500 АМц, АМгб Д16Т 65 120 187-208
ВПр23 5 ± 1 2,2 ± 0,3 — 1,2 ± 0,3 Mg 0,25 ± 0,05 Со 315-365 АД1 65-76 —
III группа. Легкоплавкие оловянные припои, легированные цинком и
кадмием, применяются при пайке с активными легкоплавкими флюсами
с целью улучшения растекаемости по поверхности алюминиевых сплавов
и затеканию в зазор между паяемыми деталями. Применяются в основном
для пайки проводов, кабелей и т.п. с обязательным предварительным
обслуживанием паяемых деталей. Коррозионная стойкость паяных соеди-
нений невысокая.
В табл. 231 приведены характеристики легкоплавких припоев.
Таблица 231
Характеристики легкоплавких оловянных припоев
Марка припоя Состав, % (по массе) tn., 'С Тер, МПа
Zn Cd
П150А 3,8 57,7 150-165 30-40
П170А — 19-21 170-175 50-60
П200А 10 — 199-210 40-45
П250А 20 — 200-250 30-35
Флюсы при пайке алюминиевых сплавов служат для удаления окисного
слоя, который затрудняет смачивание металлической поверхности жидким
припоем.
Для пайки алюминиевых сплавов припоями на цинковой и алюми-
ниевой основах применяют флюсы, состоящие из смеси галогенидов
(хлоридов и фторидов, прежде всего, соединений лития). В качестве
основных флюсов используют КС1 и LiCl, образующие легкоплавкую
эвтектику с температурой плавления 352’С. Добавки хлорида цинка и
фторидов щелочных металлов повышают активность эвтектики КС1—LiCl.
Активное действие галогенидных флюсов при пайке алюминиевых сплавов
алюминиевыми припоями проявляется при температурах выше 500°С.
Для пайки алюминиевых сплавов цинковыми припоями используется
флюс ФВЗ, применяемый при пайке с различными способами нагрева.
Флюс Ф370А применяется при пайке погружением в расплавленную
соль.
Флюс 124 не снижает активности при растворении его в воде и
используется при пайке сложных элементов конструкции. Флюсы 124 и
Ф380А применяют при пайке погружением сплавов типа АД1, АМц, АМт.
При пайке легкоплавкими припоями используются флюсы: на основе
хлоридов цинка и (или) олова с добавками хлоридов щелочных металлов
или органических соединений в виде пасты; на основе чисто органических
соединений (например, аминов) в виде жидкости.
В табл. 232 приведены характеристики флюсов для пайки алюми-
ниевых сплавов цинковыми и алюминиевыми припоями.
Таблица 232
Флюсы для пайки алюминиевых сплавов цинковыми и аюминиевымн припоями
Марка флюса Состав, % (по массе) Интервал активности, ’С
NaF NaCl ZnCl2 LiCl КС1 SnCl2 CdCl2
ФВЗ 8 — 16 38 40 — — 400-600
Ф5 10 — — 38 45 3 4 420-600
Ф370А 5 — — 38 47 — 10 500-600
Ф380А 5 — 10 38 47 — — 500-620
34А 10 ± 1 — 8± 2 32 ± 3 50-45 — — 480-650
124 6,15 21,9 8 22,8 47 — — 550-620
203
2.4.3.5. Клеевые соединения
При склеивании металлов с металлами или неметаллами соединение
происходит тонким слоем клея. Прочность клеевого соединения определя-
ется прочностью сцепления между клеем и склеиваемой поверхностью
(адгезией) и механической прочностью клея (когезией). Среди неразъем-
ных соединений алюминиевых сплавов склеивание - важный и эффектив-
ный метод сборки конструкций. Склеиваемые поверхности должны быть
достаточно большими; усилие сдвига должно передаваться только в
направлении склеивания, а усилия изгиба, растяжения и отслаивания
должны быть незначительными. Клеевые соединения имеют ряд преиму-
ществ перед другими видами соединений:
- высокая технологичность;
- высокая усталостная и акустическая прочность;
- возможность соединять в единое целое различные алюминиевые
сплавы с другими металлами и неметаллами;
- малоэнергоемкий и малотрудоемкий процесс;
- высокая герметичность.
К недостаткам клеевых соединений можно отнести:
- низкая прочность при расслаивании, неравномерном отрыве, отдире;
- снижение прочности под воздействием влаги и коррозии металла
на границе раздела клей — металл;
- недостаточно надежные методы прогнозирования эксплуатационной
надежности.
Технологический процесс склеивания алюминиевых сплавов состоит
из следующих основных операций:
1. Подготовка поверхности. Анодирование в серной кислоте для клеев
ВК-9, ВК-3, ВК-25, ВК32-200; травление под точечную сварку в клеесвар-
ных соединениях для клея ВК-39; анодирование в хромовой кислоте с
последующим (не позднее 2-х часов) нанесением адгезионного грунта
СПМ-136 с возможностью склеивания до 30 суток — для высокопрочных
клеев ВК-27 и др.
2. Приготовление, нанесение и сушка клеев. Приготовление клеев
осуществляется смешиванием компонентов непосредственно перед
применением. Нанесение осуществляется вручную с помощью кисти,
ролика или специальных устройств. Сушка обязательна только для жидких
клеев, содержащих органические растворители (ВК-3, ВК-25, ВК32-200).
3. Сборка конструкции и отверждение клеев. Клеи холодного отверж-
дения находятся под давлением при комнатной температуре в течение
срока жизнеспособности клея.
Отверждения клеев горячего отверждения осуществляется в термостатах,
печах, автоклавах при вакуумном или избыточном давлении или их сочетании.
4. Контроль клеевых соединений: визуально, простукиванием ультра-
звуком, рентгеном и т.п.
В табл. 233 приведены характеристики клеев для склеивания алюми-
ниевых сплавов.
Свойства клеев для склеивания алюминиевых сплавов, технологические параметры склеивания
и прочностные характеристики клеевых соединений
Марка клея Интервал рабочих температур, ’С Состояние перед примене- нием Способ приго- товле- ния (постав- ки)* Режим склеивания Расход, г/м’ Жизне- способ- ность Прочностные характеристики клеевых соединений
t. 'С давле- ние, МПа выдер- жка под давле- нием, ч МПа а., МПа кН/м V, % о„, МПа (*.-) Твм при Л - 10’ цикл, МПа
ВК-9 (-60)-(+125), до 250 крат- ковременно Пастооб- разный гмп смеще- нием компо- нентов 18-23 0,01 — 0,1 24 150-200 2 ч 17,5 ± 2,5 20,4 0,1-0,0 3-6 7,0 (500) 2,5
ВК-27 (-60)+(+80), длительно, до 180-250 кратко- временно То же То же 18-23 0,01- 0,1 24 125-150 4 ч 25,0 ± 2,5 38,0 2-2,5 50-125 15,0 (500) 14,5 (1000) 6,5
ВК-9 с ВК-25 (-60)+(+80) ВК-9 пастооб- разный ВК-25, отверж- денная пленка (подслой) на металле ГМП 18-23 (ВК-9) 120 (ВК- 25) 0,01- 0,1 Не треб. 24 4 150-200 175-250 (2 слоя) 2 ч До 30 сут. 24,0- 2,5 18,0 4 98-215 13,5 (500) 12,5 (1000) 6,0
ВК-3 (-60)+(+200), Жидкий ГМП 165 ±5 0,8- 2,0 1 150-300 (2 слоя) 8ч 20,0 ± 2,5 17,5 ± 2,5 7 — 8,0 (500) 3,7
ВК-25 (-60Х+200) (-60Х+200) Пленочный « гп гп 165 ± 5 165 ± 5 0,8-2,0 1,0-2,0 1 1 150-200 3 мес 17,5 ± 2,5 25,0 17,5 ± 2,5 22,0 5-6 140-200 9,5 (500) 6,0
ВК-31 (-60)^(+200) Жидкий гмп 125 - 5 1,0-2,0 4 200-250 24 ч 29,0 22,0 5-6 140-200 18,5 (500) 9,0
(-60)4-(4-80) Пленочный гп 175 л 5 0,05 1.5 260-320 1,5 мес (18- 25‘С) 3 мес 35,01 2,5 60,0 3-3,5 40-150 32,0 (500) 31,5 (1000) 9,0
Продолжение табл. 223
Марка клея Интервал рабочих температур, *С Состояние перед примене- нием Способ приго- товления постав- ки)" Режим склеивания Расход, г/м2 Жизне- способ- ность Прочностные характеристики клеевых соединений
6 "С давле- ние, МПа выдер- жка под давле- нием , ч МПа МПа S_, кН/м % МПа (0 Ч) при N - 107 цикл, МПа
ВК-36 (-130)+(+160) ГП 175 ± 5 0,05 — 0,15 3 300 ± 50 6 мес (5’С) 3 мес (18-23 'С) 37,0 ± 2,5 50,0 2-3 80-100 34,0 (500) 33,0 (1000) 8,0
ВК-37 (-60)+(+200) Пастооб- разный ГМП 125 ± 5 0,05 — 0,1 3 100-125 4 ч 22,0 ± 2,5 50 — 15-60 20,5 (500) 20,2 (1000) 8,0
В К-39 (-60)+(+150) Жидкий ГМП 125 ± 5 Не треб. 3 135 6 ч 24,0 ± 2,5 44,0 1 80-150 16,5 (500) 16,0 (1000) 3,0
ВК-40 ( —60)-*-( + 80) Пленочный ГП 125 ± 5 0,3-0,5 2 180-200 3 мес (20±5’С) 32,5 ± 2,5 60,0 3-4 75-135 26,0 (500) 25,0(1000) 6,0
ВК-41 (-60)+(+80) То же ГП 125 ± 5 0,05 3 220-280 1 мес (18- 25°С) 3 мес (5"С) 32,5 ± 2,5 65,5 2,5 70-110 29,0 (500) 28,0 (1000) 9,0
ВК-46 (-60)+(+80) « ГП 125 ± 5 0,06- 0,2 4 240-300 3 мес (18-25 °C) 6 мес (5’С) 32,5 ± 2,5 54,0 21,5 (500) 21,0 (1000) 6,0
ВК-51 (-60)+(+80) ГП 125 ± 5 0,17 3 265-325 3 мес (25’0 6 мес (10’0 40,0 ± 2,5 3 70-120 32,4 (500) 9,0 (разрыв по ме- таллу)
вк- 51А (~60)+(+80) « ГП 125 ± 5 0,17 3 290-350 3 мес (25’0 6 мес (10’0 37,5 ± 2,5 3 40 22,4 (500) 9,0 (разрыв по ме- таллу)
ВК-32- (-60)+(+200) Жидкий ГМП 175 ± 5 1,0-2,0 1 150-200 24 ч 17,5 - 2,5 — 4,5 — 6,0 (500) 9,9
200 Пленочный ГП 175 ± 5 1,0-2,0 1 150-200 3 мес 20,5 ± 2,5 20,0 ± 2 6,8 — — —
* ГМП — готовится на месте потребления; ГП - готовая пленка.
Примечание. тм — прочность при сдвиге по ГОСТ 14759 ~69; ов - прочность при равномерном отрыв е по ГОСТ 14760-69;
Som - прочность при отслаивании; v - относительное удлинение при равномерном сдвиге.
2.5. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
2.5.1. КОРРОЗИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Высокая коррозионная стойкость алюминия и его сплавов опреде-
ляется свойством алюминия легко пассивироваться, образуя на поверх-
ности устойчивую оксидную пленку, толщиной от 5 до 20 мкм.
Однако конструкции и изделия из алюминия и его сплавов эксплуа-
тируются в различных условиях и, естественно, подвергаются коррозии.
Наиболее типичным видом коррозии для алюминия и его малолегиро-
ванных сплавов в атмосферных условиях и нейтральных водных растворах
является питтинг (точечная коррозия).
Конструкционные сплавы средней и повышенной прочности имеют
склонность к межкристаллитной коррозии, проявляющейся в зависимости
от технологических и эксплуатационных факторов.
Расслаивающая коррозия (РСК) алюминиевых сплавов представляет
собой подповерхностную коррозию, развивающуюся в направлении
максимальной пластической деформации и приводящей к отслаиванию
частиц и пластин металла и полному разрушению детали. РСК подвержены
в атмосферных условиях и морской среде прессованные изделия, катанные
плиты и нагартованные листы среднепрочных и высокопрочных сплавов.
Коррозионное растрескивание (КР) высокопрочных и среднепрочных
сплавов происходит в результате совместного воздействия коррозионной
среды и растягивающих напряжений.
Коррозионная усталость (КУ) алюминиевых сплавов происходит при
одновременном воздействии циклических напряжений и коррозионной
среды.
Коррозионно-усталостные трещины распространяются, как правило,
транскристаллитно и зарождаются от коррозионных поражений на поверх-
ности.
Фреттинг-коррозия на деталях из алюминиевых сплавов возникает
при плотном контакте этих деталей с деталями из алюминиевых сплавов
или других металлов и подвергаемых при эксплуатации незначительным
перемещениям или вибрациям, в результате чего возникают поверхност-
ные повреждения в местах контактов.
Алюминиевые сплавы в различных климатических и производ-
ственных условиях имеют различную коррозионную стойкость. Наиболее
агрессивной коррозионной средой для алюминиевых сплавов является
тропическая морская атмосфера и атмосфера химических производств.
207
Далее, в порядке уменьшения агрессивного воздействия среды на
алюминиевые сплавы, идут следующие среды: северная приморская,
промышленная, южная приморская, сельская атмосфера.
Полуфабрикаты из алюминия и низколегированных термически
неупрочняемых сплавов алюминия систем Al—Мп, Al—Mg, а также
термически упрочняемые сплавы системы Al—Mg—Si, обладают высокой
коррозионной стойкостью.
Сплавы систем Al—Си—Mg и А1—Си—Мп обладают удовлетворитель-
ной коррозионной стойкостью, но при технологических или эксплуата-
ционных нагревах выше допускаемых пределов приобретают склонность
к РСК, КР, МКК.
Сплавы систем Al—Zn—Mg и Al—Zn—Mg—Си имеют хорошую
стойкость к общей коррозии, но при определенных условиях проявляют
чувствительность к КР, РСК.
В табл. 234 приведены типичные механические и коррозионные
свойства полуфабрикатов из сплавов системы Al—Zn—Mg—Си.
В состоянии Т2 полуфабрикаты имеют высокое сопротивление РСК
(2—4 балла) и умеренное сопротивление КР (175—200 МПа). В состоянии
ТЗ полуфабрикаты имеют самое высокое по сравнению с другими
конструкционными алюминиевыми сплавами сопротивление КР (о =
300 МПа). В этом плане представляет интерес ковочный сплав 193?, в
котором сочетается высокий уровень коррозионных и механических
характеристик.
Таблица 234
Типичные механические и коррозионные свойства полуфабрикатов
из сплавов системы Al—Zn—Mg—Си
Полуфабрикат Состояние Ов, МПа 00,2» МПа б, % к,с 0*Р*» МПа РСК, балл
МПа
Сплав В95
Плиты Т1 510 480 3,5 23,8 3,1 25 6-8
Т2 480 450 3,5 22,5 17,4 175 2-4
ТЗ 460 410 4,0 24,4 21,0 300 2-3
Штамповки Т2 460 420 4,0 24,0 18,5 200 2-4
ТЗ 455 400 4,0 25,0 23,0 300 2-3
Прессованные Т1 560 510 3,5 23,5 3,1 25 6-9
ПОЛОСЫ Т2 530 480 3,5 23,0 17,0 175 3-4
ТЗ 500 450 4,0 24,0 21,0 300 2-3
Сплав 1933
Штамповки Т2 530 485 6,0 27 18 200 2-4
ТЗ 470 440 5,5 28 25 300 2-3
Сплав В93
Т2 500 480 6,0 — — 175 2-4
ТЗ 440 400 6,5 — — 300 2-3
* Испытания на КР по методу заданной нагрузки.
В табл. 235 приведены коррозионные свойства некоторых сплавов.
208
Таблица 235
Коррозионные свойства некоторых сплавов
Сплавы Общая коррозионная стойкость Склонность к расслаивающей коррозии Склонность к коррозионному растрескиванию
АДО АД1 5 5 5
Амц 5 5 5
Д12 5 5 5
Амг2 5 5 5
АмгЗ 5 5 5
АД31 5 4 5
1915 4 4 5
1926 4 4 5
Д1 2 2 2
Д16 2 2 2
5 - весьма стойкие; 4 - стойкие; 3 - удовлетворительная стойкость; 2 - пониженная стойкость.
2.5.2. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМИ,
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ
МЕТОДАМИ
Несмотря на общую высокую коррозионную стойкость, учитывая,
что алюминиевые сплавы эксплуатируются в различных условиях, они,
как правило, нуждаются в специальной защите от коррозии.
Методы защиты могут быть: металлургическими, охватывающие
вопросы легирования плавки, деформации, термической обработки, а также
гальвано-химические и лакокрасочные, охватывающие вопросы анодного
и химического оксидирования, нанесение гальванических и лакокрасочных
покрытий, эмалирование и эматолирование.
Выбор метода защиты от коррозии определяется многими факторами:
климатическими условиями и рабочими средами, размещениями деталей
и узлов в конструкции, способом хранения, действующими нагрузками
на конструкцию, длительностью эксплуатации, системой и маркой сплава,
конструктивными особенностями, видом соединения, контакта с другими
материалами и т.п., а также экономическими факторами.
Наиболее эффективным методом защиты от коррозии является
легирование. Оптимальное соотношение легирующих элементов является
основой высокой коррозионной стойкости алюминиевых сплавов. Чрезвы-
чайно эффективным и широко применяемым методом защиты от коррозии
листов из алюминиевых сплавов является плакирование сплавом с
электронным потенциалом более электроотрицательным, чем основной
209
сплав. Плакирование заключается в нанесении прокаткой тонкой пленки
на лист. Плакировка не только предохраняет сердцевину основного сплава
от непосредственного воздействия коррозионной среды, но и осуществляет
его электрохимическую (катодную) защиту в случае нарушения сплошнос-
ти плакировки (отверстия, торцы и т.п.). Такой эффект высок в морской
воде и меньше в атмосфере.
Существенное влияние на коррозионную стойкость алюминиевых
сплавов оказывает термическая обработка, закалка и старение, от которых
зависит фазовый состав, а также величина внутренних напряжений.
Высокопрочные сплавы системы Al—Zn—Mg—Си необходимо приме-
нять только в закаленном и искусственно состаренном состоянии. Режимы
старения выбираются с учетом условий эксплуатации и габаритов изделия.
Для изделий с длительным ресурсом работы, особенно в жестких условиях
эксплуатации (морские тропики), рекомендуется применять режимы
старения Т2 и ТЗ.
Для предотвращения возникновения фреттинг-коррозии алюминиевых
сплавов при контакте с другими металлами необходимо применять между
ними изолирующие прокладки, слои лакокрасочных покрытий или грунтов.
Можно также наносить на защищаемую поверхность кадмий или цинк.
Применяемые для защитных слоев неметаллические материалы не должны
быть агрессивными, гигроскопичными и не выделять активных веществ.
Анодное и химическое оксидирование с образованием анодно-
окисных пленок толщиной 5—20 мкм является эффективным методом
защиты от атмосферной коррозии. Защитные свойства этих пленок
улучшаются при наполнении их хроматами или в кипящей воде.
Химические пленки обладают меньшими защитными свойствами и
используются для защиты деталей, работающих в герметичных объемах,
в условиях с регламентированной атмосферой и влажностью, при полном
погружении в масло, в качестве основы под лакокрасочные покрытия. При-
мерно 90% алюминиевых сплавов подвергаются анодному оксидированию.
Схема технологического процесса анодного оксидирования следующая:
очистка и обезжиривание —► травление —► полирование —► анодное
окисление —► уплотнение пор покрытия (пористость анодной пленки
достигает 30%) в растворе бихромата калия или деминерализованной воде.
В табл. 236 приведены растворы и режимы анодного окисления
алюминиевых сплавов.
Сернокислотное анодное окисление — наиболее распространенная
серийная технология, позволяющая получать на плакированном листе
пленки толщиной 6—12 мкм, а на неплакированных заготавках — толщиной
5—8 мкм.
Анодно-окисные покрытия, кроме защиты от коррозии, применяются
для подготовки поверхности перед нанесением лакокрасочных покрытий,
клеев, герметиков и др., изменения цвета, повышения твердости, износо-
стойкости, теплоизоляции и пр.
210
Таблица 236
Растворы и режимы анодного окисления алюминиевых сплавов
Тип анодного окисления Состав электро- лита Технологические параметры Назначение покрытия
концент- рация, г/л ПЛОТНОСТЬ тока, А/дм2 напряже- ние, В темпера- тура, ’С продолжи- тельность, мин
Сернокис- лотное H2SO4 180-200 0,8-1,5 13-24 13-25 20-25 Защита от корро- зии, подготовка под лакокрасоч- ные покрытия
H2SO4 180-200 0,8-1,5 25 10-15 20-30 Подготовка под склеивание
H2SO4 180-200 1,5 25 16-20 45-60 Декоративная отделка и защита от коррозии
Хромо- кислотное Cr(J3 50-55 0,3-2,7 40* 37-41 60 Подготовка под склеивание высокопрочными клеями и под лакокрасочные покрытия, защита от коррозии
CrO3 30-35 0,2-1,6 40* 32-42 60 Защита от корро- зии деталей с ма- лыми допусками
Щавелево- кислотное (СООН)2 30-50 2.5-3,5 <120 15-30 150-160 Электроизоляция и защита от ! коррозии
Сернокис- H2SO4 180-200 0,5-1 20-80 (-5) ч- (+8) 60-90 Повышение
лотное толсто- слойное 300-380** 2-2,5 20-80 (-5) ч- (+8) 60-90 из но состой кости, защита от коррозии
* Напряжение повышается от 0 до 40 В в течение первых 5—10 мин анодного окисления.
*• В таком электролите рекомендуется проводить твердое анодное окисление деталей из сплавов,
содержащих более 3% меди (но не выше 4,9%).
Толщина анодных пленок для деталей, работающих на трение, состав-
ляет 30—60 мкм; для электроизоляции — 20—40 мкм; для теплоизоляции —
100 мкм.
Декоративное анодное окисление с предварительным полированием
применяется с последующим электрохимическим и адсорбционным окра-
шиванием или с получением окраски покрытия в процессе формирования
анодной пленки.
Химическое оксидирование обеспечивает образование окисной пленки
без наложения внешнего тока в растворах, содержащих активаторы (ионы
типа Fe“, ОН", Н+) и пассиваторы-пленкообразователи (хроматы, фосфаты
и пр.). Толщина окисной пленки до 1 мкм. Химическое оксидирование
применяется для деталей, которые не могут подвергаться анодному
оксидированию: узлы с точечной сваркой, детали с узкими щелями и
зазорами и т.п.
211
В табл. 237 приведены растворы и режимы химического оксидирова-
ния алюминиевых сплавов.
Таблица 237
Растворы и режимы химического оксидирования
№ п/п Состав раствора Концентрация, г/л tm, 'С Время, мин
1 Ортофосфорная кислота Хромовый ангидрид Фтористый натрий 40-50 8-10 4-5 20-30 10-20
2 Хромовый ангидрид Фторсиликат натрия 3-3,5 3-3,5 20-30 8-20
3 Хромовый ангидрид Калий фтористый кислый Калий железосинеродистый 5-8 1,5-2 0,5-1 15-30 1-5
4* Сода кальцинированная Натрий хромовокислый Натр едкий 40-50 10-15 2-2,5 80-100 3-20
* Дополнительная обработка в 2%-ном растворе хромового ангидрида в течение 10—15 с при 20°С.
Возможно нанесение гальванических покрытий на алюминиевые
сплавы с защитными, защитно-декоративными и функциональными
целями. Однако широкого распространения эти покрытия не получили.
2.5.3. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Для надежной защиты от коррозии алюминиевых сплавов только
анодного окисления или химического оксидирования недостаточно.
Надежной защитой от коррозии алюминиевых сплавов является сочетание
анодного или химического окисления с окраской поверхности алюминие-
вых сплавов.
Существующая система лакокрасочных покрытий для окраски конструк-
ционных алюминиевых сплавов включает в себя 1—2 слоя грунтовки и
2—3 слоя эмали. Иногда для защиты внутренних поверхностей изделий
используется только покрытие грунтовкой.
Для грунтовки используют только пассивирующие (хроматные)
покрытия, обладающие хорошей адгезией к алюминиевым сплавам, марок:
АК-069, АК-070, ФЛ-086, ФЛ-ОЗЖ, ЭП-0215, ЭП-0208, ЭП-076, ЭП-0232,
ВЛ-02, ВЛ-023, АК-0209 и др.
Совершенно недопустимо применение грунтовок, содержащих свинцо-
вый сурик, который ускоряет коррозию алюминия.
Лаковые покрытия применяют для конструкций из плакированных
алюминиевых сплавов, предварительно подвергнутых анодному окислению
с последующим уплотнением в воде анодно-окисной пленки.
Лакировку осуществляют лаками марок АК-113, АК-113Ф, АС-16,
АС-82 по схеме: один слой лака АК-113Ф или АК-113 и двух слоев лака
АС-16 или АС-82.
Для обеспечения коррозионной стойкости в алюминиевых сплавах в
промышленной атмосфере целесообразно применение перхлорвиниловых
эмалей, для защиты изделий в морских условиях и районах с повышенной
влажностью целесообразно применение полиуретановых и эпоксидных
эмалей; для обеспечения высоких декоративных свойств целесообразно
применять полиуретановые, акрилуретановые, меламино-алкидные и поли-
акриловые эмали.
Перхлорвиниловые эмали обладают хорошей влаго- и химической
стойкостью и широко применяются для окраски судов, самолетов и верто-
летов, металлических конструкций, наземного транспорта.
Перхлорвиниловые эмали марок ХВ-16 и ХВ-124 наносятся по грунту
АК-069 или АК-070.
Полиакриловые эмали стойки в атмосферных условиях. Эмаль марки
АС-1115 наносят по грунту АК-069 или АК-070. Меламино-алкидные эмали
обладают высокими декоративными свойствами, водостойкостью, твер-
достью, эластичностью, атмосферо- и светостойкостью. Эмали марок
МЛ-12, МЛ-197 наносят по грунтовке ФЛ-086 или ФЛ-ОЗЖ.
Полиуретановые эмали имеют красивый внешний вид, высокую
твердость, высокую абразивоизнашиваемость, стойкость к действию
пресной и морской воды, минеральных кислот и др.
Эмаль марки УР-1161 наносится по грунтовке фосфатирующими или
эпоксиизоцианатными грунтами.
Для защиты строительных алюминиевых конструкций могут исполь-
зоваться бесцветные лаки на основе акриловых, полиуретановых смол
марок: АК-113, АК-113Ф, АС-16, АС-176, наносимые по анодно-окисным
покрытиям.
Для защиты и отделки строительных конструкций из алюминиевых
сплавов используются системы грунтовка и эмалевые покрытия.
В табл. 238 приведены защитно-декоративные системы для внешних
поверхностей алюминиевых строительных конструкций.
Для предохранения строительных алюминиевых конструкций от
контактной коррозии рекомендуется крепеж и другие стальные детали
цинковать или кадмировать. Стальные конструкции, контактирующие с
алюминиевыми, необходимо окрашивать, а в местах контактов проклады-
вать тиоколовую ленту, битумизированные прокладки, герметик или другие
изоляционные материалы.
Бетонные поверхности в местах контакта с алюминиевыми конструк-
циями необходимо окрашивать и прокладывать тиоколовую ленту.
Эмалирование-наплавление стекла на поверхность металла — метод
защитно-декоративной отделки алюминиевых сплавов — применяется в
строительстве для изготовления стеновых навесных панелей, облицовоч-
ной плитки, кровельной черепицы и для наружного эмалирования посуды.
Таблица 238
Защитно-декоративные системы покрытий для внешних поверхностей
строительных конструкций
Номер варианта Подготовка поверхности Система покрытий Вязкость по ВЗ-4 при 18-20‘С,с Режим Сушки
время, ч темпера- тура t, *С
I Анодное окисление в серной кислоте или химическое оксидирование 1. Грунтовка ФЛ-086 или ФЛ-ОЗЖ 13-16 2-1,5 90-100
2. Меламин о-алкидная эмаль МЛ-197 (два слоя) 24-26 0,5-0,6 135-130
II То же 1. Грунтовка АК-070 или АК-069 12-14 2-1 18-35
2. Эмаль ХВ-124 или ХВ-785 (два-три слоя) 13-15 3-2 18-35
III Обезжиривание с после- дующим травлением в растворе фосфорной кислоты 1. Грунтовка ВЛ-02 12-14 2-1 18-35
2. Грунтовка АК-070 или АК-069 12-14 2-1 18-35
3. Эмаль ХВ-124 или ХВ-786 (два-три слоя) 13-15 3-2 18-35
Лучшую адгезию при эмалировании имеют чистый алюминий и
сплав АМц.
Приготовленную эмаль обливом, окунанием или пульверизатором
наносят на изделие с последующим обжигом (оплавлением) в нагрева-
тельных печах с циркуляцией воздуха. Эмалевое покрытие стойко к
воздействию воды, слабых растворов кислот и щелочей, органических
растворителей и атмосферных условий.
Эматолирование является разновидностью процесса анодного окисле-
ния, эматаль-пленки в отличие от анодно-окисных покрытий непрозрачны
и обладают повышенной износе-, термо- и коррозионной стойкостью в
атмосферных условиях, а также в некоторых химических средах: нефтяных
маслах, стиральных растворах, спирте, ацетоне, фреоне и др. Цвет эматаль-
пленок от светло-серого до темно-серого в зависимости от сплава, на
котором они сформированы.
Для получения эматаль-пленок используются две группы электро-
литов: на основе щавелевой кислоты с добавками солей титана, циркония,
тория и др. элементов на основе хромовой кислоты.
В табл. 239 приведены составы электролитов для эматолирования.
Таблица 239
Составы электролитов для эматолирования, г/л
Наименование компонента Номер электролита
1 2 3 4
Калий-титан щавелевокислый 40,0 — —- —
Железо-аммоний щавелевокислый — 3,0-7,0 — —
Щавелевая кислота 1,2 1,2 — —
Лимонная кислота 1,0 1,0 — —
Борная кислота 8,0 8,0 2,0 3,0
Хромовый ангидрид — — 30,0 100,0
214
В отечественной практике наиболее применяемые электролиты эмато-
лирования — электролиты на основе хромовой кислоты (электролиты №3
и №4, табл. 240).
В электролите №3 ток регулируется по напряжению. Детали завеши-
ваются на анодную штангу без тока. Затем в течение 6 мин ток доводят
до 40 В и поддерживают его постоянно 30 мин при плотности тока ОД-
ОД А/дм2, после чего напряжение поднимают до 80 В, а плотность тока
повышают до 1,0 А/дм2 и ведут эматолирование еще 30 мин.
В электролите № 4 процесс ведут при неизменном напряжении 40 В
и температуре 45—50°С.
В качестве катодов используют нержавеющую сталь.
Эматолирование используется в авиастроении, судостроении, прибо-
ростроении, радиостроении, в производстве алюминиевой посуды.
В табл. 240 приведены некоторые технологические свойства сплавов.
Таблица 240
Некоторые технологические свойства алюминиевых сплавов
Марка сплава Характеристика свариваемости Способность к анодированию Способность к электрохи- мическому полированию Способность к механическому полированию Способность к холодной деформации
коэффициент трещинооб- разоваиия, % о, свар, шва
ов оси. матер.
АД 25 1,0 Очень хорошая Хорошая Очень хорошая Очень хорошая
АМц 20 1,0 Хорошая Удовлетво- рительная Хорошая Очень хорошая
Д12 20 1,0 Хорошая Хорошая Хорошая Хорошая
АМг2 20 1,0 Очень хорошая Хорошая Очень хорошая Хорошая
АМгЗ 15 0,95 Хорошая Удовлетво- рительная Очень хорошая Хорошая
АД31 10 0,8 Хорошая Хорошая Очень хорошая Хорошая
1915 10 0,9 Хорошая Хорошая Очень хорошая Удовлетво- рительная
Д1 60 0,6 Удовлетво- рительная Удовлетво- рительная Хорошая Пониженная
Д16 50 0,6 Удовлетво- рительная Удовлетво- рительная Хорошая Пониженная
2.6. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Алюминиевые деформируемые сплавы делятся на две большие группы:
термически не упрочняемые и термически упрочняемые сплавы.
В группу термически не упрочняемых сплавов входят все марки
технически чистого алюминия и сплавы систем Al—Мп, Al—Mg. Эти
сплавы подвергаются только стабилизирующим или разупрочняемым видам
термообработки гомогенизации (высокому или низкому отжигу).
В группу термически упрочняемых сплавов входят все остальные
алюминиевые деформируемые сплавы. Эти сплавы подвергаются всем
видам термической обработки (гомогенизации, полному отжиму, закалке,
естественному и искусственному старению).
Гомогенизация — принимается для выравнивания структуры и умень-
шения структурной неоднородности слитков всех алюминиевых сплавов,
появляющейся при литье сплавов. Гомогенизацию осуществляют в
шахтных или камерных печах с выдвижным подом. Для обеспечения
равномерного прогрева металла необходимо применять печи с циркуля-
цией атмосферы. Слитки из алюминия и алюминиевых сплавов гомогени-
зируются в интервале температур 430—650°С. В табл. 241 приведены
режимы гомогенизации слитков некоторых алюминиевых сплавов.
Отжиг применяется для обеспечения минимальной прочности,
высокой пластичности и стабильности размеров. Для сплавов не упрочняе-
мых термической обработки, применяют высокий и низкий отжиги. Для
сплавов, упрочняемых термообработкой применяют полный отжиг.
Режимы высокого, низкого и полного отжига приведены в табл. 242,
243, 244.
Таблица 241
Режим гомогенизации слитков алюминиевых сплавов
Марка сплава Конфигурация и размеры слитков и заготовок Температура гомогенизации, °C Время выдержки, ч
АВ АМц 1 АМгЗ J АМгб АМг АМг61 Круглые (полые и сплошные) и плоские Круглые полые » », плоские » » Круглые полые и сплошные плоские 520-540 590-630 470-490 450-475 480-505 450-460 12-14 10 10 12 6 24
АК4 Круглые сплошные диам. 350 мм и То же, диаметром менее 350 мм Крыглые сплошные диам. 350 мм и более более 485-505 16 8 16
АК4-1 То же, диаметром менее 350 мм, плоские 485-505 8 16
АК6 Круглые сплошные диам. 350 мм и То же, диаметром менее 350 мм более 515-530 24 12
АК8 Круглые сплошные диам. 350 мм и То же, диаметром менее 350 мм более 485-505 16 10
АД31 АДЗЗ В65 В94 Круглые сплошные 550-570 530-540 470-500 450-460 4 12 24 24
В95 1420, 1423, 1421 Плоские Круглые 450-465 450-745 24 24
В96ц Д19ц Круглые сплошные 450-470 480-490 24 24
Д20 Д1 Д16 Круглые и плоские Плоские и круглые Плоские 510-530 480-500 500-515 6-12 8 10
216
Режимы высокого отжига
Таблица 242
Марка сплава Температура отжига, С Время выдержки, мин, при толщине полуфабрикатов, мм Охлаждающая среда
менее 6 6 и более
АД 00 АДО АД1 АД АМц 300-500 2-10 10-30 Воздух или вода
AMrl АМг2 АМгЗ 300-420 2-10 10-30 Воздух
АМг4 300-500 30-120 30-180 Воздух
АМг5 АМгб АМгб! 310-335 30-120 30-180 Воздух
Таблица 243
Режимы низкого отжига
Марка сплава Температура отжига, 'С Время выдержки, для всех толщин, мии Охлаждающая среда
АД 00 АДО АД1 150-30 1-3 Воздух или вода
АМц 200-300 1-3 Воздух или вода
АМг! АМг2 150-180 1-3 Воздух
АМгЗ 250-300 1-3 Воздух
При отжиге, как правило, необходимо обеспечить максимально высо-
кую скорость нагрева деталей и полуфабрикатов, во избежание роста зерна.
При нагреве тонкостенных объемных деталей, скорость нагрева необходимо
ограничивать, чтобы избежать коробления. Скорость охлаждения после
отжима не ограничивается, за исключением тонкостенных деталей во
избежания коробления и частичной закалки.
Отжиг производится в электрических печах с принудительной цирку-
ляцией атмосферы, обеспечивающие быстрый и равномерный прогрев
садки. Перепад температуры в рабочем пространстве печи не более 20°С.
Температура сокращенного отжига полуфабрикатов и деталей из сплавов
АД31, АДЗЗ, АД35, АВ, АК6, АК8, АК2, АК4, АК4-1, АК4-1пЦ, Д1, Д16,
ВД17, Д19, ВАД, Д20, Д21, ВАД23 равна 350-370°С; сплава В92 - 290-
320°С.
Время выдержки для всех толщин и сплавов 2—4 часа, охлаждение —
воздух или вода.
Закалка алюминиевых сплавов основана на фиксации при быстром
охлаждении концентрации твердого раствора легирующих компонентов
алюминия стабильного при высоких температурах (выше границы раство-
римости легирующих элементов). Эффект закалки зависит от природы
217
сплава, условий закалки, предшествующей термической и механической
обработки и т.д. Нагрев под закалку производится в электрических печах
с принудительной циркуляцией атмосферы или селитровых ванных с
обеспечением свободного обтекания воздухом или расплавленной селитрой
нагреваемых деталей.
Таблица 244
Режимы полного отжига
Марка сплава Температура отжига, *С Время выдержки, для всех толщин, мии Скорость охлаждения
АД31 380-420 10-60 Не более 30 град/ч до
АДЗЗ температуры 260°,
АД 35 затем на воздухе
АВ
АК6
АК6-1
АК8
АК4
АК2
АК4-1 380-420 10-60 То же
Д1 380-420
Д16 380-420
ВД17 380-420
Д19 380-420
ВАД1 380-420
М40 380-420
Д20 400-425
Д21 380-420
ВАД23 380-420
В92Ц 350-430 60-90
В93 350-430 10-60 Не более 30°С/ч до
В95 380-430 температуры 150°,
В96 380-430 затем на воздухе
В96Ц 380-430
1933 350-430
1973 380-430
В96ЦЗ 380-430
Рекомендуемые режимы нагрева полуфабрикатов и деталей под закалку
приведены в табл. 245.
Время выдержки полуфабрикатов и деталей при температуре нагрева
под закалку приведено в табл. 246.
Для обеспечения наилучших механических и коррозионных свойств
полуфабрикатов и деталей общее время пребывания садки на воздухе
после нагрева под закалку перед погружением в закалочный бак не должно
превышать 15 сек. Температура воды в закалочном баке поддерживается
в интервале 10—40°С с обеспечением ее перемешивания. Для снижения
поводок и внутренних напряжений полуфабрикаты из некоторых сплавов
охлаждаются после закалки в кипящей воде или в воде с температурой
80—90°С.
218
Таблица 245
Режимы нагрева полуфабрикатов и деталей под закалку
Марка сплава Вид полуфабрикатов Температура начала отсчета продолжительности выдержки, •с Допустимый интервал температуры нагрева под закалку, ’С
АД31 510 515-530
АДЗЗ 510 515-530
АД35 510 515-530
АВ 510 515-530
АК6 510 515-525
АК6-1 Все виды полуфабрикатов 510 515-525
АК8 490 495-505
АК4 520 525-535
АК2 505 510-520
АК4-1 520 525-535
Д1 490 495-510
Д16Д16 Прессованные полуфаб- рикаты и плиты 480 485-503
ВД17 Листы 490 495-505
Д19 Все виды полуфабрикатов 490 495-505
Д19 Прессованные полуфаб- рикаты и плиты 490 495-505
Листы 495 500-508
ВАД1 Все виды полуфабрикатов 500 503-508
М40 504 504-510
Д20 525 530-540
Д21 515 520-530
ВАД23 510 515-520
В92Ц 445 450-470
В93 445 450-465
В95 460 465-475
В96 460 465-475
В96Ц 1933 1973 В96ЦЗ 460 465-475
После закалки полуфабрикаты и детали из алюминиевых сплавов
подвергают естественному и искусственному старению. В табл. 247
приведены рекомендации по перерыву между закалкой и старением.
Старение - процесс распада зафиксированного закалкой состояния
алюминиевого сплава. Существует два вида старения - естественное и
искусственное.
Старение, протекающее в естественных условиях без подогрева
называется естественным старением.
Старение, протекающее с подогревом после закалки называется
искусственным старением.
В табл. 248 приведены режимы старения полуфабрикатов и деталей.
Группа сплавов на литиевой основе имеет особенности термообработки
по сравнению с другими алюминиевыми сплавами.
219
Таблица 246
Время выдержки полуфабрикатов и деталей при температуре нагрева под закалку
Виды полуфабрикатов Толщина, мм Продолжительность выдержки, мин
в воздушных печах в селитровых ванных
Листы плакированные До 1,4 10-15 5
1,5-1,9 15-20 7
2,0-4,0 20-25 10
4,1-6,1 30-35 15
6,1-10 35-40 20
Листы неплакироваиные, трубы До 1,2 10-20 5
холоднодеформированные, плиты 1,3-3,0 15-30 10
горячекатанные, профили, прутки, 3,1-5,0 20-45 15
полосы и втулки 5,1-10 30-60 20
горячепрессованные 11-20 35-75 25
21-30 45-90 30
31-50 60-120 40
51-75 100-150 50
76-100 120-180 70
101-150 150-210 80
151-200 180-240 90
Штамповки и поковки До 2,5 15-30 10
2,6-5,0 20-45 15
5,1-15 30-50 25
16-30 40-60 40
31-50 60-150 50
51-75 150-210 60
76-100 180-240 90-180
101-150 210-360 120-240
151-200 240-440 180-300
Таблица 247
Рекомендуемое время перерыва между закалкой и старением
Марка сплава Период времени после закалки, в котором сохраняется удовлетворительная пластичность, ч Перерыв между закалкой и искусственным старением, обеспечивающий высокие механические свойства, ч
АД31 Не зависит от времени Не более 1
АДЗЗ » » » » » » 1
АД35 » » » » » » 1
АВ >> » » » » » 1
АК6 2-4 » » 6
АК8 2-4 Не ограничен
АК4 12-15 » »
АК4-1 12-15 Не более 24
Д1 2-4 » » 24
Д16 1,5 Не ограничен
Д19 8 » »
Д20 Не зависит от времени Не менее 168
Д21 2-4 Не ограничен
ВАД23 Несколько месяцев » »
В92Ц 24 » »
В931933 6 Не более 240
В951973 6 4 или спустя 48
В96 6 4 » » 48
В96ЦЗ 6 4 » >> 48
Режимы старения полуфабрикатов
Таблица 248
Марка сплава Вид полуфабрикатов Вид старения Температура старения, ’С Продолжительность старения, ч
АД 31 АДЗЗ АД52 АВ Все виды полуфабрикатов То же » » Естественное То же Искусственное Естественное Искусственное: 1 режим II режим Комнатная То же 160-170 Комнатная 150-165 160-170 240-360 240-360 10-12 240-360 8-15 10-12
АК6 То же Естественное Искусственное Комнатная 150-165 Не менее 96 6-15
АК8 Поковки, штамповки Естественное Искусственное Естественное Искусственное Комнатная 150-165 Комнатная 165-175 Не менее 96 4-15 Не менее 96 10-12
АК4 Прессованные полуфабрикаты, поковки, штамповки Искусственное Искусственное: 1 режим II режим 165-180 165-180 190-200 10-16 10-16 8-12
АК4-1 Листы (плакированные) Прессованные профили Горячекатанные плиты Поковки, штамповки Искусственнее: 1 режим II режим И скусственное: 1 режим II режим Искусственное: 1 режим II режим Искусственное: 1 режим II режим 185-195 185-195 190-200 190-200 190-200 190-200 185-195 195-200 9-12 24 12-13 24 7-9 24 8-12 16
Д1 Все виды полуфабрикатов Естественное Комнатная Не менее 96
Д16 То же Листы Листы нагартованные Прессованные полуфабрикаты Естественное Искусственное То же » Комнатная 185-195 185-195 185-195 Не менее 96 11-13 7-9 6-8
Д 19 Все виды полуфабрикатов Естественное Искусственное Комнатная 185-195 120-240 12-14
Д20 То же Искусственное: 1 режим II режим 165-175 200-220 10-16 8-12
Д 21 То же И скусственное 180-190 15-17
ВАД23 То же Искусственное: 1 режим II режим III режим 157-165 195-205 140-150 10-16 7-10 18-24
В92Ц То же Естественное Ступенчатое: 1-я ступень 2-я ступень Комнатная 60-70 190-200 Не менее 72 24 2
221
Продолжение табл. 248
Марка сплава Вид полуфабрикатов Вид старения Температура старения, *С Продолжительность старения, ч
ВЭЗпЦ То же Ступенчатое:
В93 1 режим:
1933 1-я ступень 115-125 3
2-я ступень 160-170 4
II режим 1-я ступень 115-125 3
2-я ступень 165-175 5-7
III режим 1-я ступень 115-125 3
2-я ступень 185-193 5
В95пЦ Прессованные полуфабрикаты Искусственное 135-145 15-17
В95 и штамповки
1973 Листы То же 120-125 23-25
В96 В96Ц В96ЦЗ То же То же 135-145 15-17
В табл. 249 приведены рекомендуемые режимы термической обработки
сплавов системы Al—Li—Mg (1420, 1421, 1423).
Таблица 249
Рекомендуемые режимы термической обработки сплавов системы Al—Li—Mg
Сплав Полу фабри каты Закалка Старение Состояние после старения
темпера- тура, *С среда (состояние) темпера- тура, "С продолжи- тельность, ч
1420 Листы, плиты 445-465 Воздух (ТГ) 5-12 тп
Листы PC 460-500 Воздух (ТГ) 10-12 тп
Прессованные 445 Воздух (ТГ) 5-12 тп
Штамповки 465 Воздух (ТГ) и водо- воздушная смесь (ТВ) 115-125 10-12 ТП и ТВ1
1421 Листы 470-480 Воздух (ТГ) 3-12 тп
Плиты 470-480 Воздух (ТГ) 12-24 тп
Прессованные 445-465 Воздух (ТГ) 5-12 тп
1423 Листы, плиты 445-465 Вода(Т) и воздух (ТГ) 5-12 Т1 и ТП
PC- регламентированная зеренная структура для обеспечения сверхпластической формовки.
ТГ- закалка на воздух.
ТВ - закалка на водо-воздушную смесь.
Сплавы 1420, 1421, 1423 закаливают на воздухе или в других средах с
обеспечением регламентированной скорости охлаждения в интервале
1—10°С/с для листов, плит и прессованных полуфабрикатов толщиной
до 10—20 мм. Для массивных полуфабрикатов скорость охлаждения при
закалке должна быть в интервале 1—2,5 °С/с. Закалка с регламентированной
скоростью охлаждения и последующее искусственное старение по рекомен-
дуемым режимам (табл. 249) обеспечивают оптимальный комплекс свойств
с высокой коррозионной стойкостью (состояние ТП или ТВ1). Для сплава
1423 допускается закалка в воде с последующим искусственным старением
(состояние Т1).
222
Закалка в воде без искусственного старения (состояние Т) обеспечи-
вает максимальную пластичность сплавов 1420, 1421, 1423 и рекомендуется
в качестве промежуточной термической обработки при проведении опера-
ций холодной деформации. Сплавы 1420, 1421, 1423 не чувствительны к
пережогу и росту зерна при нагреве под закалку. Температура пережога
выше 540°С.
В табл. 250 приведены режимы термической обработки сплавов
системы Al—Li—Си.
Таблица 250
Режимы упрочняющей термической обработки сплавов системы Al—Li—Си
(ВАД23, 1450, 1451, 1460)
Сплав Полуфабрикаты Температура нагрева под закалку, *С Вид старения Режимы старения
температура, 'С продолжи- тельность, ч
ВАД23 Все виды 515-525 Т1 Т1 двухступен- чатое (для листов) Т12 Т2 160-170 1-я ступень 145-155 2-я ступень 180-190 140-150 200-220 8-6 3-5 3-5 18-36 6-15
1450 Плиты и горяче- катанные листы Прессованные 525-535 Т1 150-160 135-145 18-24 16-24
1451 Листы 525-235 Т1 двухступенчатое 1-я ступень 120-130 2-я ступень 145-155 3-5 18-24
1460 Плиты 530-540 Т1 135-145 18-24
Листы Т1 155-165 24-30
Окончательная термическая обработка сплавов системы Al—Li—Mg
заключается в закалке на воду и искусственном старении.
Для сплава ВАД23 режим искусственного старения на максимальную
прочность (Т1) применяется для полуфабрикатов и деталей, предназначен-
ных для работы при 20°С и повышенных температурах. Этот режим
обеспечивает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию под
напряжением. Для листовых материалов вместо одноступенчатого рекомен-
дуется двухступенчатый режим, несколько повышающий характеристик!!
пластичности при сохранении прочности на высоком уровне. Режи
старения Т12 (недостаренное состояние) рекомендуется для изделий
требующих повышенных характеристик пластичности, трещиностойкосп’
и работающих при температуре 20°С. Коррозионная стойкость после этого
режима пониженная. В случае применения режима Т12 необходима
надежная антикоррозионная защита. Перестаривание по режиму Т_
позволяет получить относительно высокую стабильность структуры и
механических свойств в случае эксплуатационных нагревов при 150—
200°С при достаточно высокой прочности и коррозионной стойкости
223
После режимов Т1 и Т2 сплав В АД 23 имеет пониженные характеристики
пластичности, трещиностойкости и повышенную чувствительность к
концентрациям напряжений.
Для повышения технологической пластичности при 20°С сплавы 1450,
1451 и 1460 с 2,0—2,5% Li необходимо закаливать с температуры 500—
540°С на холодную воду. Сплав 1451 с 15% Li обладает высокой технологи-
ческой пластичностью не только в закаленном, но и в отожженном
состоянии.
Режим закалки и старения сплавов 1450, 1451, 1460 обеспечивает
оптимальное сочетание механических свойств, вязкости разрушения и
трещиностойкости.
Сплавы системы Al—Li—Mg—Си (1430, 1440, 1460) упрочняются
закалкой на холодную воду и искусственным старением.
В табл. 251 приведены режимы упрочняющей термообработки сплавов
этой системы.
Таблица 251
Режимы упрочняющей термической обработки сплавов системы
Al-Li-Mg-Cu (1430, 1440, 1441)
Сплав Полуфабрикаты Температура Нагре- ва под закалку, ‘С Вид старения Режим старения
температура, ‘С продолжительность, ч
1430 Листы, плиты 525-535 Т1 двухступенчатое 1-я ступень 95-105 2-я ступень 135-145 3 25
Прессованные Т1 135-145
1440 Плиты, прессованные полуфабрикаты ти двухступенчатое 1-я ступень 145-155 2-я ступень 165-175 4 10
1441 Листы, плиты прессованные Т1 145-155
ти 1-я ступень 150 2-я ступень 170 4 24-30
ГЛАВА 3
ПРИМЕНЕНИЕ
3.1. ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
Сто лет назад материалами для первых самолетов служили: древеси-
на — каркас, полотно, пропитанное лаком, — обшивка. Это были простые,
легко обрабатываемые материалы, не требующие сложного и дорогого
оборудования. Конструкции первых самолетов были простыми и легко
реализуемыми. Однако эти материалы имели серьезные недостатки —
низкую и неравномерную прочность, чувствительность к климатическим
условиям (температура, влажность), что заставляло создателей самолетов
искать более эффективные материалы. Им стал алюминий и сплавы на
его основе. Бурное развитие авиации в XX веке стимулировало разработку,
производство и применение новых алюминиевых сплавов, обладающих
комплексом разнообразных свойств, необходимых для летательных аппаратов.
И, если на начальном этапе развития авиации основным критерием
качества алюминиевых сплавов была высокая прочность, то в дальнейшем
требования возросли и от алюминиевых сплавов потребовалась высокая
долговечность, трещиностойкость, коррозионная стойкость и т.д.
Основные требования к конструкции летательных аппаратов, которые
определяют требования к алюминиевым сплавам, следующие:
1. Минимальный вес конструкции, обеспечиваемый оптимальными
конструктивно-технологическими решениями, правильным расчетом дейст-
вующих напряжений и рациональным выбором сплава с наибольшей
возможной удельной прочностью.
2. Большой срок эксплуатации пассажирских и транспортных самолетов
(25—50 тыс. полетов, 45—100 тыс. летных часов, 20—30 лет эксплуатации),
обеспечиваемый высокой усталостной прочностью и коррозионной стой-
костью конструкции и сплавов.
3. Высокий уровень безопасности, обеспечиваемый большой остаточ-
ной прочностью конструкции при ее частичном повреждении и малой
интенсивностью распространения трещин.
4. Относительно низкая стоимость, доступность и легкость производ-
ства сплавов и полуфабрикатов из них.
5. Высокая технологичность сплавов, обеспечивающая возможность
получения рациональных заготовок и элементов конструкции, позволяю-
щих организовать серийное производство в короткие сроки с высокой
экономической эффективностью.
6. Высокие эксплуатационные свойства конструкции и сплавов,
обеспечивающие снижение расходов на ремонт и эксплуатацию.
225
В практике отечественного и зарубежного самолетостроения для изго-
товления подобных конструкций применяют алюминиевые сплавы,
имеющие примерно одинаковый состав и характеристики (табл. 252).
Так, для пассажирских и транспортных самолетов в США и у нас использо-
вались практически одни и те же сплавы: в США — для низа крыла и
фюзеляжа — сплавы серии 2ХХХ; для верха — сплавы серии 7ХХХ. У
нас для низа крыла — сплавы Д16, 1161, 1163, для верха крыла — сплав
В95пч; для фюзеляжа — сплавы Д16, 1163, Д19, 1420.
Таблица 252
Химический состав (в % весовых) отечественных и американских алюминиевых
сплавов для авиационной техники
Сплав марки Zn Mg Си Мп Сг Zr Fe Si и Ti № Прочие примеси
2024 — 1,5 4,4 0,6 — — 0,5 0,5 — — — —
Д16 1,5 4,35 0,6 — — 0,5 0,5 — 0,1 0,1 0,1
2124 1,5 4,1 0,6 — — 0,3 0,2 — — —
1161 0.1 1,5 4,15 0,6 — — 0,3 0,2 — 0,1 0,05 0,1
2324 — 1,5 4,1 0,6 — — 0,12 0,10 — — —
1163 0,1 1,5 4,15 0,6 — — 0,15 0,10 —. 0,04 0,05 0,1
7075 5,6 2,5 1,6 — 0,23 — 0,4 0,4 — — —
В95 6,0 2,3 _LZ_ _0£_ 0,17 — 0,5 0,5 — — 0,1 0,1
7050 6,2 2,25 2,3 — 0,01 0,15 0,12 — — —
В95пч 5,75 2,3 1,7 0,4 0,17 — 0,15 0,1 — 0,05 0,1 0,1
7150 6,4 2,35 2,2 — 0,1 0,15 0,12 — — —
В95оч 5,75 2,3 1,7 0,4 0,17 — 0,1 0,1 — 0,05 0,1 0,1
7475 5,7 2,25 1,6 — 0,21 — 0,12 0,10 — — —
7055 8,0 2,05 2,3 — — 0,1 0,15 0,1 — — — —
В96ЦЗ 2,0 1,7 0,05 0,05 0,15 0,20 o,i — 0,05 — 0,1
Х7093 9,0 2,5 1,5 — — o,i 0,15 0,12 — — 0,2
В96Цпч 8,5 2,15 2,3 0,1 0,05 0,15 0,15 o,i — — — 0,1
2090 — — 2,7 — — 0,1 0,12 0,10 2,2 — —
2091 — 1,5 2,1 — — ! 0,1 0,30 0,20 2,0 — — —
8090 — 0,9 1,3 — — 0,1 0,30 0,20 2,4 — — 1 —
1420 — 5,25 0,05 — — 0,11 0,20 0,15 2,05 — 0,1 0,15
ВВАД23 0,1 0,05 5,3 0,6 Cd = 0,17 — 0,3 0,3 1,15 — 0,15 —
6013 — 1,0 0,8 0,35 — — 0,30 0,8 — — — —
Х2095 0,25 0,4 4,2 — — 0,1 0,15 0,12 1,3 0,4 Aj 3
ВЭЗпч 6,9 1,9 1.0 0,1 — 0,3 0,1 — 0,1 — 0,1
7079 4,3 3,3 0,6 _02_ 0,175 — 04 0,3 — — — ОД
В качестве заготовок для крыла используются листы, катанные пли гы,
прессованные панели и профили, для фюзеляжа — листы катанные и
прессованные профили и плиты, штамповки.
В истребителях верх и низ крыла изготавливают из сплава В95пчТ2,
а в качестве заготовок применяли прессованные панели, вафельные
штампованные панели или плиты. Фюзеляжи самолетов изготавливались
в клепаном, клеесварном или сварном варианте (самолет МиГ-29).
В процессе создания широкофюзеляжных пассажирских и транспорт-
ных самолетов большое значение имеет выбор оптимального варианта
конструктивно-технологического решения и марки алюминиевых сплавов.
226
Классическая сборно-клепаная конструкция не обеспечивает необхо-
димую конструктивно-технологическую эффективность.
Сборно-монолитная конструкция с широким использованием прессо-
ванных панелей, катанных плит, прессованных лонжеронов и профилей
разъема крыла, крупногабаритных штамповок крыла, фюзеляжа и шасси
с применением высокопрочных сплавов обеспечивает создание эффектив-
ной конструкции.
Применение сборно-монолитных конструкций взамен сборно-клепа-
ных в современных самолетах обеспечивает:
- рациональное распределение материала по объему конструкции;
- снижение веса самолета и повышение его надежности и долговеч-
ности за счет уменьшения качества стыков и соединений;
- оптимизация конструкции элементов, где нет свободных объемов
и недостаточны строительные высоты;
- уменьшение объема и веса герметиков.
В процессе освоения новых заготовок, новых сплавов и модификаций
существующих сплавов были разработаны и освоены новые технологичес-
кие процессы, режимы термической обработки и методы поверхностного
упрочнения, что значительно подняло эффективность применения новых
сплавов и заготовок.
Характерным примером самолета, спроектированного с применением
сборно-монолитных или, как сейчас говорят, интегрированных конструк-
ций, является самолет Ан-22, где впервые широко применены сборные
конструкции из крупногабаритных штамповок и прессованных профилей
из сплава В93Т1 (рис. 9).
Сборно-монолитные конструкции были реализованы в следующих
крупных блоках.
Первый блок охватывает агрегаты фюзеляжа и шасси, в которых
заготовки из сплава В93Т1 изготавливали методом свободной ковки (на
первые опытные машины) и горячей штамповки на гидравлических прессах
на серийные машины.
Для большинства транспортных самолетов стабильна общая схема
компоновки: высокое расположение крыла и установка в этой зоне
фюзеляжа основного шасси. Образуется нагруженное поперечное сечение
фюзеляжа, через которое происходит уравновешивание сил при посадке
и замыкаются нагрузки от крыла и шасси. Стремление получить наимень-
шее поперечное сечение наружного контура фюзеляжа при максимальном
использовании внутренних размеров по всей длине грузовой кабины
приводит к необходимости получить на этом и других силовых участках
фюзеляжа минимальных строительных высот для размещения конструк-
ции. Аналогичное место имеется в зоне порога грузовой кабины почти на
всех транспортных самолетах, где ширина грузовой кабины по линии
пола должна быть максимальной, а наружный контур фюзеляжа поджат
для обеспечения посадочных углов. Использование в этих местах сборно-
Рис.9. Схема расположения основных силовых деталей из сплава В93 на самолете Ан-22.
228
монолитных конструкций приводит к уменьшению количества стыков и
крепежа и, как следствие, к уменьшению веса и сечения узлов.
С учетом вышеуказанных требований и свойств сплава В93Т1 сборно-
моно-литные конструкции применены в элементах конструкции фюзеля-
жа, испытывающих высокие, но сравнительно редко повторяющиеся
нагрузки от крыла при болтанках и от шасси при рулежке и посадке, и
частые, но сравнительно низкие нагрузки, при нормальной эксплуатации.
Характерным примером такой конструкции является каркас силового отсека
фюзеляжа самолета Ан-22, состоящий из 3-х силовых шпангоутов, связан-
ных продольными балками монолитной конструкции, и состоящий из 20
крупногабаритных деталей из сплава В93Т1, собранных на болтах: стойки,
низинки, углы силовых шпангоутов, продольные балки. Максимальные
габариты силового отсека достигают 5500 мм, площадь проекции отдельных
штамповок достигает 3,5 м2, а вес 1,0 т.
Масса сборно-монолитных конструкций, изготовленных из штамповок
сплава В93Т1, составляет 15 т на самолет, что позволило снизить вес
самолета Ан-22 на 3,0 т.
Второй блок охватывает агрегаты крыла и центроплана, в которых
заготовками являются монолитные прессованные панели, лонжероны,
профили разъема.
В самолете Ан-22 центроплан и крыло, в которых размещается около
100 тонн топлива, полностью выполнены из монолитных прессованных
панелей, цельно-прессованных полулонжеронов и профилей разъема.
Крыло и центроплан изготовлены:
- из 60 унифицированных до 15 наименований прессованных
панелей, шириной до 685 мм и длиной до 12 метров из сплавов Д16Т и
В95Т1;
- 38 цельно-прессованных полулонжеронов из сплавов Д16Т и В-95Т1;
~ 26 мощных профилей разъема из сплава В-93Т1.
Площадь поперечного сечения отдельных профилей из сплава В93
превышает 900 см2, при длине до 4 метров.
Общая поверхность панелей, выполненная из монолитных прессован-
ных заготовок, составляет 280 м2 на один самолет, а общая протяженность
прессованных полулонжеронов равна 335 метрам.
В результате применения монолитных конструкций на самолете
Ан-22 достигнуто:
- снижение веса крыла и центроплана на 2100 кг, в том числе за
счет уменьшения количества герметика для герметизации кессонов на
522 кг;
— значительное повышение жесткости и выносливости конструкции
в результате сокращения количества мест соединений и концентраторов
напряжений;
- повышение герметичности топливных кессонов, благодаря сокраще-
нию количества продольных швов;
229
- сокращение количества деталей на 550 шт и количества крепежных
деталей, включая классные болты, на 114000 шт;
- снижение трудоемкости изготовления и цикла сборки в 2—3 раза.
Подход по применению сборно-монолитных конструкций, принятый
на самолете Ан-22, получил свое дальнейшее развитие в других конструк-
циях самолетов.
Так, на самолете Ан-124 впервые были применены прессованные
панели с законцовками для верха и низа крыла и центроплана из сплавов
1973Т2 и 1161Т соответственно, а в силовой зоне фюзеляжа применены
катанные плиты и прессованные панели из сплава Д16Т.
На самолете Ан-225 «Мрия» верхняя и нижняя обшивки центроплана
изготовлены из катанных плит соответственно из сплавов 1973Т2 и 1161Т,
а в обшивке фюзеляжа впервые использованы катанные плиты и листы
из сплава 1973Т2.
На самолете Ан-70 верхняя и нижняя обшивки крыла и центроплана
изготовлены из прессованных панелей с законцовками и катанных плит
из сплавов 1973Т2 и 1161Т.
В настоящее время фирма Локхид-Мартин, ранее применявшая только
сборно-клепаные конструкции, начала применять сборно-монолитные
(интегральные) конструкции из прессованных панелей и штамповок.
В конструкции европейского аэробуса А-340/380 используются сборно-
монолитные (интегральные) конструкции из высокопрочных алюминиевых
сплавов.
Опыт применения высокопрочных сплавов системы Al—Zn—Mg—Cu
показал, что применение этих сплавов с максимальной прочностью (режим
старения Т1) не всегда является эффективным с точки зрения надежности
и долговечности. Были разработаны и широко применяются смягчающие
режимы старения Т2 и ТЗ этих сплавов, что практически вытеснило классичес-
кий ковочный сплав АК6 из конструкции самолетов и обеспечило высокие
характеристики вязкости разрушения, превосходящие зарубежные аналоги.
В табл. 253 приведены минимальные значения свойств штамповок
из алюминиевых сплавов.
Таблица 253
Свойства штамповок из алюминиевых сплавов 1933, В93пч, АК6 (минимальные)
Сплав, Направление Св оед а, % К,„, МПа м,/2 о,р, МПа
состояние МПа
1933Т2 д в 490 461 441 432 7 3 39 24 171
1933T3 д в 441 412 383 363 8 3 43,5 25 245
В93пчТ2 д в 440 440 400 400 8 3 30,1 20,3 196
ВЭЗпчТЗ д в 410 410 333 333 9 4 34,5 25 295
АКбпчТ! д В 382 345 275 245 10 5 35,9 25 98
230
Дальнейшее совершенствование высокопрочных сплавов системы
Al— Zn—Mg—Си позволило использовать для конструкции самолетов высо-
копрочные сплавы, которые ранее не использовались из-за низких харак-
теристик вязкости разрушения, коррозионной стойкости и пластичности.
Сплав В96Ц-3, созданный на базе сплава В96, существенно превосхо-
дит сплав В95пч и американский аналог — сплав 7055 по прочностным
характеристикам, малоцикловой усталости при высоких значениях вязкос-
ти разрушения, коррозионной стойкости и пластичности.
Сплав может быть рекомендован для изготовления верха крыла
пассажирских и транспортных самолетов, а также верха и низа крыла
боевых самолетов.
В табл. 254 приведены сравнительные данные по свойствам сплавов
В96Ц-ЗТ12, В95очТ2, 7055Т77 (США).
Таблица 254
Свойства сплавов В96Ц-ЗТ12, В95очТ2, 7055Т77 (плиты, США)
Сплав, состояние О, сж ° 0.2 Е, ГПа 6, % к1с, МПа*м,л °.г- МПа РСК, балл
МПа
В96Ц-ЗТ12 (7055) 650 625 630 70,5 7 26,5 ПО <5
7055 Т77 (плиты; США) 630 610 610 70,0-73,0 7 24 по <5
В95очТ2 (7475) 510 430 640 70,0 7 34 165 <5
Примечание, окр - напряжение коррозионного растрескивания; РСК - расслаивающая
коррозия.
Сплав В96 и его модификации широко используются для изготовле-
ния корпусов твердотопливных ракет диаметром около метра и высотой
6 метров, заготовки которых получают на прессе за один проход.
Фирма «Боинг» изготавливает верх крыла самолета «В777» из плит
сплава 7075-Т77, который является точной копией сплава В96-ЦЗ.
В табл. 255 приведены типичные свойства полуфабрикатов из отечест-
венных и американских высокопрочных сплавов системы Al—Zn—Mg—Си.
Таблица 255
Типичные свойства высокопрочных прессованных и катанных полуфабрикатов
из сплавов системы Al—Zn—Mg—Си
Сплав Тип полуфаб- риката о, МПа 00,2 МПа о, % Кс , МПам,/2 В = 500 мм МЦУ N, тыс. цикл (о„„= 1,8 МПа) кпн, МПа
1973 Т2 (типа Профиль 580 550 12 130 220 147
американского Плита 560 520 10 124 220 147
7150 Т76) Лист 560 520 10 112 220 —
В95оч Т2 (типа Профиль 560 510 12 130 200 172
американского Плита 540 490 11 124 160 172
7475 Т76) Лист 540 490 11 112 160 —
В96Ц-ЗТ2 Т2 (типа Панель 610 580 10 109 200 167
американского 7055 Т77) Профиль 660 630 10 109 — 117
В96Ц-1 Т2 Профиль 670 620 8 57 200 167
Альтернативой сплаву В96Ц-3 может быть алюминиево-литиевый
сплав 1464 для верха и низа крыла некоторых самолетов.
В табл. 256 приведены сравнительные характеристики сплавов В96Ц-3
и 1464.
Таблица 256
Сравнительные свойства сплавов В96Ц-ЗТ12 и 1464Т1
Характеристика Сплав
В96Ц-ЗТ12 1464Т1
о„ ,МПа 630 560
стп ? ,МПа 610 524
6, % 7 10
МЦУ, Уг|1„„, (атя =157 МПа) 200 >200
МПа-м1/2 26 65*
о„г ,МПа 110 300
РСК, балл <5 2
d, кг/м3 2870 2660
КМ 21,95 21,05
On ? /d. км 21,25 19,7
E/d, км 25,10 29,70
Свариваемость, о “, МПа не сваривается 330
Примечание. окр- напряжение коррозионного растрескивания; РСК - расслаивающая коррозия.
В табл. 257 приведены характеристики высокопрочных сплавов системы
Al—Си—Li, которые могут быть рекомендованы для различных элементов
конструкции летательных аппаратов.
Таблица 257
Высокопрочные сплавы системы Al—Си—Li
Характеристика Направление 1460 1461 1464 1468
d, г/см2 2615 2650 2660 2660
Е, ГПа 79,0 80,0 79,0 77,5
д 560 560 560 520
ов,МПа п 560 520 530 515
45’ 520 500 500 505
Д 515 490 530 490
о02,МПа п 510 460 495 470
45° 450 445 460 455
Д 5,5 10,0 9,0 13,0
6, % п 7,0 12,0 10,0 12,0
45’ 9,0 13,0 13,0 13,0
СРТУ (d1/dN), мм/кцикл д 4,3' 2,82 2,352 2,352
МЦУ, кцикл д >300 >250 >250 >250
Для обшивки фюзеляжей самолетов использовались сплав 1163 (для
сверхзвуковых самолетов сплав Д19), для стрингеров сплавы 1163, 1420,
В95пчТ2.
Фюзеляжи самолетов Як-36 и Як-42 целиком изготавливались из
сплава 1420, сварной фюзеляж самолета МиГ-29 также был изготовлен из
сплава 1420. Алюминиево-литиевый сплав 1441 применен в фюзеляже
самолетов конструкции КБ Бериева.
232
В табл. 258 приведены свойства алюминиево-литиевых сплавов и
сплава 1163, рекомендуемых для изготовления фюзеляжей летательных
аппаратов.
Таблица 258
Свариваемые коррозионные сплавы системы Al—Cu—Li в сравнении со сплавом 1163
Характеристика 1420ТГ1 1424ТГ1 листы шириной до 2600 мм Г" И 63 АТ
d, г/см2 2,47 2,54 2,78
Е, ГПа 76 80 69
о„ ,МПа а420 г430 г425
о„,,МПа а260 г280 г275
6, % 28 29 211
МЦУ, кцикл 105 150 110
о,г ,МПа 230 300” 250
РСК, баллы 3 2" 4***
МКК, мкм отсутствует отсутствует** 175-300”*
* — до и после нагрева при 85°С, до 3000 ч
" - до и после нагрева при 85°С, до 4000 ч
*** - после нагрева при 85°С, до 4000 ч.
Перспективным материалом для обшивки летательных аппаратов
является слоистый композиционный материал, состоящий из чередую-
щихся тонких алюминиевых листов и прослоек клеевого препрега со
стеклянными волокнами — СИАЛ (С — стекло, АЛ — алюминий) — аналог
зарубежного материала ГЛЕР.
СИАЛ отличается высокой удельной прочностью и жесткостью,
удовлетворительной коррозионной стойкостью, хорошей технологичностью,
высокой стойкостью к росту усталостной трещины.
В табл. 259 и 260 приведены характеристики СИАЛов в сравнении с
алюминиевыми сплавами 1163АТ, АД37 (6013), 1424. В СИАЛ использован
лист из сплава И 63АТ.
Таблица 259
Слоистый алюмостеклопластик СИАЛ-1НТ (типа GLARE-2)
Строение и состав СИАЛ-1 НТ
Размер Структура Металл Препрег Армирование Примечание
200 х 300 140 х 300 3/2 Лист плакиро- ванный из сплава Д 16чАТ (типа 2024ТЗ Alclad), t 0,25 мм Кордная ткань (из высокомоду- льного высоко- прочного стекла ВМПУ, эпоксид- ное высокопроч- ное связующее) Преимущественно однонаправленное Без растяжки С растяжкой 0,5 %
Свойства
Ориентация образцов С, Е а, % МЦУ2*, тыс. цикл dl/dN**, мкм/цикл D, г/см’
Д2 110 290 (480’’) 60 000 4,2 > 300 < 0,1 2,45
П 250 190 45 000 9,0 — — —
Примечание. СИАЛ-1Н — аббревиатура от русских слов: G- “Стекло”, И — “И”, “А” — “Алюминий”, “1"— номер, Н — “Направленный”, Т— “Ткань”, 1* — после растяжки; 2*— К, = 2,6; f-З Гц;от„= 157 МПа; 3*- АК - 31 МПа- м1/2. Изготовление автославное, формовое при 120 °C.
233
Таблица 260
Сравнительные характеристики листов из алюминиевых сплавов
и композиционного материала СИАД
Характеристика Сплав
1163 АТ 6013 1424 СИАЛ
Толщина, мм 1,5 1,6 4,8 1,5-2,0
Плотность, г/мм2 2,78 2,7 2,52 2,45 2,50
5 К _ T+85-C, 1 1000 ч Тб Т6+85‘С, 1000 ч тх ТХ+95’С, 1000 ч СИАЛ-2* СИАЛ-3"
Е, ГПА 70 70 77 55 55
Еж, ГПА — 74 — 57 —
д ав, МПа 435 435 400 407 475 492 830 630
со 2, МПа 310 315 365 370 349 365 300 280
о™ , МПа 400 320 280
6, % 22,0 22,0 15,0 14,8 6,8 6,8 4,5 5,0
п о„, МПа 435 440 395 400 480 495 530 600
оп ?, МПа 300 310 345 354 311 336 240 260
о™, МПа 390 250 —
6, % 21,0 21,0 15,5 15,8 11,8 9.9 4,5 4,5
Д-П Кт, МПа-м1/2 104 103 120 — 91 — 99 В=140 мм —
п-д В = 400 мм — — 102 — 93 93 53 В=140 мм —
д-п СРТУ, d1/dn 103 цикл, ДК=31 МПа-м1/2 1,6 1,6 2,6 2,0 — 0,2 0,4
п SCC окп, МПа/сут 265/30 350/30 — 300/30 не склонен
МКК, мкм нет — 120 140 нет нет = 1 -
Примечание.* - Стеклоармирование 70:30 (%) в направлениях Д и П, соответственно;
** - армирование 50:50 (%).
Существенное влияние на долговечность высокопрочных алюми-
ниевых сплавов оказывает состояние поверхности.
В табл. 261 приведены данные о влиянии состояния поверхности
высокопрочного сплава В93 на его долговечность.
Для конструкций, работающих при повышенных температурах, пред-
назначены жаропрочные алюминиевые сплавы. Наряду с широко извест-
ным сплавом АК4-1 (2618), из которого сделаны сверхзвуковые самолеты
французский “Конкорд” и отечественный Ту-144, перспективным является
его модификация АК4-2 (1143). Этот сплав имеет меньшую плотность и
лучшие характеристики по вязкости разрушения Kie В табл. 262 приве-
дены механические свойства некоторых жаропрочных алюминиевых сплавов.
Для элементов конструкции, работающих при повышенных (250—
500°С) температурах, рекомендуется материал САП (спеченная алюми-
ниевая пудра), который представляет собой алюминиевую матрицу с
234
включенными в нее более или менее раздробленными и обособленными
окисными частицами алюминия.
Таблица 26
Влияние состояния поверхности на долговечность сплава ВЗТ1
Вид упрочняющей обработки и состояние поверхности Долговечность, тыс. циклов (до разрушения)
Без упрочнения, неанодированная 8,1
Без упрочнения, анодированная 5—7 мкм 4,3
Наклеп, неанодированная 29,5
Наклеп, анодированная, 5—7 мкм 19,6
Наклеп, упрочнение раскаткой, неанодированная 41,3
Наклеп, упрочнение раскаткой, анодированная 5—7 мкм 18,0
Состояние поверхности перед анодированием Долговечность, тыс. циклов
Исходная обработка (фрезерование, шероховатость 4—5-го класса) 5,9-9,5/7,5
Вибронаклеп с удельной нагрузкой, г/см2:
24 20,0-63,2/38,7
66 19,6-53,1/31,0
150 10,5-50,2/27,5
1 В числителе - минимальные и максимальные значения, в знаменателе - средние значения.
Условия нагружения: От„ - 0,7; о„ = 357 МПа; п = 8—10 цикл; R = 0.
Таблица 262
Механические свойства жаропрочных алюминиевых сплавов
(плиты и прессованные профили)
Сплав, г/см а., МПа Оо.а .МПа •о "ж я С S МЦУ У, тыс. цикл (а„,= 160 МПа) Предел ползучести, МПа | Напряжение разрушения, МПа
Температу ра испытаний, *С
125 | 150 | 175 L125 1 150 I 175
Время, ч
2,104 ю2 ю3 ю2 ю3 2,104 ю2 103 102 1о3 1
АК4- (2618) 2,80 430 380 9 24 93 200 250 210 200 130 220 280 280 240 170
АК4-2 (И43) 2,76 430 380 12 32 164 200 250 210 200 140 220 280 280 240 180
(1215) 2,84 500 420 10 32 160 280 360 310 300 230 320 380 320 320 250 |
А1-1.1 2,59 140 340 13 34 300 — 300 — 220 — 104ч 350 — 5000 ч 300 250 110*4 200
В табл. 263 приведены механические свойства различных марок
материала САП при нормальной и повышенной температурах.
Таблица 263
Механические свойства материала САП
Марка Температура испытания, *С
20 350 500
Предел прочности, МПа Предел прочности, МПА Предел прочности, МПА
САП-1 280 100 70
САП-2 320 150 90
САП-3 410 190 130
235
Перспективными для применения в самолетных конструкциях могут
быть композиционные материалы на алюминиевой основе, армированные
волокнами бора, угля, SiC и др.
Композиционный материал алюминиевые сплавы + SiC предусматри-
вает изготовление порошковых заготовок с последующей их деформацией
для получения различного рода полуфабрикатов и деталей изделий аэро-
космической, радиоэлектронной, автомобильной техники.
В качестве матричного материала используются сплавы систем А1—
Cu—Mg, Al—Mg—Si, Al—Си и другие. В качестве армирующего наполнителя
используются как нитевидные кристаллы, так и порошки SiC дисперснос-
тью от 1 до 20 мкм. Объемная доля армирующего наполнителя может
варьировать от 5 до 40%. Технологический процесс обеспечивает высокую
степень равномерности распределения SiC в матричном материале.
Физико-механические свойства композиционных материалов определяют-
ся объемной долей и характеристиками армирующего наполнителя,
матричным сплавом, деформационной обработкой и т.д. (табл. 264).
Таблица 264
Физико-механнческие свойства прессованной полосы из КМ на основе
сплава Al—Cu—Mg, армированного порошком SiC
Свойства Содержание SiC, мае. %
15 20 30
Плотность, г/см3 2,84 2,86 2,90
Предел прочности при растяжении, МПа 500-550 600-650 600-650
Модуль упругости, ГПа 90-100 100-110 120-140
Удлинение, % 5-7 3-4 1
Предел прочности при растяжении при 250°С, МПа — 400-450 —
Модуль упругости при 25СГС, Мпа — 60 —
Предел прочности при растяжении при 350°С, МПа — 170 —
Коэффициент линейного термического расширения, 10 К1 19 17 14
На рис. 10 дана схема применения алюминиевых сплавов в конструк-
ции современного американского пассажирского самолета.
Для интерьеров кабины самолетов и вертолетов применяются мало-
легированные, высокотехнологичные сплавы АД1, АД31, АВ и АМц.
Для деталей, которые должны хорошо полироваться и иметь после
полировки зеркальный блеск, а прочность материала не имеет значения,
применяется сплав АД1.
Для деталей с хорошими прочностными и декоративными свойствами
и последующим эматолированием применяются сплавы АД31 и АВ
(окантовка столиков, перегородок, дверные петли и др.). После эматолиро-
вания детали имеют теплый молочно-серый цвет.
Лонжероны лопастей вертолетов изготавливаются из сплава АВ, а
также из сплава АДЗЗ, который уступает сплаву АВ по прочности, но
более коррозионностойкий.
Каркас-
7055-Т77
7150-Т77
2090-Т83
Киль
8090-Т8
2090-Т83
ARAL/GIare Laminates
Перего^^цки-
ARAL/Glare Laminates
Направляющие для^св^гний-
7150-Т77
2090-Т86
Рули высоты
2090-T83
ARAL/GIare Laminates
Сидения-
7055-Т77
2090-Т62
7150-Т77
Обшивка
7055-Т77
7150-Т77
В090-Т8
ARAL/GIare Laminates
Дверь грузового отсека
ARAL/Giare Laminates
Закрылки
2090-Т83
ARAL/GIare Laminates
г Закрылки
/ 2090-T83
6013-T6
ARAL/GIare Laminates
Люки доступа -
2090-Т83
ARAL/GIare Laminates
Спойлеры
Опоры
Передняя кромка
2090-Т83
6013-Т6
ARAL/GIare Laminates
Стоперы
ARAL/GIare Laminates
Каркас
7055-Т77
7150-Т77
7050-Т76
8090-Т8
Верхние стрингеры
7150-Т77
2090 Т83
• Нижние стрингеры
2324-Т39
ARAL/GIare Laminates
8090-Т8
Нижняя обшивка крыла
2324-T39
ARAL/GIare Laminates
8090-T8
Верхняя обшивка крыла
7055-Т77
7150-Т77
2090-Т83
Лонжероны
7055-ь 7
7150-Т77
8090-Т8
Элероны
ARAL/GIare Laminates
2090-Т83
№
ARAL/GIare Laminates
Обшивка
Specul-alr С-188
Specul-alr
ARAL/GIare Laminates
Пол
2090-T83
7055-T77
7150-T77
Наружный обод/Пилоны
Кожух обтекателя
209О-Т83
6013-Т6
ARAL/GIare Laminates
Воздухозаборник
6013-Т6
Ребре
Лонжероны
7055-Т77
7150-Т77
Рис. 10. Применение алюминиевых сплавов в конструкции современного американок
237
В табл. 265 приведены механические свойства профилей из сплавов
АВТ1 и АДЗЗТ1.
Таблица 265
Механические свойства профилей из сплавов АВТ1 и АД31Т1
Сплав ов, МПа 00.2» МПа S, %
АВТ1 350-39 300 300-320 230 13-15 10
АД31Т1 310-340 270 260-280 230 11-13 10
Примечание. В числителе — типичные свойства, в знаменателе — минимальные.
Алюминиевые сплавы, применяемые для заклепок, должны обладать
высокой пластичностью, достаточной для расклепывания без образования
трещин.
Наиболее употребляемыми для клепки самолетных конструкций
являются заклепки из сплавов Д18 и В95. Для высоконагруженных
конструкций применяют заклепки из сплава В94, имеющие хорошую
расклепываемость и высокую прочность на срез.
В конструкциях, работающих при повышенных температурах
(125—250°С), применяют заклепки из сплава Д19. Заклепки перед клепкой
анодируют, заклепки из сплавов Д1, Д16, Д19 ставят в конструкцию в
свежезакаленном состоянии (табл. 266).
Заклепки из сплавов Д18, В65 и В94 анодируют после закалки и
старения. Заклепки из сплава Д19 после закалки рекомендуется хранить
при температуре ниже 15°С.
Таблица 266
Типичные механические свойства заклепочной проволоки из алюминиевых сплавов
Марка сплава и состояние S, % Состояние постановки заклепок в конструкцию
МПа
АМг5М 190 270 150 23 Отожженное, без ограничения времени
Д18Т 210 300 170 24 Закаленное и естественно состаренное, без ограничения времени, но не ранее 4 сут. после закалки
Д1ПТ 260 410 250 20 Свежезакаленное, не позднее 2 ч после закалки
Д16ПТ 290 450 290 18 Свежезакаленное, не позднее 20 мин после закалки
Д19ПТ 290 460 280 20 Свежезакаленное, не позднее 2—6 ч (в зависимости от диаметра заклепки) после закалки
В94Т1 320 520 440 15 Закаленное и искусственно состаренное, без ограничения времени
В65Т 260 400 250 20 Закаленное и естественно состаренное, без ограничения времени
В95ПТЗ 310 500 360 10 Закаленное и искусственно состаренное, без ограничения времени
Для изготовления сварных корпусов ракет основным сплавом являет-
ся неупрочняемый алюминиевый сплав АМгб (5056 — сплав США), кото-
рый по своим прочностным характеристикам ниже несвариваемых сплавов.
238
Повышение прочностных характеристик сплавов, используемых в
ракетостроении, шло по трем направлениям: нагартовка полуфабрикатов,
разработка и использование свариваемых термоупрочняемых сплавов и
сочетание термообработки и нагартовки.
Для повышения прочности и особенно предела текучести листов и
плит из сплава АМгб, толщиной до 15—20 мм их нагартовывают на 20—
40%, что увеличивает предел прочности до 400—500 МПа, предел текучести
более 290 МПа, относительное удлинение более 6%. Сварные нагарто-
ванные конструкции должны иметь большую плавность форм, радиусов
переходов и не иметь острых надрезов, резких переходов сечений.
Разработаны более прочные термически упрочняемые свариваемые
сплавы 1915 и В92, которые не нашли широкого применения из-за
склонности к замедленному разрушению.
Для конструкций, работающих при криогенных и повышенных темпе-
ратурах, применяются сплавы АК8, 1201, 1205, ВАД1. Сплавы АК8 и
1201 практически не склонны к замедленному разрушению и имеют
высокую пластичность основного металла при температуре жидкого гелия
и водорода.
В табл. 267 приведены типичные механические свойства некоторых
свариваемых алюминиевых сплавов, рекомендуемых для конструкций
летательных аппаратов.
Таблица 267
Механические свойства некоторых свариваемых алюминиевых
сплавов различных систем
Система Марка сплава а„ МПа о. j, МПа (основной материал) Конструк- тивная прочность без усиления, МПа Склонность к коррозионному растрески- ванию под напряжением
основной материал сварной шов
Al—Mg АМгбМ 320 310 160 280 Не склонен
АМгбН (20% нагартовки) 380 340 290 — Мало склонен
АМгбН (40% нагартовки) 430 370 300 — Склонен
Al —Zn—Mg 1915 370 350 260 300 То же
Al—Си—Мп Д20Д201 430 300 240 290-300 Мало склонен
Al—Си—Мп- Cd 01205 460 320 370 — Не склонен
Al—Си—Мп- Si АК8 440 320 320 300 Мало склонен
Al—Си—Mg ВАД1 410 370 300 320 Не склонен
Al-Be АБМ-1, АБМ-2 АБМ-3 400-650 400 220-550 370 То же
A1-A12O3 САП-1 290 260 220 220 «
Al—Si—Ni САС-1 270 150 200 —
239
Сварные баки больших ракет для жидкого водорода и кислорода изго-
тавливаются из сплавов системы Al—Mg—АМгб (американский сплав 5056)
и 1201 (американский сплав 2219). Переход на алюминиево-литиевые
сплавы типа 1460 позволяет снизить вес баков на 30—40%.
В табл. 268 приведены сравнительные характеристики алюминиевых
сплавов для криогенных баков ракет.
Таблица 268
Сравнительные характеристики алюминиевых сплавов для криогенных баков ракет
Характер» стика Темпера- тура испы- тания, *С Направ- ление Сплав
АМгб 1201 1460 1464 1468
м Н (20%)
Плотность, г/см3 20 2640 — 2850 2610 2660 2670
Е, МПа 20 71000 — 71000 80000 79000 78000
а, ,МПа 20 д П 45° 320 400 420 420 560 560 5,0 530 500 525 510 500
о02 ,МПа 20 Д П 45° 160 300 326 326 515 5,0 535 495 460 490 465 456
г>, % 20 Д П 45° 15,0 9,0 6,0 6,0 5,5 7,8 9,5 10,0 13,5 13,0 11,0 11,5
Кк, МПа-м’1/! IV- 160*-200 мм 20 Д — — 40 40 65* 80*
СРТУ, мм/цикл ЛК 100 МПа • м“1/2 W- 160*-200 мм 20 Д — — — ЛК- 80 4,3 2,0* 2,3*
МЦУ, цикл отах= 155 МПа ( = 5 Гц 20 Д — — — 530 >200 >200
, МПа 20 П — — — — 300 —
Е, ГПа ов,МПа aoi ,МПа 6, % -196 -196 -196 -196 Д д*п д*п Д П 4700 1800 24 73,5 5300 4500 12 81 6050 5500 4,5 5,5 6150* 5260* 17,5 —
о“, МПа МЦУ, 103 цикл отяу- 155 МПа -20 -196 -196 — 315 — 270 370 248 300 380 330
ав / о. — — 0,97 — 0,68 0,55 0,6 —
3.2. СУДОСТРОЕНИЕ
Алюминиевые сплавы начали применяться в судостроении в двадца-
тых годах XX ст. в ограниченном объеме и только после второй мировой
войны начался быстрый рост их использования для этих целей.
240
В настоящее время алюминиевые сплавы находят широкое примене-
ние в судостроении для строительства корпусов судов и их надстроек, а
также для изготовления различного судового оборудования, цистерн,
трубопроводов, плавучих нефтяных вышек, мебели и других устройств.
Главная цель применения алюминиевых сплавов при строительстве
судна — максимально возможное его облегчение с использованием
сэкономленного веса конструкции для повышения грузоподъемности или
улучшения технических характеристик (повышения скорости, совершен-
ствование оборудования, улучшение устойчивости, увеличение дальности
перевозок и пр.).
При использовании в судовых конструкциях алюминиевых сплавов
обеспечивается уменьшение их веса до 50% по сравнению с аналогич-
ными конструкциями из стали. Наибольшая эффективность достигается
при использовании алюминиевых сплавов с пределом текучести 176—
205 МПа.
Наиболее значительная часть веса судна составляет его корпус. В
связи с этим в целях максимального снижения веса судна целесообразно
для изготовления корпусных конструкций шире использовать алюминие-
вые сплавы: основной корпус с надстройками и внутренними переборками
или одни надстройки и внутренние переборки, оставив основной корпус
стальным. В зависимости от назначения суда имеют различное специфичес-
кое оборудование, которое можно изготавливать из алюминиевых сплавов:
траулеры — зашивки и разделительные (заборочные) доски рыбных
трюмов, палубные грузовые стрелы; танкеры — танки и крышки к ним;
рефрижераторные суда — зашивки трюмов; сухогрузные суда — люковые
закрытия трюмов, контейнеры, крановое оборудование и пр.
Каждое судно оборудуется спасательными шлюпками, шлюпбалками
для них и плотиками, которые часто изготовляют сварными из алюминие-
вых сплавов.
Широко используют алюминиевые сплавы для изготовления вентиля-
ционных шахт и другого вентиляционного оборудования судов. Они также
находят применение при изготовлении судовых мачт, радиолокационных
антенн, нефтяных, масляных и водяных трубопроводов, некоторых тепло-
обменных аппаратов, кожухов дымовых труб, судовых подъемников,
мерных ограждений, тентовых устройств и другого подобного оборудования.
Ручки, окна, иллюминаторы, трапы и другие изделия из алюминиевых
сплавов применяют в тех случаях, когда основные конструкции изготов-
лены из этих сплавов.
Широко применяют алюминиевые сплавы для внутреннего оборудова-
ния, изготовлявшегося ранее из дерева, а также для отделки парадных
входов и помещений пассажирских судов.
При использовании алюминиевых сплавов для указанных выше конст-
рукций необходимо учитывать конкретные условия службы соответствую-
241
щего изделия, сопоставляя их с соответствующими физическими, механи-
ческими, коррозионными и технологическими свойствами алюминиевых
сплавов для правильного выбора марки сплава.
Основные требования, предъявляемые к алюминиевым сплавам для
судостроения, следующие:
1. Гарантированные: предел текучести, предел прочности и пластичес-
кие свойства обеспечивающие создание прочных и надежных судострои-
тельных конструкций.
2. Свариваемость, надежность и долговечность сварных соединений.
3. Технологичность в металлургическом и судостроительном производ-
стве.
4. Коррозионная стойкость в морской и речной воде или других
средах, в которых будет работать конструкция, при заданных скоростях
движения.
5. Сопротивляемость ударным нагрузкам, в т.ч. для сварных соединений.
6. Отсутствие склонности к искрообразованию при ударах и трении
деталей из алюминиевых сплавов одна о другую, что особенно важно при
наличии легко воспламеняющихся сред (танкеры и пр.).
В табл. 269 приведены свойства полуфабрикатов из алюминиевых
сплавов, применяемых в судостроении.
Таблица 269
Свойства полуфабрикатов из алюминия и его сплавов, применяемых
в отечественном судостроении
Полуфабрикат Состояние Гарантируемые механические свойства Коррозионная стойкость в морской воде Сваривае- мость
МПа 1 % .
Сплав ЛД1 (1013)
Листы Отожженное 58,8 — 20 Хорошая Хорошая
Профили То же 58,8 — 20 (t* 5d) То же То же
Трубы » 58,8 — 20 ►
То же Нагартованное 98,0 — 5
Сплав ЛМц(1400)
Листы Отожженное 88,2 — 18 Хорошая Хорошая
То же Г орячекатанное 98 — 10 То же То же
Полу нагарто- ванное 147 — 6
Профили Горячепрессо- ванное 98,0 — 16 (t = 5d)
Сплав АМгЗ (1530'
Листы толщиной до 4,5 мм Отожженное 196,0 98,0 15 Хорошая Хорошая
Листы толщиной более 4,5 мм Г орячекатанное 98,0 — 10 То же То же
Профили Горячепрессо- ванное 176,4 78,4 (8,0) 13 (t - 5d)
Трубы Отожженное 186,2 68,6 15
242
Продолжение табл. 269
Полуфабрикат Состояние Гарантируемые механические свойства Коррозионная СТОЙКОСТЬ в морской воде Сваривае- мость
0., МПа 1 а.„ МПа 1 а,.. %
Сплав АМг5 (1550)
Листы толщиной до 4,5 мм Отожженное 274,4 147,0 15 Хорошая Хорошая
Листы ТОЛЩИНОЙ более 5 мм Горячекатанное 274,4 127,4 15 То же То же
Плиты ТОЛЩИНОЙ до 50 мм То же 274,4 107,8 12 »
Профили Горячепрессо- ванное 254,8 127,4 15 (t - 5d) >
Трубы Отожженное 254,8 127,4 15
Сплав АМг61 (1561)
Листы толщиной 4,0-4,5 мм Отожженное 333,2 176,4 15 (t - 5d) Хорошая Хорошая
Листы и плиты толщиной до 25 мм Горячекатанное 333,2 176,4 12 То же То же
Плиты толщиной до 50 мм То же 333,2 176,4 10 »
Профили Горячепрессо- ванное 333,2 205,8 11 (t - 5d) »
Сплав 1575
Катанные и прессованные полуфабрикаты Отожженное 401 294 11 Хорошая Хорошая
Сплав Д16(1160)
Листы толщиной до 4 мм Закаленное и естественно состаренное 475,3 357,7 10 Плохая Не свари- ваются
Листы толщиной до 10 мм То же 475,3 357,7 8 То же То же
Плиты толщиной до 25 мм ► 421,4 274,4 7
Плиты толщиной до 40 мм 392,0 254,8 5 »
Плиты толщиной до 80 мм ► 343,0 245,0 3 ► >
Профили * 392,0 274,4 10 (t = 5d) ► ►
Сплав 1980
Катанные и прессованные полуфабрикаты Закаленное и искусственно состаренное 360 290 10 Хорошая Хорошая
Сплав 1941
Катанные и прессованные полуфабрикаты Закаленное и искусственно состаренное 440 370 9 Хорошая Не свари- ваются
Сплав 1561 нашел самое широкое применение в судостроении для
изготовления высоконагруженных сварных конструкций: корпусов ско-
ростных судов на подводных крыльях и воздушной подушке, экранопланов,
243
малогабаритных катеров, спасательных яхт и прогулочных лодок, аппаратов
для подводных исследований и туризма, палубных надстроек. Сварные
соединения равнопрочны с основным металлом без термообработки и
сварки.
Сплав 1575 применяется для изготовления сварных высоконагружен-
ных конструкций, корпусов и силовых элементов скоростных судов нового
поколения, включая экранопланы различной грузоподъемности, аппараты
глубоководной техники. Сварные соединения равнопрочны с основным
металлом без термообработки после сварки.
Кроме алюминиево-магниевых сплавов, в судостроении применяют
алюминий марки АД1 и алюминиевый сплав АМц. Полуфабрикаты из
них обладают высокой коррозионной стойкостью и высокой пластич-
ностью, но их прочностные свойства низкие. Алюминий марки АД1
находит широкое применение для изделий, изготавливаемых методом
холодной штамповки.
Сплав АмгЗ содержит повышенное количество кремния по сравнению
с другими алюминиево-магниевыми сплавами. Этот сплав обладает
большей теплопрочностью, чем другие коррозионностойкие сплавы,
поэтому его применяют преимущественно для деталей и конструкций,
работающих при повышенных температурах (до 150°С).
Для судов на подводных крыльях и других судов, плавающих в прес-
ных водах, используют несваривающийся алюминиевый сплав Д16.
Коррозионная стойкость этого сплава в морской воде неудовлетворитель-
ная. Для морских судов на подводных крыльях, применяют сваривающийся
коррозионностойкий сплав Амг61.
Сплав 1980 является высокопрочным термически упрочняемым
свариваемым сплавом и предназначен для изготовления сварных и
несварных конструкций корпусов легких морских судов, аппаратов
глубоководной техники и др. Обладает высокой прочностью и коррозион-
ной стойкостью в агрессивных средах, хорошо сваривается (прочность
сварных соединений на уровне 0,9 прочности основного металла после
термической обработки).
Сплав 1941 высокопрочный термически упрочняемый несвариваемый
сплав предназначен для изготовления несварных конструкций судов на
подводных крыльях и воздушной подушке, яхт, катеров и др. Обладает
высокой статистической и усталостной прочностью, а также коррозионной
стойкостью.
Сплавы 1561, 1575, Д16 могут эксплуатироваться при температурах
от -196 до +70°С, сплавы АД1, АМц, 1980, 1941 могут эксплуатироваться
при температурах от - 196 до 100°С.
В судостроении также нашли применение различные комбиниро-
ванные материалы на основе алюминиевых сплавов: биметалла КБМ-1
сталь 10ХСНД + алюминиевый сплав, различные слоистые металлополи-
мерные материалы на основе алюминия.
244
Биметалл из алюминиевого сплава 1561 и низколегированной стали
Д40 (ЮхСНД) изготавливается в комингсном (с асимметричным располо-
жением слоев) и традиционном исполнении (с симметричным расположе-
нием слоев). Толщина от 8 до 12 мм (алюминиевый слой 4—7 мм, стальной
4—5 мм). В комингсном исполнении ширина стального слоя — до 165 мм,
алюминиевого — 50 мм, в традиционном исполнении ширина слоев — до
100 мм, длина — до 2000 мм.
Области применения биметаллов: морской транспорт, надстройки
морских платформ.
Основные свойства:
прочность при растяжении 400—430 МПа,
прочность сцепления слоев на отрыв а 100 МПа, на срез а 55 МПа.
Биметалл высокотехнологичен и хорошо сваривается, имеет принци-
пиально новую конструкцию, по сравнению с зарубежным аналогом
обладает большей прочностью соединения слоев, имеет меньшую массу и
меньшую стоимость.
Преимущества:
- более чем на 50% снижается трудоемкость сборочно-сварочных
работ;
- повышаются коррозионная стойкость и работоспособность сварных
узлов;
- сварные швы выполняются в любом пространственном положении;
- возможен ремонт сварных узлов;
— повышается долговечность узлов в 10—15 раз.
Высокое качество биметалла гарантируется в широком температурном
интервале сварочного воздействия.
В судостроении, в частности в судовом машиностроении,
приборостроении, нашли применение композиционные материалы на
основе полимеров, армированных различными волокнами.
Углеалюминий.
Области применения: оптические системы, приборостроение, судовое
и точное машиностроение.
Основные свойства:
Коэффициент термического расширения — (1—2) 10'6, 1/ °C;
Модуль нормальной упругости — 200 ГПа;
Прочность при растяжении — 1000 МПа;
Плотность — 2,2—2,5 г/см3.
Оригинальная технология изготовления высокомодульных деталей
сложной геометрической формы со стабильными размерами — толщиной
до 50 мм, диаметром до 450 мм.
Преимущества:
- стабильность размеров систем в интервале температур от -150 до
+ 150°С;
- повышение разрешающей способности систем в 2 раза;
- уменьшение массы конструкций на 20%;
- снижение среднеквадратичной погрешности отражения волнового
фронта (от 0,1 X до 0,5 X).
245
Пористый алюминий (пеноалюминий).
Области применения: облегченные шумо- и теплозащитные элементы,
детали, конструкции для судостроения, буровых платформ.
Преимущества:
- малый объемный вес (0,5—1,5 т/м3);
- высокая теплоизоляция (коэффициент теплопроводности 5—20 Вт/
/м-К);
- снижение уровня шума на 10—15 Дб;
- высокая демпфируемость колебаний (в 30—50 раз выше, чем
металлических материалов);
- негорючесть;
- нетоксичность;
- технологичность при изготовлении (листы и плиты толщиной
4—100 мм, полосы толщиной 20—100 мм).
Способы соединения: механические, клее-механические, сварка, пайка.
Конструкционные слоистые металлополимерные материалы на основе
алюминия.
Области применения: для снижения уровня шума и вибрации элемен-
тов, деталей и узлов основных и вспомогательных конструкций в судострое-
нии, а также в автомобильном и железнодорожном транспорте, энергети-
ческом машиностроении (высоконагруженные конструкции, переборки
камеральных помещений, кожуха, корпуса бытовых приборов и т.д.)
Преимущества:
- увеличение демпфируемости колебаний в 50 раз в диапазоне частот
до 10000 Гц по сравнению с демпфируемостью металлических материалов;
- снижение уровня шума на 8—12 Дб;
- возможность выполнения операции листовой штамповки;
- высокий уровень свойств при растяжении (на уровне свойств
алюминиевых сплавов) и изгибе (не менее 0,7 изгибной прочности
алюминиевых сплавов).
Виды полуфабрикатов:
Листы и полуфабрикаты, получаемые из листов методами гибки,
штамповки, отбортовки (сферической, цилиндрической, прямоугольной
и др.), панельные конструкции и т.д.
Способы соединения: механические, клее-механические, сварка.
Промышленностью освоена технология производства легких эконо-
мичных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, а также уникальных
цельнопрессованных панелей с продольным оребрением, представляющих
собой элементы судовых корпусных конструкций шириной до 2000 мм,
длиной 12000 мм. При применении цельнопрессованных панелей в 2,5—3
раза повышается производительность сборочно-сварочных работ за счет
уменьшения объема сварки и исключения из технологического цикла
правки конструкций, уменьшается масса корпуса корабля, повышаются
его несущая способность и надежность.
246
В судостроении чаще всего находят применение следующие виды
полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: листы, плиты, профили,
цельнопрессованные панели и трубы.
Листы и плиты применяют, как правило, толщиной от 0,8 до 50 мм.
Плиты большей толщины требуются редко и поставляются судостроительным
предприятиям по специальным ТУ. Применяют плакированные и неплаки-
рованные листы и плиты. Плакировку обычно делают с целью облегчения
прокатки листов и плит и для повышения коррозионной стойкости. Для
сплавов, обладающих удовлетворительной коррозионной стойкостью в
воде (АМг5, АМг61 и др.), применение алюминиевой плакировки не повы-
шает коррозионной стойкости. Алюминиевая плакировка сплавов менее
коррозионностойких (например, Д16, и др.) может частично защищать их
от коррозии, если она имеет достаточную толщину и является сплошной.
Ширина листов и плит обычно составляет до 2000 мм. По специаль-
ным ТУ судостроительным предприятиям могут поставляться и более
широкие листы и плиты.
Длина листов и плит, как правило, составляет до 6000 мм. По специ-
альным ТУ поставляют и более длинные листы и плиты.
Основными типами профилей, применяемых в судостроении, являются:
а) полособульбы симметричные высотой от 40 до 300 мм;
б) полособульбы несимметричные высотой от 40 до 200 мм;
в) углобульбы высотой 35—120 мм с пояском, направленным в
сторону, противоположную бульбу;
г) углобульбы высотой 70—400 мм с пояском, направленным в сторону
бульба;
д) угольники равнобокие размерами от 15 х 5 до 200 х 200 мм;
е) угольники неравнобокие размерами от 20 х 15 до 200 х 120 мм.
Цельнопрессованные панели с продольным оребрением, применяемые
в судостроении, характеризуются большей высотой ребер и большим
расстоянием между ними, чем панели, применяемые в самолетостроении.
Длина панелей до 6 м, а по специальным ТУ может быть большей.
Применение таких панелей для сварных конструкций, особенно при
толщине полотна 3—4 мм, предпочтительно, так как значительно умень-
шается объем сварки, а следовательно, и коробление сварных конструкций.
Вид конструкций из панелей значительно лучше.
Трубы небольших диаметров применяют в судостроении для трубопро-
водов различного назначения, трубы больших диаметров — для различных
конструктивных элементов корпуса, надстроек, мачт и пр.
Для изготовления трубопроводов обычно применяют трубы диаметром
от 14 до 75 мм. Внутренняя поверхность труб не должна иметь надиров,
царапин, плен и других подобных дефектов. Во многих случаях желательно
применение труб с внутренней плакировкой.
При выборе толщины труб для трубопроводов необходимо, кроме
требований прочности, руководствоваться требованиями коррозионной
стойкости.
247
Технические и экономические преимущества сварных конструкций
из алюминиевых сплавов обеспечили им широкое распространение в
судостроении.
Принципиально нет препятствий для изготовления всевозможных
сварных корпусных конструкций из алюминиевых сплавов, в том числе
цельносварных корпусов судов. В практике отечественного и зарубежного
судостроения из алюминиевых сплавов, в основном алюминиевомагниевых
с содержанием магния 4,5—6,5%, с применением сварки изготавливают:
корпуса надводных кораблей сравнительно небольшого тоннажа, катера
различного назначения, быстроходные суда на подводных крыльях и на
воздушной подушке, надстройки различного типа судов, включая крупно-
тоннажные, внутренние переборки и легкие выгородки, вентиляционные
шахты, трубопроводы и пр.
Из алюминиевых сплавов можно сваривать детали толщиной от 0,8
до 50 мм. Наиболее рациональными сварными соединениями в листовых
судостроительных конструкциях являются стыковые как с точки зрения
работоспособности, так и технологии выполнения. Поэтому все основные
соединения листов, секций, блоков, а также монтажные соединения
выполняют стыковыми.
Достаточно широкое применение находят и тавровые соединения,
например, при изготовлении сварных балок, при приварке фундаментов
и набора и т.д. Относительно меньший объем занимают соединения угловые
и внахлестку.
При проектировании сварных конструкций из алюминиевых сплавов
расчеты на прочность, устойчивость и т.д. производят так же, как для
стальных конструкций.
Прочность сварных соединений для сплавов марок АМг5, АМгб и
АМг61 при способах сварки, применяемых в судостроении, составляет
90—100% от прочности основного металла, поэтому при расчете соедине-
ний в расчетные формулы обычно вводят поправочный коэффициент 0,9.
Допускаемое напряжение на сварное соединение должно быть равно
допускаемому напряжению для алюминиевого сплава, умноженному на
коэффициент 0,9, учитывающий меньшую прочность сварного соединения,
а допускаемое напряжение для основного металла, как правило, несколько
меньше предела текучести сплава данной марки, т.е. с коэффициентом
запаса. Коэффициент запаса выбирают в зависимости от типа конструкций,
условий ее эксплуатации и пр.
Опыт применения алюминиевомагниевых сплавов в качестве корпус-
ных материалов судов показал, что они не склонны к хрупким разруше-
ниям. Однако при испытании простейших конструкций отдельных
перекрытий и опытных отсеков установлено, что алюминиевые сплавы
обладают известной чувствительностью к образованию трещин при
растяжении или изгибе в местах концентратов напряжений. Поэтому при
проектировании и изготовлении сварных корпусов необходимо стремиться
248
к уменьшению количества прерывистых связей и плавному оформлению
узлов и соединений, а также принимать другие меры к уменьшению
концентрации напряжений.
Для обеспечения устойчивости наружной обшивки корпуса и листов
настила при применении алюминиевых сплавов рекомендуется конструиро-
вать корпус судна по продольной системе набора. Эта система вносит
определенные трудности в соединение балок поперечного и продольного
наборов. Конструирование усложняется и тем, что прочностные характерис-
тики алюминиевых сплавов ниже, чем сталей, поэтому при выборе размеров
связей приходится увеличивать толщину, использовать высокие профили,
большое количество поясков и пр.
Алюминиевые сплавы имеют высокую теплопроводимость и теплоем-
кость; это необходимо учитывать при выборе источников нагрева для
сварки. Сварочные установки должны обеспечивать достаточно интенсив-
ный и высокой концентрации нагрев. При изготовлении судовых конструк-
ций это положение усугубляется тем, что свариваются крупногабаритные
конструкции большой толщины.
Из известных способов сварки плавлением в судостроительной
промышленности наиболее широкое применение получила сварка в среде
защитных газов. В качестве защитных газов применяют аргон газообраз-
ный высшего и первого сорта по ГОСТ 10157-79, реже гелий высшей
чистоты по ТУ 51-940-80 или смеси этих газов.
Сварку в среде защитных газов осуществляют неплавящимся (вольфра-
мовым) или плавящимся электродом.
Аргонодуговую сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в
судостроении производят в основном на переменном токе с использова-
нием установок типа УДГ-301, УДГ-501, ТИР-250, ТИР-630, выпускаемых
серийно заводами электросварочного оборудования.
Входящие в комплект установок сварочные горелки, как правило,
снабжены керамическими соплами и имеют водяное охлаждение.
Установки типа УДГ-301 и ТИР-250 позволяют производить ручную
аргонодуговую сварку алюминиевых сплавов толщиной 0,8—8 мм во всех
пространственных положениях при силе тока 50—300 А. Для ручной сварки
алюминиевых сплавов толщиной более 8 мм используют установки типа
УДГ-501 и ТИР-630, позволяющие применять силу тока до 500 и 600 А
соответственно.
Характерные для судостроительных конструкций формы и элементы
подготовки кромок стыковых соединений и режимы ручной аргонодуговой
сварки неплавящимся электродом алюминиевых сплавов толщиной 2—20
мм приведены в табл. 270.
Наиболее широко ручную аргонодуговую сварку неплавящимся
электродом применяют при толщине свариваемых деталей 4—12 мм. При
выполнении ручной аргонодуговой сварки конструкций из алюминиевых
сплавов толщиной менее 4 мм встречаются трудности, связанные с
249
возникновением значительных деформаций. Поэтому для конструкций
корпуса и надстроек, выполненных ручной сваркой, применение
алюминиевых сплавов толщиной менее 4 мм ограничивается. В последние
годы стали применять ручную аргонодуговую сварку неплавящимся
электродом алюминиевых сплавов толщиной более 12 мм. При этом
сварочный ток достигает 450—600 А. Для такого режима используют
вольфрамовые электроды диаметром 7—8 мм.
Таблица 270
Ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом
алюминиевых сплавов в судостроительных конструкциях
Форма подготовки кромок И ТИП соединения Толщина материала, мм Элементы подготовки кромок Режим сварки
Ь, мм с, мм а, град диаметр электро- да, мм диаметр проволок и, мм сила тока, А ЧИСЛО проходов расход аргона, л/мин
2 0+1.0 — — 2-3 2 80-100 2 5-6
а 4 О-го 70 ±5 4 3 150-200 2 7-8
10-12 1+1’° Г1.о 70 + 5 5-6 4-5 350-400 5-6 10-12
(X 16-20 1+1,° Г1.0 70 ± 5 5 450-520 6,12 14-16
Автоматическую сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом
применяют при толщине деталей до 10 мм и выполняют в основном на
автоматических установках типа АДСВ и АСПП. Источники питания и
режимы сварки практически являются такими же, как и для ручной
аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. Установка для автомати-
ческой сварки неплавящимся электродом типа АССП позволяет выполнять
сварку в сборочно-сварочных стендах на формирующих подкладках, а
также осуществлять сварку панельных конструкций при перемещении
автомата по ребрам панелей.
Конструктивные элементы подготовки кромок и режимы автомати-
ческой сварки трехфазной дугой алюминиевых сплавов, применяемые в
судостроении, приведены в табл. 271.
Применение сварки трехфазной дугой позволяет расширить область
автоматической сварки неплавящимся электродом, а в ряде случаев -
снизить погонную энергию, что особенно важно при сварке термически
упрочняемых или нагартованных сплавов.
Качество сварных соединений, выполняемых ручной и автоматической
сваркой неплавящимся электродом в среде защитных газов, высокое.
Таблица 271
Автоматическая сварка трехфазной дугой алюминиевых сплавов
в судостроительных конструкциях
Форма подготовки кромок и тип соединения Толщина материала, ММ Элементы подготовки кромок Режим сварки
Ь, мм С, мм (X, Град диаметр электро-да, мм диаметр проволо-ки, мм сила тока, А скорость сварки, м/ч расход аргона, л/мин
4 0+°,5 — — 6 2 440-460 40 30
10 O+c.i — — 8 2 700-720 20 30
а 20 0+°.1 — — 10 2 730-750 10 30
20 0+°д 12 120 ± 5 10 2 750-820 10 30
Сварка плавящимся электродом алюминиевых сплавов выполняется
полуавтоматическим и автоматическими способами и производится в
основном в среде аргона на постоянном токе обратной полярности.
Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в судостроении
в отличие от других отраслей находит широкое применение. Для этого
способа сварки применяют полуавтоматы типов ПРМ, ПДИ и ПДА. В
качестве источников питания применяют обычные сварочные выпрями-
тели, имеющие жесткую или полого падающую внешнюю характеристику.
Особенно широкое применение полуавтоматическая сварка плавящимся
электродом находит при приварке набора и при изготовлении сварных
профилей.
Для быстроходных судов на подводных крыльях и на воздушной
подушке из алюминиевых сплавов, где вопросы экономии веса корпуса
судна имеют особо важное значение применяются полуфабрикаты из
алюминиевых сплавов толщиной 2—6 мм. Для сварки таких толщин
применяется полуавтоматическая импульсно-дуговая сварка плавящимся
электродом, что обеспечивает стабильность процесса сварки, снижение
максимального значения сварочного тока, хорошее формирование сварного
шва и пр.
Высокопроизводительная аргонодуговая сварка алюминиевых сплавов
плавящимся электродом модулированным током обеспечивает получение
однопроходных и многопроходных швов стыковых и тавровых соединений
в широком диапазоне толщин. Компьютерное управление выделением
энергии и переносом металла в дуге обеспечивает высокое качество
сварных соединений, уменьшение сварочных деформаций, повышение
производительности.
В табл. 272 приведены данные по автоматической сварке алюминие-
вых сплавов плавящимся электродом.
Таблица 272
Автоматическая сварка плавящимся электродом алюминиевых сплавов
в судостроительных конструкциях
Форма подготовки кромок и тип соединения Толщина материала, мм Элементы подготовки кромок Режим сварки
Ь, мм с, мм а, град диаметр проволок и, мм 2 « х О ь напряже ние дуги, В скорость сварки, м/ч расход аргона, л/мин число проходов
ОС 10-12 Г10 5+1 70 + 5 3—4 360-420 22-25 20-25 25-28 2
20 О'1,0 8*1 70 ± 5 5 500-540 26-30 11-18 28-35 2
а 50 о+2-° 10*2 70 + 5 4 500-540 26-30 11-18 28-35 10-20
Для аргонодуговой сварки в среде защитных газов применяют свароч-
ную проволоку диаметром 0,8—5 мм, поставляемую по ГОСТ 7871-75.
Выбор марки сварочной проволоки производят в зависимости от марки
свариваемого сплава:
Марка АД1 АМц АМгЗ АМг5 АМгб АМг61
свариваемого
сплава
Марка свароч- СвАД1 СвАмЦ СвАМг5 СвАМг5, СвАМгб, АМг61
ной проволоки АМг61 АМг61
и прутков
Диаметр сварочной присадочной проволоки или присадочных прутков
выбирают в зависимости от толщины свариваемых материалов.
Применение рекомендованных марок присадочной проволоки обеспе-
чивает получение сварных соединений с прочностными свойствами,
близкими к свойствам основного металла до сварки.
Перед сваркой проволоку или прутки подвергают химической обработ-
ке. Способ обработки поверхности сварочной проволоки и ее состояние
перед сваркой оказывают значительное влияние на содержание водорода,
пористость и механические свойства металла шва и сварных соединений.
Перспективными способами подготовки сварочной проволоки и
прутков являются электрохимическая и химическая полировка. В практике
работы судостроительных заводов наиболее широко распространен способ
обработки поверхности сварочной проволоки травлением в растворе
щелочи с последующим осветлением в растворе азотной кислоты.
Разработан следующий рациональный режим обработки сварочной
проволоки: обезжиривание; травление в 15%-ном растворе NaOH в течении
5—10 мин при 60—70°С; промывка в холодной воде; осветление в 15—
40%-ном растворе азотной кислоты, промывка в теплой воде; сушка;
дегазация при 305° С в течении 5—10 ч под вакуумом 10"1 Па.
Операция вакуумирования может быть заменена прокалкой в атмосфе-
ре воздуха при температуре порядка 300°С в течение 10—30 мин. Во
избежание образования толстого слоя окисной пленки на поверхности и
адсорбирования влаги пленкой сварочную проволоку или прутки исполь-
зуют для сварки непосредственно после химической обработки. С
увеличением времени хранения после обработки содержание водорода в
проволоке возрастает. В связи с этим в судостроении срок хранения
сварочной проволоки, используемой для аргонодуговой сварки неплавя-
щимся электродом, ограничивают тремя сутками, а для сварки плавящимся
электродом, особенно проволокой диаметром 1,2—2,0 мм, одними сутками.
При более длительном хранении химически очищенную сварочную прово-
локу содержат в герметизированной упаковке.
При изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов применяют
контактную электрическую сварку (шовную и точечную). Контактная
электрическая сварка — высокопроизводительный процесс и позволяет
осуществлять соединение самых разнообразных деформируемых сплавов,
в том числе сплавов марок АМг5 и АМг61. Высокая теплопроводность и
низкое электросопротивление алюминиевых сплавов требуют применение
для осуществления требуемого цикла сварки контактных машин большой
мощности с автоматическим управлением.
В судостроении применяют контактную сварку при изготовлении
тонколистовых конструкций (толщиной менее 6 мм). Допустимая толщина
свариваемых элементов и размеры конструкций определяются, как
правило, типом и мощностью используемых машин. В качестве оборудо-
вания для точечной сварки применяют машины типа МТП-200, МТИП-
300-2, МТПТ-1000, для шовной сварки — типа МШП-200, МШШИ-400,
МШШТ-1000 и др.
Контактной сваркой изготавливают отдельные элементы надстроек,
узлы легких выгородок и вентиляции, мебель и пр. Контактная сварка
позволяет получить тонколистовые конструкции с минимальными
деформациями. Качество сварных соединений, выполненных контактной
сваркой, достаточно стабильное и высокое.
Применение алюминиевых сплавов в конкретных элементах конструк-
ций суден диктуется необходимостью снижения массы судна, безопас-
ностью мореплавания и правилами Международной Конвенции по охране
человеческой жизни на море.
Для судна имеет большое значение облегчение его верхних частей.
Изготовление из алюминиевых сплавов конструкций, расположенных в
верхней части корабля, позволяет не только уменьшить его общий вес, но
253
и дает конструктору дополнительные возможности для создания более
рационального судна (позволяет выбрать основные измерения судна
оптимального водоизмещения с увеличенной скоростью или увеличенной
грузоподъемностью, улучшенной устойчивостью и пр.).
Например в пассажирских морских судах типа «Киргизстан» все над-
стройки и рубка с внутренними поперечными и продольными переборками
и выгородками, а также мачты, кожух дымовой трубы, леерные и тентовые
устройства, внутренние, наружные и забортные трапы, легкие и водонепро-
ницаемые двери, окна и пр. изготовлены из алюминиевых сплавов. Для
изготовления надстроек применяли листы толщиной 5, 6, 8 и 10 мм, плиты
толщиной до 14 мм из сплавов АМгб и АМгб, профили типа — полосо-
бульбы из сплава АМгб. Внутренние и продольные переборки сделаны из
гофрированных листов алюминиевых сплавов, что упрощает их производство.
Надстройка приклепана к стальной палубе заклепками из сплава АМгб
с обеспечением зашиты от контактной коррозии в заклепочных соединениях.
Радиусы скругления углов в больших прямоугольных вырезах увели-
чены (по сравнению со стальными конструкциями), а также тщательно
заделаны кратеры сварных швов в целях предотвращения возникновения
трещин в конструкциях надстройки.
В связи с тем, что алюминиевые надстройки на 50% легче стальных,
выигрыш в весе такого судна составил 140 т, что наряду с другими
техническими мероприятиями (сокращение длины валопровода и др.)
позволило уменьшить осадку и снизить центр тяжести судна. Имея
небольшую осадку, это морское судно может заходить в устья рек.
На судно типа «Киргизстан» расходуется 175 т алюминиевых сплавов
(из них на надстройки 100 т). В результате изготовления надстроек и
других конструкций из алюминиевых сплавов вес судна уменьшен на
12% (без груза), а метацентрическая высота увеличена на 15 см, что
существенно улучшило его остойчивость.
Используют алюминиевые сплавы для изготовления надстроек на
пассажирских и грузовых судах за рубежом. Многоярусные сварные
надстройки из алюминиевых сплавов сделаны на английских пассажир-
ских лайнерных «Canberra» водоизмещением 45000 т (использовано
алюминиевых сплавов 1000 т) и «Опапа» водоизмещением 40000 т
(использовано алюминиевых сплавов 1040 т), а также на французском
лайнере «France», что позволило уменьшить его массу на 15%.
Сухогрузное судно «Sunrip» (Канада) имеет сварные надстройки весом
67,1 т и различное оборудование весом 53,8 т из алюминиевых сплавов;
водоизмещение судна 15050 т. Судно подвергали осмотру после 10 лет
эксплуатации. Все детали из алюминиевых сплавов оказались в хорошем
состоянии. Пришлось заменить лишь изоляцию в местах соприкосновения
разнородных металлов. За указанное время эксплуатации судна получено
экономии 165 тыс. долл., хотя изготовление надстройки из алюминиевых
сплавов обходится дороже по сравнению со стальной.
В военном судостроении надстройки из алюминиевых сплавов также
нашли широкое применение. Взлетная палуба атомного авианосца
«Enterpreis» (США) и его четыре самолетоподъемника размером 26 х 16 м
изготовлены из алюминиевых сплавов. Для настилов палуб использованы
прессованные панели из алюминиевых сплавов следующих размеров:
высота - 80 мм, ширина ~ 457 мм и длина 26,0—27,5 м. Алюминиевый
сплав, из которого изготавливали панели, имеет предел текучести ~ 230
МПа. Укладывали панели на стальной набор поперек корабля, причем в
местах соприкосновения панелей со стальными деталями применяли
резиновые прокладки, препятствующие возникновению контактной корро-
зии. Панели из алюминиевого сплава сваривали одну с другой по наружной
поверхности. Постройка взлетных палуб из алюминиевых сплавов позво-
лила значительно сократить их массу.
Сварные надстройки из алюминиевых сплавов установлены на
фрегатах и крейсерах США и других стран (фрегаты УРО «Oliver
Н. Реггу» водоизмещением 3660 т, крейсер УРО «Ticanderoga» и др.). На
универсальных десантных кораблях США типа «Tarawa» водоизмещением
40000 т используется 400 т алюминиевых сплавов на пятиярусные
надстройки длиной 54,9 м, шириной 15,3 м, высотой 16,5 м. Такое же
количество алюминиевых сплавов расходуется на надстройки эсминцев
типа «Spruance».
Алюминиевые сплавы применяют для надстроек и ограждений
подводных лодок. На подводной лодке «Artfue» (Англия) 12 поперечных
секций обтекателей надстройки изготовлены из алюминиевых сплавов
(листы толщиной 5—6 мм с профильным набором). Носовая часть этой
надстройки оставлена стальной. Алюминиевые надстройки соединены со
стальным корпусом с помощью приваренных к нему оцинкованных
стальных полос. К полосам приклепана обшивка из алюминиевых сплавов.
Шпангоуты из алюминиевых сплавов приклепаны к оцинкованным сталь-
ным кницам, которые также приварены к стальному корпусу. Заклепки
изготовлены из алюминиевого сплава. Между деталями из стали и
алюминиевых сплавов проложены изолирующие прокладки для предотвра-
щения контактной коррозии. Опыт эксплуатации подводных лодок «Nau-
tilus» и «Seawolf» подтвердил целесообразность применения на них
алюминиевых надстроек.
В настоящее время надводные суда подразделяются на три основных
типа: водоизмещающие суда, суда на подводных крыльях и суда на
воздушной подушке.
Если для водоизмещающих судов изготовление корпусов из алюми-
ниевых сплавов не обязательно, а желательно, то для судов двух других
типов нельзя обойтись без алюминиевых сплавов, так как применение
для их изготовления стали приводит к такому большому увеличению
веса корпуса, что эти суда не способны ходить на подводных крыльях
или на воздушной подушке и одновременно нести необходимую нагрузку.
Алюминиевые сплавы применяют для танкеров и барж, предназначен-
ных для транспортировки химических продуктов.
В США эксплуатируются баржи из алюминиевых сплавов грузо-
подъемностью до 2300 т для перевозки различных жидких химикалиев.
По сравнению с баржами из стали грузоподъемность этих барж удалось
увеличить на 14—20% и одновременно удлинить срок их службы.
Широкое распространение нашли суда с корпусами из алюминиевых
сплавов сравнительно небольшого водоизмещения: пассажирских речных
судов, рыболовных судов, судов прибрежного и внутреннего плавания,
легких малых катеров, прогулочных судов, мотолодок.
Тенденция к повышению скорости водного транспорта привела к
бурному развитию судов с динамическими принципами поддерживания,
в частности судов на подводных крыльях (СПК). Применение подводных
крыльев позволяет поднять корпус СПК над поверхностью воды, при
этом уменьшается сопротивление воды движению судна, благодаря чему
увеличивается его скорость и обеспечиваются более высокие мореходные
качества по сравнению с другими судами аналогичного водоизмещения.
К весовым характеристикам судов на подводных крыльях предъяв-
ляются особо повышенные требования. Этим требованиям могут удовлет-
ворять практически только алюминиевые сплавы с достаточно высокой
удельной прочностью.
Механические характеристики алюминиевых сплавов, применяемых
в мире для СПК, приведены в табл. 273.
Таблица 273
Механические характеристики алюминиевых сплавов для СПК
Марка сплава аа, МПа По 2> МПа g,%
АМг5 (СССР) г 274 г 127 4,8
N6 (Англия) 274-333 127-157 4,8-5,9
5086 (США) 268-323 132-255 5,0-9,6
5086 (США) 296-359 159-282 6,0-10,7
АМг61 (СССР) г 333 г 176 6,7
N5/6 (Англия) 294 216 8,2
5456 (США) 353-387 255-296 9,6-11,2
Д16 (СССР) г 412 г 274 10,1
6061 (США) 310 27,5 10,4
Примечание. Диапазон механических характеристик для иностранных сплавов
соответствует различным видам обработки (нагартовка, закалка, естественное и
искусственное старение).
Указанные сплавы и их сварные соединения обладают высокой
коррозионной стойкостью. Наиболее широко используют в отечественной
практике свариваемый алюминиевый сплав марки АМг61.
Самым распространенным типом соединений корпусных конструкций
СПК являются сварные. Сварные соединения алюминиевых сплавов при
толщинах, равных или больших 4 мм, имеют значительные преимущества
256
по сравнению с клепаными. Масса сварных конструкций на 10—15%
меньше, а их статическая прочность выше прочности клепаных конструк-
ций. Наиболее важным фактором является высокая герметичность сварных
соединений по сравнению с клепаными.
Корпуса речных СПК строят клепаными с использованием сплава
Д16 и сварными с использованием сплавов АМг61 и АМг5.
Корпуса морских судов на подводных крыльях строят только свар-
ными с использованием алюминиево-магниевых сплавов АМг61.
Суда на воздушной подушке (СВП) представляют собой перспектив-
ный скоростной вид транспорта. В настоящее время во многих странах
эксплуатируются СВП амфибийного и скегового типа, скорость которых
превышает 50—70 км/ч. СВП скегового типа по сравнению с амфибийными
более экономичны и не имеют ограничений в водоизмещении. Амфибий-
ные же суда благодаря высокой проходимости можно использовать в
заболоченной местности, в условиях частичного ледового покрытия, на
Севере, в труднопроходимых для другого транспорта местах.
Требования к материалам корпуса СВП аналогичны требованиям к
материалам, применяемым для судов на подводных крыльях. Для строи-
тельства СВП используют только алюминиевые сплавы повышенной
прочности.
Основные характеристики отечественных СВП приведены в табл. 274.
Таблица 274
Характеристики отечественных СВП
СВП ^пб» м ®п_>, М ^г*б, М Водоизме- щение, т Материал корпуса Соединение
«Зарница» 22,3 4,05 3,11 9,81 Д16Т Клепка
«Орион» 26 6,5 5,2 24,4 АМг61 Д16АТ Д16Т Сварка Клепка »
«Чайка» 26,7 7,1 5,6 47,5 АМг61 АМг5 Сварка Клепка
«Пламя» 26,1 6,5 5,5 34,5 АМг61 Д16 Сварка Клепка
В качестве основного материала корпуса СВП применяют алюминие-
вый сплав АМг61; морские СВП типа «Орион», «Чайка» имеют цельно-
сварную конструкцию корпуса. Палуба надстройки, рубка и выгородки
на речном СВП типа «Орион» изготовлены из сплава Д16, а на СВП
типа «Чайка» — из сплава АМг5. При строительстве СВП применяют
прогрессивные полуфабрикаты из алюминиевых сплавов: нижняя часть
обшивки скегов на СВП «Чайка» изготовлена из цельнопрессованных
панелей, обшивка днища корпуса выполнена из гофрированных листов,
что уменьшает количество сварных швов и, соответственно, снижает
сварочные деформации.
257
В мировой практике (Норвегия, США, Япония, ФРГ) при строитель-
стве судов-газовозов в качестве конструкционного материала сферических
танков для транспортировки сжиженного природного газа применяют
алюминиевый сплав 5083 (типа АМг4).
В настоящее время суда-газовозы со сферическими танками строят в
основном грузовместимостью 125000 м3 с 6—7 танками на судне, диаметр
танка 36—40 м, масса танка 600—700 т.
Так как природный газ является одним из основных источников
энергетического сырья и мировые потенциальные запасы его больше, чем
нефти, грузовой флот судов-газовозов растет. При этом наблюдается
тенденция к увеличению грузовместимости таких судов.
Алюминиевые сплавы успешно применяют в производстве плавучих
кранов. При изготовлении отечественных кранов, в частности стрелы
кранов ПК-60 «Астрахань», ПК-100 «Черноморец», ПК-300 «Богатырь»
используется соответственно 17,6, 20,4 и 46 т алюминиевого сплава марки
АМг61, что позволяет уменьшить грузовой момент на 36, 39 и 45% по
сравнению с кранами, стрелы которых полностью изготовлены из стали.
В стране и за рубежом при постройке рыбопромысловых судов приме-
няют алюминиевые сплавы типа АД35 для конструкций рыбного трюма,
в которых в морской воде и в рассоле находится пойманная рыба на
хранении. Опыт эксплуатации рефрижераторного судна «Туркменистан»
с настилами трюмов из сплава АД31 и судов типа «Баренцево море» с
танками для рыбы из сплава АД35 показал экономическую целесообраз-
ность и перспективность применения алюминиевых сплавов на судах
рыбопромыслового флота.
Для изготовления судовых дизелей, а также подвесных моторов
используют большое количество алюминиевых сплавов. Из них изготов-
ляют баки, головки цилиндров, картеры, поршни, плиты, болты для
крепления и пр.
Применение алюминия и его сплавов для изготовления теплообмен-
ных аппаратов позволяет значительно снизить их массу, повысить
производительность и уменьшить стоимость по сравнению с аппаратами
из медно-никелевых сплавов. В США изготавливают теплообменные
аппараты для дистилляции морской воды. Трубки аппаратов изготовлены
(плакированные со стороны морской воды) из сплава типа АМц, а трубные
доски (плакированные с обеих сторон) — из сплава типа АВ. Надежная
эксплуатация этих аппаратов достигается при условии полного исключения
применения деталей из медных сплавов в насосах, арматуре и других
узлах. Алюминиевые сплавы можно также рекомендовать для труб и
арматуры судовых систем.
3.3. ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
Транспортное машиностроение, охватывающее автомобильный,
железнодорожный и городской электротранспорт (трамвай, троллейбус,
метро), вертикальный транспорт (лифты, эскалаторы, грузоподъемные
устройства), стало крупнейшим потребителем алюминия и его сплавов.
Причиной являются те же факторы, которые характерны для летатель-
ных аппаратов — необходимость снижения веса, повышение грузоподъем-
ности, коррозионной стойкости и эксплуатационной эффективности.
3.3.1. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ
Автомобильная промышленность — один из основных потребителей
алюминия и его сплавов. Применение алюминиевых сплавов в автомобилях
началось задолго до появления первого самолета — в 1897 г., когда на
автомобиле фирмы Clark (США) впервые был применен алюминиевый
картер.
Уже в 1917 г. фирма Пирс Эрроу (США) выпускала легковые
автомобили с корпусом, изготовленным из листа алюминиевого сплава
толщиной 1/4 дюйма, в котором только крылья были стальными. Этот
автомобиль эксплуатируется до настоящего времени.
Потребление алюминиевых сплавов в автомобилестроении возрастает
год от года не только вследствие увеличения выпуска автомобилей, но и
в результате повышения применения алюминиевых сплавов на единицу
изделия, что обеспечивает повышение их технико-эксплуатационных
характеристик за счет реализации преимуществ алюминиевых сплавов
перед традиционными материалами — сталью и чугуном.
Применение алюминиевых сплавов в автомобиле для ненагруженных
деталей позволяет снизить их вес в 3 раза, а для несущих конструкций в
1,5—2 раза. Уменьшение собственного веса автомобиля приводит к
увеличению грузоподъемности, снижению расхода топлива, износа шин
и уменьшению эксплуатационных расходов. Благодаря высокой коррози-
онной стойкости увеличивается срок службы и межремонтный пробег
автомобиля.
В США на один автомобиль шло алюминиевых сплавов: в 1956 г. —
15,7 кг; 1962 г. - 30,3 кг; 1972 г. - 45,1 кг; 1982 г. - 64,4 кг; 1992 г. - 84,2 кг;
2000 г. — 110 кг; 2002 г. — 124 кг; 2010 — 144 кг (прогноз фирмы «Алкоа»).
С 1990 г. в США использование алюминиевых сплавов в легковых
автомобилях удвоилось, а в спортивных автомобилях, легких грузовиках
и мини-автобусах утроилось.
На рис. И показана динамика применения алюминиевых сплавов в
легких грузовиках и легковых автомобилях и динамика их продаж в
Северной Америке.
Фунты
грузовиках и легковых автомобилях,
фунтов на автомобиль в Северной
Америке (1 фунт - 0,453 кг)
Млн.
штук
Америке, млн. штук
Рис. 11. Динамика применения алюминиевых сплавов и продаж легких грузовиков и
легковых автомобилей в Северной Америке.
Как видно из рис. И, имеет место совпадение роста применения
алюминиевых сплавов и роста продаж автомобилей, где эти сплавы
применены.
По данным фирмы «Алкоа» автопромышленность мира потребляет
4,5—5,0 млн. тонн алюминиевых сплавов в год, что составляет примерно
20% мирового производства алюминия.
Применение алюминиевых сплавов в автомобильной промышленности
ведет за собой применение передовой авиационной технологии и культуры
производства.
По зарубежным данным, в ближайшие годы сталь может потерять
свои позиции в автомобилестроении, поскольку многие новые модели
автомобилей проектируются с алюминиевым каркасом и кузовом. Эти
исследования показывают, что алюминиевые пространственно-рамные
конструкции дешевле в сравнении со стальными при малых и средних
объемах выпуска (60—80 тыс. единиц в год, а в дальнейшем возможен
рост до 120 тыс. единиц в год). Стимулом к применению алюминия в
автомобилестроении является экономия веса и топлива. По расчетам
фирмы Hydro Aluminum (Норвегия), 100 кг алюминиевых сплавов в
автомобиле может заменить 200 кг стали и за счет уменьшения веса
машины обеспечит экономию 0,005 л бензина на 1 км пути. При пробеге
автомобиля 15 тыс. км/г на четвертом году эксплуатации исходные затраты
энергии на производство металла (алюминий — 40 тыс. кВт.ч/т, сталь —
10 тыс. кВт.ч/т) становятся сравнимыми без учета рециклирования металла,
а при рециклировании 80% металла они сравниваются уже в конце первого
года. При этом за 15 лет эксплуатации автомобиля экономия энергии в 8
раз превышает ее расход, связанный с производством алюминия.
На рис. 12 приведены данные по экономии энергии при применении
алюминиевых сплавов в автомобиле.
Алюминиевый автомобиль — это не просто машина, изготовленная
из другого материала, а принципиально новая конструкция и технология,
учитывающая специфические свойства алюминия.
Новая концепция конструкции автомобильных кузовов включает в
себя пространственную раму, т.е. мы практически имеем возврат к рамным
конструкциям первого поколения автомобилей. Однако принципиальное
технологическое отличие новой концепции от первых автомобилей заклю-
чается в том, что современные рамы собирают из прессованных профилей
из алюминиевых сплавов, соединяя их в структурные модули, образующие
при последующей сборке несущую конструкцию автомобиля. Это позволяет
обеспечить уменьшение веса автомобиля на 30—50% по сравнению с
автомобилями аналогичного класса стальной конструкции; с технологичес-
кой точки зрения упрощается технология сборки и уменьшается количест-
во технологической оснастки, а следовательно, и затраты на производство
(рис. 13).
Автомобили рамной конструкции из профилей алюминиевых сплавов
имеют повышенную безопасность.
Весьма важным моментом в автомобилях, собранных из алюминиевых
прессованных профилей, является возможность значительной функцио-
нальной интеграции. В прессованных профилях можно сформировать
кронштейны, направляющие элементы для монтажа других деталей,
каналы для прокладки электропроводки и т.п. Это уменьшает номенклатуру
деталей, сокращает трудоемкость сборочных операций, уменьшает материа-
лопотоки в производстве.
Все это является оптимальным условием для серийного производства
с малым и средним объемом выпуска до 500 автомобилей в сутки.
Применение алюминиевых сплавов в автомобилестроении включает
в себя элементы подвески, бамперы и полые рамы. Для каждого отдельного
применения необходимы особые свойства материала, поэтому в автомоби-
лестроении используется большое количество различных полуфабрикатов
из алюминиевых сплавов. В табл. 275 и 276 приведены химические составы
и механические свойства основных американских алюминиевых сплавов,
применяемых в автомобильной промышленности США, имеющей наиболь-
ший опыт использования алюминиевых сплавов.
Таблица 275
Химический состав американских алюминиевых листовых сплавов
для корпусов автомобилей
Сплав Легирующие элементы, % (весовой) Примеси, не более % (весовой)
Si Fe Cu Mn Mg Сг Zn Ti
2008 0,5-0,8 0,4 0,7-1,1 0,3 0,25-0,5 0,1 0,25 0,1
2036 0,5 0,5 2,2-3,0 0,1-0,4 0,3-0,6 0,1 0,25 0,15
5030 0,25 0,4 0,5 0,2 3,5-5,0 0,2 0,1 0,1
5182 0,2 0,35 0,15 0,2-0,5 4,0-5,0 0,1 0,25 0,1
TG25 0,05-0,4 0,05-0,4 0,18-1,5 0,05-0,6 1,5-5,5 0,05-0,3 — —
6009 0,6-1,0 0,5 0,15-0,6 0,2-0,8 0,4-0,8 0,1 0,25 0,1
6010 0,8-1,2 0,5 0,15-0,6 0,2-0,8 0,6-1,0 0,1 0,25 0,1
6013 0,6-1,0 0,5 0,6-1,1 0,2-0,8 0,8-1,2 0,1 0,25 0,1
6016 1,0-1,5 0,5 10,2 0,2 0,25-0,6 0,1 0,2 0,15
6011 0,7-1,1 0,4 0,5-0,9 0,15-0,45 0,5-1,0 0,1 0,15 0,1
Примечание. 1— если не указаны пределы, уровень максимальный;
2 — остальное алюминий.
Таблица 276
Типичные механические свойства американских алюминиевых листовых сплавов
для корпуса автомобиля
Сплав Механические свойства при одноосном растяжении
Термо- обработка Данные о состоянии поставки После старения (запекания краски)
Предел теку- чести, МПа Предел проч- ности, МПа Общее растяжение, % Равномерное растяжение, % Предел текучести, МПа
2008 Т4 124 248 28,0 24,5 190
2036 Т4 193 338 24,0 21,0 179
5030 Т4 138 276 30,0 — 172
5182 О 131 276 26,0 23,7 131
TG25 Т4 123 278 28,8 26,1 —
6009 Т4 124 221 25,0 21,0 234
6010 Т4 172 290 24,0 21,0 255
6013 Т4 186 317 25,0 23,3 324
6016 Т4 139 248 29,0 21,5 221
6011 Т4 159 290 27,5 22,0 261
Алюминиевые сплавы могут эффективно применяться для изготовле-
ния различных элементов конструкции автомобиля. Наиболее характер-
ными агрегатами автомобиля, где целесообразно их применение в отечест-
венном автомобилестроении, является следующее:
Навесные элементы. Капоты, обшивка салона и двери, которые
изготавливаются из листа. Требования к механическим и технологическим
свойствам (прочность, формуемость, чистота поверхности) отличаются
для внешних и внутренних деталей, но требования в уровне сопротивляе-
мости коррозии одинаковы. Для этих целей целесообразно применять
нетермоупрочняемые сплавы системы Al—Mg, АМг2, АМгЗ, АМг5, которые
имеют хорошие механические и технологические характеристики, высокий
уровень сопротивляемости общей и точечной коррозии, но меньшую
сопротивляемость электрохимической коррозии. Подвесные панели обычно
защищаются лакокрасочными органическими покрытиями.
Внешние панели. Главные требования к сплавам для внешних пане-
лей — хорошая поверхность (без поверхностных дефектов и дефектов
типа «апельсиновой корки»), хорошая прочность и технологичность.
Разные производители автомобилей ставят разные требования к прочности.
Американские производители автомобилей обычно требуют более прочные
сплавы для внешних панелей (с пределом текучести больше 207 МПа), а
японские и отечественные производители автомобилей применяют сплавы
с меньшей прочностью (предел текучести 138—142 МПа) АМг2, АМгЗ,
АМг5, АВ.
Внутренние подвесные панели, внутренние капоты, обшивка салона
и дверей. Для этих изделий формуемость является основным требованием,
а требования к качеству поверхности менее строгие. Хорошо формуемыми
листовыми сплавами, используемыми в автомобилестроении, являются
сплавы систем Al—Мп, Al—Mg, Al—Mg—Si: АМц, АМг, АВ.
264
Производители автомобилей хотели бы получить дешевые листовые
полуфабрикаты из алюминиевых сплавов, которые бы сочетали формуе-
мость, прочность, способность к сварке, чистоту поверхности лучших
стальных листов с сопротивляемостью деформации лучших алюминиевых
листов. Для решения этих вопросов некоторые производители алюминия
пытаются создать сплавы, которые бы имели хорошую формуемость в
свежезакаленном состоянии и достаточную прочность после естественного
или искусственного старения.
Бамперы, их арматура и крепления требуют прочности, достигаемой
после термообработки сплава. Обычно эти детали делаются из алюминие-
вых сплавов системы Al—Zn типа 1915 в виде прессованных профилей,
но возможно использовать и сплавы системы Al—Si типа АВ. Сплавы
системы А1—Си типа Д16 не пригодны для этих изделий из-за слабого
сопротивления коррозии.
Перспективными для изготовления бамперов являются сплавы
системы Al—Mg—Si: АДЗЗ, АД35, АВ, обладающие лучшей декоратив-
ностью и коррозионной стойкостью по сравнению со сплавом 1915.
Рамы автомобилей. При изготовлении рамы и кузова автомобилей
из алюминиевых сплавов широко используются прессованные профили
сложной формы, которые облегчают рациональное проектирование различ-
ных конструктивных элементов рамы и кузова.
Сплавы, используемые для изготовления полых профилей, должны
быть достаточно прочными, чтобы выдерживать требуемые нагрузки и
достаточно устойчивыми, чтобы поглощать энергию при столкновениях.
Для этих целей используются сплавы системы Al—Zn с низким содержа-
нием легирующих компонентов, которые обеспечивают эти требования,
системы Al— Mg—Si: АДЗЗ, АД35, АВ. Температура прессования позволяет
совместить ее с термической обработкой на твердый раствор. Обычно
профили гнутся до необходимой формы в свежезакаленном состоянии,
когда предел текучести низок (около 100 МПа). Общая сопротивляемость
коррозии у профилей сплавов серии 7ххх хороша. После закалки и
искусственного старения возможны точечная и межкристаллическая
коррозии. Однако эти сплавы не подвержены растрескиванию в результате
коррозии под напряжением.
Алюминиевые сплавы используют в авторефрижераторах, благодаря
хорошей отражающей способности, что уменьшает теплоотдачу через
обшивку. Для рефрижераторов с глубоким охлаждением нельзя применять
для внутренней отделки дерево и пластмассы из-за их гигроскопичности
(промерзшие деревянные и пластмассовые детали оказываются слишком
хрупкими и легко повреждаются, в то время как алюминиевые сплавы
хорошо выдерживают пониженные температуры). Алюминий гигиеничен,
легко чистится и не «впитывает» запахи. Стенки рефрижераторов делают
обычно двойными для большей теплоизоляции. Алюминиевые профили
265
для автофургонов и автобусов обычно прессуют из сплавов типа АВ и
АДЗЗ. Наиболее употребительны W-образные и Z-образные сечения
профилей. Обшивки толщиной 1,2—2 мм изготавливают из сплавов АМц,
АМг2, АДЗЗ и плакированного сплава Д16.
Широко используют алюминиевые сплавы для изготовления автоцис-
терн, перевозящих сухие и особенно жидкие грузы. Автоцистерны сварива-
ют из листов толщиной 3—6 мм сплавов АМг2, АМгЗ, АМг5. Кроме малой
массы алюминиевых конструкций, здесь особенно важна их способность
противостоять агрессивному воздействию перевозимых грузов.
Полы автомобильных прицепов изготавливают из прессованных
панелей сплава АД31 шириной 180—250 мм и высотой 30 мм, а полы
трейлеров из тавровых прессованных профилей сплавов АД31, АДЗЗ, что
обеспечивает снижение веса конструкции на 30%.
Перспективно применение алюминиевого проката вместо стального
для изготовления бортовых платформ грузовых автомобилей, прицепов
и полуприцепов, что позволяет существенно снизить собственный вес
платформы (~ на 20%) и тем самым повысить ее грузоподъемность, дать
существенную экономию горючесмазочных материалов при холостом
пробеге автомобиля или неполной его загрузке, снизить трудоемкость
сборки платформы, ликвидировать периодическую окраску стальных или
деревянных бортов, обеспечить сравнительно простую в условиях эксплуа-
тации замену поврежденных элементов кузова новыми. Помимо этого,
эксплуатационная долговечность алюминиевой платформы в два раза выше,
чем стальной, благодаря более высокой коррозионной стойкости алюминия
и способности его выдерживать повышенные изгибающие нагрузки без
остаточных деформаций и поломок, что особенно важно при эксплуатации
на плохих дорогах.
При изготовлении бортовых платформ применяются прессованные
профили, сочлененные друг с другом и соединенные болтовым или
замковым элементом. Преимущество составных бортов из прессованных
профилей заключается еще в том, что набором одних и тех же профилей
можно получать различную высоту борта в зависимости от условий
эксплуатации.
Основными сплавами, применяемыми для изготовления прессованных
профилей для бортовых платформ, являются сплавы АД31 в состоянии
Т1 (закаленной и искусственно состаренной) системы Al—Mg— Si и 1935
системы Al—Mg—Zn.
Аналогичными преимуществами обладают самосвальные платформы,
изготовленные из алюминиевых профилей. Профили в этом случае
отличаются меньшей массивностью, прежде всего вследствие большей
толщины стенок и полок. Для их изготовления применяют сплавы 1935
или 1915, более прочные, чем сплав АД31Т1.
266
Для охлаждения масла уже давно применяют оребренные алюминие-
вые радиаторы, получаемые накаткой алюминиевой трубы из сплава АМц.
Для охлаждения воды и отопителей имеются две конструкции алюминие-
вых радиаторов. Первая конструкция — сборные радиаторы. Охлаждающие
пластины изготавливают из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм. Через
пластины проходят алюминиевые трубки диаметром 8 мм с толщиной
стенки 0,3 мм из сплава АМц. Механическая связь между пластинами и
трубками осуществляется с помощью дорнования трубок после сборки
комплекта. Использование сборных алюминиевых радиаторов дает ощути-
мое снижение веса радиатора. Масса сборного радиатора 3,5 кг, масса
замененного им медно-латунного 6,5 кг.
Вторая конструкция — паяные алюминиевые радиаторы. Для их
изготовления используют алюминиевые трубки сплава АМц и плакирован-
ную силумином ленту из сплава АМц (АМцПС) толщиной 0,3 мм. Собран-
ный комплект помещают в печь, где оплавляется силуминовая плакировки,
которая служит припоем. Применение паяных алюминиевых радиаторов,
помимо экономии тяжелых цветных металлов и стального проката
обеспечивает в ряде случаев повышение эксплуатационных характеристик,
поскольку эти радиаторы могут работать при более высоких температурах
(температура плавления силумина около 570°С, а оловянно-свинцового
припоя — около 300°С).
Колесные диски из алюминиевых сплавов АДЗЗ и АВ (Россия),
6061(США) изготавливают штамповкой, анодируют, хромируют или окра-
шивают. Их применение обеспечивает экономию веса, высокую прочность
и хорошие эксплуатационные характеристики колес и автотранспорта.
Кованные диски из алюминиевых сплавов на 50% легче стальных, что
обеспечивает высокую полезную нагрузку и дополнительные преимущества
в дороге возрастают, особенно в легковых и большегрузных автомобилях.
3.3.2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ,
МЕТРО, ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ
Железнодорожный и городской электротранспорт является одним
из наиболее перспективных отраслей применения алюминиевых сплавов.
Применение алюминиевых сплавов обеспечивает снижение веса подвиж-
ного состава, повышение его грузоподъемности и скорости движения,
уменьшение износа ходовых частей, повышение коррозионной стойкости
конструкции и срока ее службы, снижение затрат на текущий и капиталь-
ный ремонты, уменьшение расхода электроэнергии или топлива.
Все это подтверждается богатым зарубежным и скромным отечествен-
ным опытом применения алюминиевых сплавов в этих конструкциях.
Замена стальной конструкции железнодорожного вагона конструк-
цией из алюминиевых сплавов позволяет снизить массу тары вагона (до
15%), повысить грузоподъемность и скорость движения, снизить износ
рельсов и расход электроэнергии или топлива на тягу поездов (в среднем
на 10%), сократить затраты на текущий и капитальный ремонт вагонов
(до 18%).
Современный вагон должен быть оснащен новыми техническими
средствами, обеспечивающими безопасность движения и высокий уровень
комфорта ДЛЯ пассажиров, что увеличивает его общий вес. Применение
легких сплавов в пассажирском вагоностроении позволяет решить пробле-
му осевых нагрузок. Особенно выгодно применение алюминиевого подвиж-
ного состава на железных дорогах, проходящих по пересеченной местности,
что позволяет снизить расход энергии или топлива и получить более
высокие характеристики ускорения и замедления.
Наиболее широкое применение алюминиевые сплавы получили при
строительстве новых пассажирских вагонов в ФРГ, Швейцарии, Японии,
Англии, Франции. Фирмой «Messerschmidt Boikov Blow» (ФРГ) спроек-
тировано и изготовлено 11 прототипов новых пассажирских вагонов
«Bwnrzb 731» (ФРГ) спроектировано и изготовлено И прототипов новых
пассажирских вагонов «Bwnrzb 731» с алюминиевыми кузовами. Масса
вагонов этого типа 29,63 т, т.е. на 3,72 т меньше массы вагона типа «Bwnrzb
731» с кузовом облегченной конструкции (из нержавеющей стали). Для
несущих элементов конструкции применен высокопрочный сплав марки
Al—Zn— Mg36, для наружной обшивки торцевых стенок и крыши — сплав
Al—Zn—Mg26, а для элементов каркаса — марки Al—Mg—Si0,5. Кузов
вагона собирается из прессованных профилей и имеет замкнутую несущую
сварную конструкцию.
Для железных дорог ФРГ построен высокоскоростной моторвагонный
электропоезд серии ЕТ 403 с максимальной скоростью движения 200 км/ч.
Каркас его выполнен из высокопрочных алюминиевых сплавов. Состав
эксплуатируется на линии Бремен—Ганновер—Вюрцбург—Мюнхен. При
проектировании и изготовлении новых вагонов электропоездов в ФРГ
особое внимание уделялось применению сварных конструкций и широкому
использованию в качестве несущих и отделочных элементов профилей
из алюминиевых сплавов Al—Zn—Mg—F36 и Al—Mg—Mn—F26. Масса
кузова головного вагона 6,27 т, а прицепного 4,65 т.
На железных дорогах Швейцарии, Франции, Англии, Японии широко
используются пассажирские вагоны, изготовленные из алюминиевых
сплавов систем Al—Mg, Al—Mg—Si, Al—Zn. В качестве полуфабрикатов
используются листы, прессованные профили и панели.
Эффективным является применение алюминиевых сплавов в грузовых
вагонах, где кроме снижения веса важным фактором является резкое
повышение коррозионной стойкости вагонов, особенно при перевозке
коррозионных грузов.
Большой опыт по изготовлению и эксплуатации алюминиевых вагонов
имеет Швейцария, где сотни грузовых вагонов с раздвижными боковыми
стенками и алюминиевыми кузовами эксплуатируются на дорогах страны.
Обшивка их выполнена из гофрированных листов. Из сплавов алюминия
изготавливают управляемые вручную откидные, поворотные и раздвижные
элементы конструкций вагона.
В Швейцарии изготавливают вагоны для железных дорог Марокко
для перевозки фосфатов. В этих вагонах алюминиевые сплавы используют
ВО всех конструктивных элементах, за исключением рам тележек и
колесных пар. Тара вагона 14,5 т. Для перевозки 3930 т фосфатов требуется
60 алюминиевых вагонов, а стальных 66.
На железных дорогах США, Канады, Австралии алюминиевые вагоны
широко применяют для перевозки сыпучих грузов (уголь, сера, поташ,
соль, кварц, песок, железная руда, цемент, зерно и пр.). Полезный объем
вагона более 100 м3, а грузоподъемность 100—200 т, уменьшение собствен-
ного веса вследствие применения алюминиевых сплавов составляет
5-10 т.
В Канаде используют специализированные вагоны для перевозки
зерна из сплавов 5083 (Al—Mg—4,5Мп) и 7004 (Al—Zn—Mg) Толщина
листа в зоне буферных брусьев 12,7 мм, в остальных местах 6,3 мм.
Грузоподъемность вагона 80 т, собственная масса 20 т.
На железных дорогах Японии эксплуатируются тысячи двухосных
крытых вагонов модели «Вату-80000», изготовленных из алюминиевых
сплавов, предназначенных для транспортировки грузов на поддонах. Для
транспортировки агрессивных жидких грузов, таких как концентрирован-
ная азотная кислота, уксусная кислота, уксусный ангидрид и др., а также
продуктов, требующих сохранности кондиции, применяют цистерны с
котлами из алюминиевых сплавов системы Al—Mg.
Отечественный опыт применения алюминиевых сплавов гораздо
скромнее. В скоростных поездах для кузовов вагонов использовались
алюминиевые сплавы системы Al—Zn—1915 — прессованные профили и
АМгб-лист.
Кузова этих вагонов изготовлены из алюминиевых сплавов 1915Т
(каркас) и АМгбМ (обшивка) и включают раму, две боковые стены, крышу,
подвагонный кожух, тамбурные и концевые стены. Для уменьшения аэроди-
намического сопротивления и улучшения внешнего вида боковые стены
кузова наклонены к вертикальной оси вагона под углом 4°, подвагонное
пространство на длине 8,3 м в средней части вагона перекрыто кожухом-
обтекателем, который позволяет снизить ветровые боковые нагрузки на
вагон, а также его центр тяжести и увеличить поперечную устойчивость.
Рама кузова на участке между шкворневыми балками не имеет
хребтовой балки, но оснащена развитыми консолями, обеспечивающими
передачу ударно-тяговых усилий на основные узлы кузова. Боковые
обвязки имеют специальный профиль из сплава 1915 с толщиной стенки
8 мм. Пол в средней части вагона гофрированный с трапециевидным
профилем и толщиной листа 3 мм из сплава АМгб. Обшивка боковых
269
стен выполнена из гофрированного листа сплава АМгб толщиной 3 мм, а
оконные стойки и обвязочные элементы кузова — из специальных штампо-
ванных профилей сплава 1915.
Эффективным является применение алюминиевых сплавов для подвиж-
ного состава метро.
Для метрополитена Берлина выпускаются вагоны, сварные кузова
которых выполнены из сплава Al—Zn5—Mgl. Листы обшивки выполнены
из сплава Al—Mg—4,5 Мп.
Для метрополитена Брюсселя изготавливают вагоны из алюминиевых
сплавов, которые примерно на 2 т легче стальных, а увеличение их
стоимости окупается через 3—4 года в результате экономии расхода
электроэнергии на тягу и сокращения работ по текущему содержанию
пути и ремонту вагонов.
Лондонская транспортная служба на линиях метрополитена имеет
тысячи вагонов из алюминиевых сплавов.
Для метрополитена Токио изготавливают алюминиевые вагоны без
окраски. Масса таких вагонов на 4100 кг меньше массы стальных, экономия
электроэнергии составляет 12,4%.
Алюминиевые сплавы широко применяются для вагонов французских
метрополитенов. Каркас кузова таких вагонов изготовлен из сплава
Duralinox A-Z5GT6 (7020А), обшивка боковых стенок и крыш — из сплава
Duralinox A-G3 (5754Х). Масса кузова составляет 2750 кг, что на 42%
меньше, чем у аналогичного стального кузова (4350 кг).
Сравнение алюминиевых сплавов со сталью по массе, сопротивлению
обычным эксплуатационным и ударным нагрузкам, устойчивости против
вибрации, сопротивлению огню и коротким замыканиям, коррозионной
и абразивной стойкости, условиям серийного производства и пригодности
к ремонту показало, что алюминиевые сплавы либо находятся на уровне
стали, либо превосходят ее.
Многолетний зарубежный и отечественный опыт эксплуатации
различных сооружений и подвижного состава метрополитенов свидетель-
ствует о том, что для снижения массы конструкций широкое применение
могут найти алюминиевые сплавы повышенной прочности и коррозионной
стойкости.
Изготовление кузовов из алюминиевых сплавов позволяет снизить
массу тары метровагона примерно на 3 т.
Алюминиевые сплавы системы Al—Mg широко используют для отделки
пассажирского салона вагонов (раскладки, оконные и дверные рамы и
т.п.). Эти сплавы нашли применение и для оформления и отделки станций
метрополитенов вместо облицовки стен и несущих колонн мрамором и
гранитом, при этом профильный листовой прокат перед монтажом подвер-
гают декоративному анодированию. Отделка сводов наклонных эскалатор-
ных тоннелей алюминиевыми конструкциями из гнутого профиля позволила
одновременно решить проблему гидроизоляционной защиты этих сооружений.
Алюминиевые сплавы системы Al—Mg применяются при изготовлении
деталей буксового узла колесных пар грузовых вагонов. Снижение массы
неподрессоренных узлов вагона имеет важное значение для уменьшения
нагрузок на железнодорожный путь. Из алюминиевого сплава АМгб
изготавливают крепительные крышки букс вагонов. Алюминиевая крышка
имеет массу 3,2 кг и легче стальной на 10 кг, процесс ее изготовления
более технологичен, не требуется сварочных работ по исправлению литей-
ных дефектов. Корпус буксы для колесной пары из прессованного специ-
ального профиля сплава АМгб легче стальной литой в среднем на 28 кг.
При изготовлении цистерн широко используются полуфабрикаты из
технического алюминия: котлы цистерн для перевозки концентрированной
азотной кислоты изготавливаются из листов алюминия марки АДО; котлы
цистерн для перевозки молока изготавливаются из листов алюминия марок
АДО и АД1. Возможно изготовление цистерн для перевозки азотной
кислоты из сплава АМгЗ и АМгб для перевозки изопропилового спирта,
толуола, анилина и др.
Перспективным является применение алюминиевых сплавов для
изготовления трамвайных вагонов и троллейбусов.
В трамвайных вагонах алюминиевые сплавы могут применяться для
изготовления обшивок поперечного и продольного набора каркаса, боковых
балок рамы, пола, а также элементов внутренней отделки (оконные и
дверные рамы, декоративные детали и др.)
Трамвайные вагоны из алюминиевых сплавов легче стальных на 3—5 т,
имеют повышенную грузоподъемность и коррозионную стойкость. Так, в
стальных вагонах трамвая крыша через 10 лет эксплуатации полностью
заменяется из-за сплошного коррозионного разрушения; вагоны с крышей
из алюминиевого сплава служат более 25 лет без замены.
Троллейбусы из алюминиевых сплавов, впервые разработанные АНТК
«Антонов» и изготовленные на Киевском авиационном заводе «Авиант»,
имеют каркас и обшивку из алюминиевых сплавов (рис. 14). По сравнению
Рис. 14. Троллейбус К12.03 "Кшвський” с алюминиевым каркасом и обшивкой.
271
со стальным троллейбусом алюминиевый троллейбус на 2,6 т легче. При
этом обеспечивается:
- экономия электроэнергии 12,5 тыс. кВт/ч на один троллейбус за год;
- снижение максимальной нагрузки на ось, обеспечивающее повы-
шение пробега ходовых частей (шин, мостов, электропривода, подвески);
- повышение безопасности движения (тормозные и рулевые характе-
ристики);
- улучшение эксплуатации дорожных покрытий;
- повышение коррозионной стойкости кузова, срок службы которого
увеличивается в 2 раза;
- возможность отказа от капитального ремонта кузова;
- повышение окупаемости перевозок за счет повышения грузо-
подъемности и эксплуатационных затрат.
Для изготовления каркаса троллейбуса используются сплавы: для
продольного и поперечного набора — прессованные профили из сплава
АДЗЗ, для обшивки — листы из сплава АМгЗ.
В табл. 278 приведены отечественные и зарубежные алюминиевые
сплавы, использующиеся при изготовлении подвижного состава железно-
дорожного транспорта, метро и городского транспорта.
3.4. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА
Подъемно-транспортное машиностроение является одной из областей
техники, где применение алюминиевых сплавов наиболее перспективно.
Переход от стали к алюминиевым сплавам позволяет значительно снизить
вес подъемно-транспортных машин или увеличить их грузоподъемность,
облегчить поддерживающие строительные конструкции, уменьшить расход
энергии и сократить эксплуатационные затраты, связанные с окраской
конструкций и их ремонтом, что обеспечивает эффективность их
применения во всех видах грузоподъемных сооружений и машин, а также
монтажных приспособлениях различного назначения.
Малый удельный вес алюминиевых сплавов обусловливает возмож-
ность существенного увеличения размеров монтажных элементов и в
результате этого — снижение стоимости изготовления и монтажа конструк-
ций. Облегчение крановых конструкций, достигаемое при переходе на
алюминиевые сплавы, приводит также к снижению соответствующих
транспортных расходов. К важным достоинствам алюминиевых конструк-
ций следует отнести и возможность их нормальной эксплуатации при
низких температурах.
Специфические особенности алюминиевых сплавов исключают
возможность механического перенесения при проектировании подъемно-
транспортных машин конструктивных форм, свойственных стальным
Таблица 277
:анические свойства отечественных и зарубежных алюминиевых сплавов,
используемых в транспортном машиностроении
Сплав*’* Химический состав (весовой) *‘* Механические свойства
Si Fe Си Мп Mg Сг Zn Ti Термооб- работка Предел текучести, МПа Предел прочнос- ти, МПа Отноше- ние удли- нения, %
2008 (США) 0,5 —0,8 0,4 0,7-1,1 0,3 0,25-0,5 0,1 0,25 0,1 Т4 124 248 24,5
2036 (США) 0,5 0,5 2,2-3,0 0,1-0,4 0,3-0,6 0,1 0,25 0,15 Т4 193 338 21,0
АК6 (аналог 2036) 0,7-1,2 0,7 1,8-2,6 0,4-0,8 0,4 -0,8 — 0,3 0,1 Т1 250-280 350-370 12
5030 (США) 0,25 0,4 0,5 0,2 3,5-5,0 0,2 0,1 0,1 Т4 138 276 —
5182 (США) 0,2 0,35 0,15 0,2-0,5 4,0-5,0 0,1 0,25 0,1 О 131 276 23,7
АМг5 (аналог 5182) 0,4 0,4 0,2 0,2-0,6 4,7-5,7 — — — м 150 270 23
1511 (США) 0,6-1,0 0,5 0,15-0,6 0,2-0,8 0,4 -0,8 0,1 0,25 0,1 Т4 124 221 21,0
АМг2 (5554) 0,4 0,4 0,1 0,2-0,6 1,8-2,6 0,05 0,2 0,1 М 100 190 25
5554 (США) —- — — 0,8 2,7 0,12 — — О 100 190 25
АМгЗ (аналог 5086) 0,5-0,8 0,5 0,1 0,3-0,6 3,2 -3,8 0,05 0,2 0,1 м 100 200 15
5086 (США) — — — 0,45 4,0 0,15 — — о 120 260 22
АМгб (аналог 5556) 0,4 0,4 0,1 0,5-0,8 5,8-6,8 — 0,2 0,02-0,1 м 150 300 15
5556(США) — — — 0,8 5,1 0,12 — — о 150 300 15
АМгб (аналог 1561) — — — — — — — м 175 330 15
Д1 (аналог 2014) 0,7 0,7 3,8-4,8 0,4-0,8 0,4 -0,8 — 0,3 0,1 м — 150-240 12
2014 (США) 0,8 — 4,5 0,8 0,50 — — — о 100 190 18
АК4-1 0,35 0,8-1,4 1,9-2,7 0,2 1,2-1,8 0,1 0,3 0,02-0,1 Т1 320 400 6
АВ (аналог 6151) 0,5-1,2 0,5 0,1-0,5 0,15-0,35 0,45-0,9. 0,25 0,2 0,15 Т1 230 300 10
6010 (США) 0,8-1,2 0,5 0,15-0,6 0,2-0,8 0,6-1,0 0,1 0,25 0,1 Т4 172 290 21
6013 (США) 0,6-1,0 0,5 0,6-1,1 0,2-0,8 0,8-1,2 0,1 0,25 0,1 Т4 172 290 21,0
6016 (США) 1,0-1,5 0,5 0,2 0,2 0,25-0,6 0,1 0,2 0,15 Т4 186 317 23,3
6111 (США) 0,7-1,1 0,4 0,5 -0,9 0,15-0,45 0,5-1,0 0,1 0,15 0,1 Т4 139 248 21,5
АДО (аналог 1100) 0,3 0,3 0,02 0,025 0,05 — 0,1 0,1 м 40 80 35
1100 (США) — — 0,12 — — — — — о 35 90 35
АМц (аналог 3005) 0,6 0,7 0,15 1,0-1,6 0,2 — 0,1 0,2 м 60 110 25
3005 (США) — — — 1,2 0,4 — — — о 60 ПО 26
АДЗЗ (аналог 6061) 0,4-0,8 0,7 0,15-0,4 0,15 0,8-1,2 0,15-0,35 0,25 0,15 Т1 230 270 10
6061 0,35 — 0,28 0,6 — — — Т4 230 270 10
1915 (аналог 7005) 0,3 0,4 0,1 0,2-0,4 1,3-1,8 0,08-0,2 3,4-4,0 0,1 Т1 250 360-390 8
7005 (США) — — — 0,45 1,4 0,13 4,5 0,04 Т4 250 370 8
1 — если не указаны пределы, содержание максимальное; 2 — остальные алюминий-
т
конструкциям. Опыт проектирования свидетельствует о необходимости
применения в этом случае специальных мер, обеспечивающих полное
использование несущей способности алюминиевых сплавов и необходи-
мые эксплуатационные качества выполненных из него конструкций. Эти
меры, в первую очередь, связаны с решением принципиальных схем
конструкций в целом, правильным выбором формы несущих элементов,
а также правильным назначением основных размеров этих элементов.
Выбор статических схем конструкций из алюминиевых сплавов
основывается на необходимости обеспечения:
~ прочности, жесткости и устойчивости конструкции и всех ее
несущих элементов с учетом модуля упругости алюминия;
— экономических решений, позволяющих максимально снизить расход
сплавов, уменьшить трудоемкость изготовления конструкций и расходы,
связанные с последующей эксплуатацией.
С целью повышения жесткости конструкций из алюминиевых сплавов,
помимо развития размеров основных элементов, могут быть рекомендова-
ны следующие решения:
- в сквозных конструкциях применение многорешетчатых систем
(крестовой, ромбической и др.), позволяющих увеличить их жесткость;
- деформативность крановых стрел может быть существенно сокраще-
на за счет перехода на конструкцию замкнутого сечения;
- при проектировании портальных и козловых кранов, а также пере-
грузочных мостов, перспективно применение рамных систем с жестким
креплением ног.
Для обеспечения необходимой вертикальной жесткости применяются
комбинированные системы.
В конструкциях, протяженных по длине (монорельсовые пути, конве-
йеры и т.п.), с целью снижения деформативности может быть рекомендо-
вано применение неразрезных систем.
Для снижения расхода алюминиевых сплавов при выборе принципи-
альных схем крановых конструкций предпочтительны решения, обеспечи-
вающие максимальную концентрацию материала. Для этого в крановых
мостах целесообразен переход от двухбалочных к однобалочным конструк-
циям.
Уменьшение числа соединительных деталей достигается максималь-
ным укрупнением монтажных элементов конструкций. Оно позволяет
резко снизить строительный коэффициент, а также стоимость изготовле-
ния конструкции и последующих монтажных работ.
Обеспечение необходимой жесткости и устойчивости, а также сниже-
ние веса конструкций во многом зависит от правильного выбора формы
основных несущих элементов. При проектировании крановых конструкций
целесообразно использовать прессованные профили из алюминиевых
сплавов.
Наиболее эффективными являются достаточно развитые тонкостен-
ные замкнутые профили различного сечения с продольными ребрами
жесткости.
Возможно применение гнутых профилей. В открытых гнутых профи-
лях для обеспечения местной устойчивости необходимо предусматривать
соответствующие отбортовки, а при воздействии крутящих моментов —
планки, соединяющие ветви сечения.
В качестве настилов различного рода площадок целесообразно приме-
нение тонких (толщиной 2 мм) гофрированных листов.
В связи с низким модулем продольной упругости алюминиевых
сплавов, конструкции из этого материала для обеспечения необходимой
жесткости должны быть более развиты по сравнению со стальными.
Для обеспечения местной устойчивости стенок коробчатых балок,
начиная с пролета L = 19,5 м, необходимо предусматривать, помимо
поперечных диафрагм, продольные ребра жесткости. С целью повышения
равномерности работы элементов шпренгельных балок в плоскости всех
стоек следует предусматривать достаточно жесткие поперечные связи.
Основными способами соединения элементов современных металло-
конструкций подъемно-транспортных машин из алюминиевых сплавов
являются сварка и клепка.
Сварные соединения, отличающиеся высокой технологичностью изго-
товления, наиболее целесообразны в конструкциях, изготовляемых из
термически неупрочняемых сплавов и термически упрочняемого сплава
В92-Т. В сварных конструкциях достаточно перспективна контактная
сварка (шовная и точечная), при помощи которой возможно присоединение
диафрагм, обшивки кабин, настилов площадок и аналогичных им элементов.
Несущие конструкции из термически неупрочняемых сплавов, проч-
ность которых снижается в околошовной зоне, рекомендуется проектиро-
вать клепаными.
Для образования монтажных стыков различного типа конструкций
применимы болтовые соединения.
Сварные соединения обладают необходимой прочностью при
удовлетворении следующих нормативных требований.
При сварке элементов толщиной 8 а 4 мм толщина (катет) угловых
швов должна быть равна: а) в конструкциях, воспринимающих
статическую нагрузку, — не меньше 4 мм и не более 1,5^; б) в конструк-
циях, воспринимающих подвижную и вибрационную нагрузки, — не более
l,2rfj, где - наименьшая толщина свариваемых элементов.
В том случае, когда наиболее тонкий элемент имеет бульбу, толщина
шва при действии статической нагрузки может быть доведена до 1,8б/р но
не должна превышать при этом 1,5^ второго присоединяемого элемента.
В конструкциях, подверженных действию регулярных подвижных и
вибрационных нагрузок, отношение катетов фланговых швов следует
принимать равным 1 : 1, лобовых швов - 1 : 1,5.
Расчетная длина фланговых и лобовых швов принимается не менее
40 мм и не менее Лш. Для фланговых швов ее не следует назначать более
40/гш; в сопряжениях, где воспринимаемое усилие возникает на всем
протяжении шва, длина последнего не ограничивается. Величина напуска
в соединениях внахлестку устанавливается равной не менее 5 толщин
наиболее тонкого из свариваемых элементов.
В сварных конструкциях, подверженных воздействию переменных
нагрузок, рекомендуется:
- избегать соединения с фланговыми и лобовыми швами, соединения
с прорезями, соединения прерывистыми швами;
- соединение элементов осуществлять встык, без накладок и прокла-
док, не допуская швов без подварки корня и обеспечивая, при возможнос-
ти, снятие усиления механической обработкой;
- создавать плавные переходы от шва к основному металлу;
- устранять резкие переходы в стыках листов различной толщины, а
также в местах сопряжения по высоте нескольких горизонтальных листов;
при сварке встык элементов, отличающихся по толщине больше чем на
25%, и при сохранении резкого перехода между ними стыковые швы
рассчитываются как угловые;
- применять узловые фасонки с выкружками, обеспечивающими
плавное сопряжение с контурами примыкающих стержней, и, в частности,
фасонки-вставки.
Соединения на заклепках осуществляются с постановкой последних
только в сверленые отверстия. Для исключения опасности появления
выколов в процессе клепки и работы под нагрузкой, а также создания
необходимой плотности сопряжений, при разбивке заклепок следует
принимать указанные ниже размеры.
Расстояние между центрами отверстий в различных направлениях
должно быть не менее 3d. Максимальное расстояние следует принимать
равным:
- в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков в случае
растяжения и сжатия — 5d или 10J;
- в средних и крайних рядах при наличии окаймляющих уголков —
12J или 20d при растяжении и 10J или 14J при сжатии.
Расстояние от центра заклепок до края элемента вдоль усилия уста-
навливается не меньше 2,5J, поперек усилия — 2,5d при обрезных кромках
и 2d при прокатных и прессованных профилях; максимальное расстоя-
ние — 6d.
Необходимо также обращать внимание на правильное соотношение
между диаметром заклепок и толщиной листов пакета. Для исключения
излишнего распирания отверстия в процессе клепки диаметр заклепок не
-Олжен превосходить пяти толщин самого тонкого листа пакета. Его не
следует также назначать меньше толщины наиболее толстого элемента.
276
Допустимую толщину пакета рекомендуется принимать равной, при
заводской клепке на скобе, четырем диаметрам, при монтажной клепке в
два молотка или скобой — пяти диаметрам заклепок.
Разбивка болтовых соединений в целом не отличается от принятой в
заклепочных соединениях. При этом только минимальные расстояния
между центрами болтов увеличиваются до 3,5J. Диаметр отверстий под
высокопрочные болты принимают на 1—2 мм больше диаметра болта.
При проектировании и изготовлении подъемно-транспортных машин
в каркасных конструкциях для соединения элементов конструкции
предпочтительна клепка; в коробчатых конструкциях (опоры с несущими
стенками) предпочтительна сварка.
Имеющийся опыт подтверждает эффективность использования
алюминиевых сплавов в подъемно-транспортных машинах различного
назначения: мостовых кранах, в стрелах кранов и экскаваторов, в элементах
канатных дорог, кабинах лифтов и различных монтажных приспособлений.
Конструкции, выполненные из алюминиевых сплавов, достигая большой
грузоподъемности и размеров (пролетов, длины стрел), характеризуются
высокими эксплуатационными качествами.
Применение алюминиевых сплавов в мостовых электрических кранах
вызывалось, в первую очередь, стремлением облегчить несущие строитель-
ные конструкции вновь строящихся предприятий или необходимостью
повышения грузоподъемности кранового оборудования действующих
цехов.
Общими тенденциями развития алюминиевых конструкций мостовых
кранов явились:
- замена более трудоемких в изготовлении сквозных конструкций
широкоразвитыми сплошностенчатыми конструкциями из тонколистового
металла;
- переход от тяжелых и трудоемких клепаных конструкций к сварным;
- широкое внедрение в элементы конструкций тонкостенных гнутых
профилей и гофрированных листов.
К основным типам конструкций крановых мостов, выполненных из
алюминиевых сплавов, относятся: а) двухбалочные мосты закрытого типа
с решетчатыми главными и вспомогательными фермами; б) двухбалочные
мосты с главными балками коробчатого сечения; в) двухбалочные мосты
с главными балками комбинированной системы; г) широкоразвитые
однобалочные мосты.
Мостовые электрические краны решетчатой, коробчатой, шпренгель-
ной конструкции различной грузоподъемности изготавливаются в США,
Англии, Франции, Швейцарии, Швеции и др. странах. Компания «Алкоа»
— мировой производитель алюминия и алюминиевых сплавов — была
одним из пионеров применения алюминиевых сплавов в конструкции
подъемно-транспортных машин. Еще в 1930 г. «Алкоа» изготовила кран
двухбалочной конструкции коробчатого сечения грузоподъемностью Ют
и пролетом 22 м, что дало снижение веса крана по сравнению со стальным
на 25%. На двухбалочных кранах решетчатой конструкции грузоподъем-
ностью 5—10 т и пролетом 15,8—23,3 м экономия веса мостов была еще
больше и составляла 40—60%. В США были также изготовлены мостовые
краны коробчатой конструкции грузоподъемностью 25 т, 125 т, 135 т и
250 т с пролетом 18,4, 32, 50 м из алюминиево-магниевых сплавов.
Широко применяются алюминиевые сплавы в стреловых кранах,
транспортерах, средствах вертикального транспорта.
Применение алюминиевых сплавов в стреловых кранах различного
назначения, экскаваторах и транспортерах, для изготовления стрел,
грейферов и ковшей связано, в первую очередь, с необходимостью увеличе-
ния их радиуса действия, грузоподъемности или производительности. Из
этого материала, прежде всего, изготовляют стрелы, грейферы и ковши.
Стрелы кранов и экскаваторов в большинстве своем выполнены
пространственной, решетчатой конструкции. Только в отдельных случаях
применены безраскосная система и тонколистовые конструкции. Пояса и
решетки обычно изготовляют из прессованных уголков; соединения элемен-
тов конструкций чаще всего клепаные. Проекты кранов последних лет отли-
чаются более широким применением полых профилей и сварных соединений.
Алюминиевые сплавы были применены при строительстве плотины
на р. Миссисипи (США). Здесь, с целью увеличения ширины вскрываемого
слоя грунта, у 28 экскаваторов стальные стрелы были заменены на
алюминиевые. При этом, например, длина некоторых стрел увеличилась с
45,7 до 52,5 м, а вес их снизился примерно на 35%.
Большие возможности связаны с применением алюминиевых сплавов
в передвижных стреловых конструкциях, подлежащих быстрому приведе-
нию в рабочее и транспортное положение. Конструкцией такого типа
является автомобильный башенный кран, для ускорения сборки и разборки
стрела которого длиной 14 м выполнена из алюминиевого сплава.
Удачно применены легкие сплавы в металлоконструкции ленточного
транспортера перегружателя на плавучих опорах, использовавшегося на
строительстве канала регуляционной системы р. Роны (Франция). Алюми-
ниевой стрелой транспортера, изготовленной из сплава A-U4G, была
заменена ранее эксплуатировавшаяся стальная стрела.
Металлоконструкция алюминиевой стрелы состоит из двух сквозных
ферм, соединенных между собой верхними и нижними продольными
связями. Решетка ферм треугольная, с дополнительными стойками и
подвесками. В результате перехода на алюминиевый сплав длину транспор-
тера без изменения мощности оборудования и размеров понтонов удалось
увеличить с 72 до 100 м.
Грейферы и ковши из алюминиевых сплавов применимы с целью
повышения полезной грузоподъемности кранов. Наибольший эффект
достигается при максимальном применении алюминиевых сплавов во всех
элементах конструкции. Примером такого конструктивного решения
278
являются сварные грейферы емкостью от 4 до 13 м3, изготовляемые с
режущим поясом из нержавеющей стали в ФРГ.
Существенное повышение производительности кранов может быть
достигнуто и при частичном применении алюминиевых сплавов.
Характерным в этом отношении является опыт Мариупольского порта,
изготовившего два образца грейферов 15-тонного крана для перегрузки
УГЛЯ. Сплав АМгб был применен для изготовления боковых и днищевых
листов челюстей, а также стержневых частей тяг трубчатой конструкции.
Соединение стальных и алюминиевых элементов грейфера осуществлено
стальными заклепками. После шестимесячной эксплуатации, в процессе
которой было перегружено около 400 тыс. т угля, грейфер находился в
работоспособном состоянии. Дополнительные затраты, связанные с
применением более дорогостоящих алюминиевых сплавов, компенсиро-
ваны в течение нескольких недель работы крана.
Изготовление из алюминиевых сплавов ковшей экскаваторов емкостью
до 20—25 м3 распространено в США. Алюминиевые сплавы используются
при этом для задней и боковых стенок ковша.
Алюминиевые сплавы успешно используются в подъемно-транспорт-
ных машинах различного назначения.
Крупнейшим грузоподъемным сооружением из алюминиевых сплавов
является 50-тонный портальный кран среднего режима работы пролетом
86 м, изготовленный по проекту ГПИ «Проектстальконструкция».
Кран представляет собой двухшарнирную раму с криволинейным
ригелем и затяжкой, расположенной в уровне сопряжения стоек и ригеля.
Принятое круговое очертание ригеля (радиус кривизны около 104,4 м)
согласуется с внутренними габаритами помещения, в котором эксплуати-
руется кран. Ригель образован из двух ферм треугольной решетки с
дополнительными стойками и подвесками; фермы соединены между собой
предельными связями, расположенными в плоскости поясов. Стойки крана
решетчатые, соединение их с ригелем — жесткое. Принятый тип сопря-
жения ригеля со стойками, обеспечивает необходимую общую жесткость
конструкции, упрощает последнюю за счет ее симметричности и исключает
необходимость обычного применения шарнирного сопряжения ригеля с
одной из стоек. Затяжка представляет собой горизонтальную ферму, соеди-
ненную с ригелем системой подвесок, расстояние между которыми равно
около 5,8 м. В плоскости подвесок расположены поперечные связи. Ниже
затяжки находятся балки, по которым перемещается грузовая тележка
грузоподъемностью 40 т, и пути для передвижения двух 5-тонных тельферов.
Ригель и стойки кранов изготовлены из сплава АВ-Т1, обладающего
высокими механическими характеристиками (принятое допускаемое
напряжение 1350 кг/см2) и достаточной антикоррозионной стойкостью.
Затяжка — сварная из стали 15ХСНД, балки для перемещения грузовой
тележки и тельферов — из стали Ст.З. Применение стальной затяжки
279
позволило уменьшить распор, передаваемый на опоры от действующих
нагрузок, а также снизить распор, вызываемый изменением температуры.
Пояса и раскосы ригеля — двутаврового сечения, стойки (подвески)
Образуются из двух швеллеров, связи — уголковые, все типы прессованных
профилей, применяемых для изготовления ригеля, — с бульбами. Заводские
узловые соединения ригеля — клепаные, заклепки из сплава АВ-Т1 диамет-
ром 14 и 19 мм. Монтажные соединения — на высокопрочных кадмирован-
ных болтах из стали 40Х. В местах сопряжения со стальными деталями
установлены тонколистовые прокладки: одна — из сплава АВ-Т, вторая —
из оцинкованной или кадмированной стали; стальные детали шоопированы.
Общий вес крана около 115 т. При изготовлении из низколегиро-
ванной стали он достигал бы 180 т.
Алюминиевые сплавы используются в качестве основного материала
грузовых тележек канатных дорог и кабель-кранов, а также грузовых
траверс, монтажного оборудования в строительстве.
При изготовлении из алюминиевых сплавов грейферных тележек
обеспечивается снижение веса тележек на 44%. Экономия необходимой
мощности на 36%.
При изготовлении подъемно-транспортных машин в зарубежной и
отечественной практике используются алюминиевые сплавы, близкие по
составу и свойствам.
В табл. 278 приведены данные об отечественных сплавах, рекомендуе-
мых для использования в подъемно-транспортных машинах.
Таблица 278
Алюминиевые сплавы, рекомендуемые для использования
в подъемно-транспортных машинах
1 № п/п Типы конструкций (элементов) Необходимая коррозионная стойкость Рекомендуемые марки сплавов
2 3 4 5 Сварные и клепаные малона- пряженные конструкции Средненапряженные конструкции: сварные клепаные Сильнонапряженные конструкции: сварные клепаные Болты и заклепки для средне- напряженных конструкций Болты и заклепки для сильно- напряженных конструкций Высокая Средняя и высокая То же « Невысокая Средняя и высокая Невысокая То же Средняя и невысокая АМцМ, АМгМ, АД31Т АМг5М, АМгбМ, АДЗЗТ1, АВТ1 АМг5М, АМгбМ, АДЗЗТ1, АВТ1 АМг61М, В92Т1, 1980М, 1575М Д16Т, В95Т1 АД35Т1, В92Т Д18пТ, В65Т В94Т1 АДЗЗТ1, АВТ1
Примечание Подчеркнуты наиболее перспективные сплавы.
В табл. 279 приведены данные о зарубежных алюминиевых сплавах,
применяемых в подъемно-транспортных машинах.
280
Таблица 279
Зарубежные алюминиевые сплавы, применяемые
в подъемно-транспортных машинах за рубежом
Страна Состояние Система сплавов Марка сплавов и состояние поставки Механические свойства
0„ МПа оь.2, МПа 6, %
Термически не упрочняемые Al-Mg 5083М 5056М 5456М 320-350 350-400 295—325 220-230 280-340 18 15-20
США Термически упрочняемые Al—Mg—Si Al—Cu—Mg 6061-Т4 6061-Т6 6062-Т4 6062-Т6 6063-Т4 6063-Т6 2014-Т4 2014-Т6 246 316 246 316 176 246 436 492 147 280 147 280 91 218 295 422 25 17 25 17 22 12 20 13
Термически не упрочняемые Al—Mg NS6-O NE6-M 268 252 126 126 18 18
Англия Термически упрочняемые Al-Mg-Si HS-10 NE10-WP NE15-WP HS-30 283 284 448 299 236 220 384 252 8 6-8 8 8
Термически не упрочняемые Al—Mg AlMg3F23 AlMg5F24 AlMg5F28 230-270 240-280 280-320 140-210 100-160 180-240 10-18 15-25 8-15
ФРГ Термически упрочняемые Al-Mg-Si Al—Cu—Mg AlMgSiF28 AlMgSiF32 AlCuMgF40 AlCuMgF44 280-330 320-360 400-460 440-500 180-370 250-320 270-330 300-360 10-18 6-14 14-20 12-16
Термически не упрочняемые Al-Mg A-G3: отожженные нагартованные A-G5 (листы, профили отожженные) 200-280 240-300 300 80-120 160-240 140 24-20 6-8 19
Термически упрочняемые Al-Mg-Si Al—Zn—Mg Al—Cu—Mg A-SG A-ZUG F-U4G 280 330 420 240 200 270 10 15 И
Примечание.
1. Механические характеристики упрочняемых сплавов США соответствуют: И — закаленному и
естественно состаренному; 16 — закаленному и искусственно состаренному.
2. Условные обозначения, принятые для английских сплавов: а) перед цифрой, указывающейна
состав: W — термически не упрочняемые,£ — термически упрочняемые, Р — полосы, 5 — листы,
Е — профиль; б) после цифры: М — готовый сплав, Н — нагартованный, О — отожженный,
W — термообработанный, WP — полностью термообработанный.
3. Условное обозначение для немецких сплавов: А1 — основной металл, Mg — важнейшая
легирующая добавка, 3 — процент этой добавки по массе = AlMg3; F — число — минимально
гарантированное значение предела прочности в кг/мм2.
В табл. 280 приведены данные об относительной прочности некоторых
алюминиевых сплавов и стали Ст.З.
Как видно из табл. 280, в конструкциях из алюминиевых сплавов
необходимо увеличение коэффициента запаса прочности по сравнению с
конструкциями из стали Ст.З.
281
Таблица 280
Относительные механические характеристики алюминиевых сплавов и стали Ст.З.
Марки Отношение условного предела текучести к временному сопротивлению Отношение предела пропорциональности к условному пределу текучести
АМгб 0,5 0,8-0,85
АМг61 0,5-0,7 0,75-0,8
Д16Т 0,7-0,8 0,8-0,85
АВТ1 0,85-0,9 0,8-0,9
АДЗЗТ1 0,85 0,8-0,9
АД35Т1 0,75 0,9
В92Т 0,6 0,6-0,7
Ст.З 0,6 0,9
Для алюминиевых сплавов при статической нагрузке и работе в
упругой области коэффициенты запаса прочности составляют:
при действии основных сил............................ 1,6—1,8
при действии основных и дополнительных сил .......... 1,5—1,7
Расчет конструкций подъемно-транспортных машин из алюминиевых
сплавов производится на основе расчетных сопротивлений, предусмот-
ренных СНиП и допускаемых напряжений для конкретных сплавов. В
табл. 281 приведены основные расчетные сопротивления и допускаемые
напряжения для некоторых алюминиевых сплавов, применяемых в конструк-
ции подъемно-транспортных машин.
Расчетные сопротивления, указанные в табл. 281, получены исходя
из коэффициента однородности, равного 0,85. За нормативное сопротив-
ление для большинства сплавов принят условный предел текучести а02;
для сплавов АВ, АД31, АДЗЗ и АД35, характеризующихся высоким
°О,2
отношением & , нормативное сопротивление принято равным 0,7ав, где
ов — наименьшее значение временного сопротивления разрыву.
Производные расчетные сопротивления и допускаемые напряжения
определяются умножением основных расчетных сопротивлений и
допускаемых напряжений на следующие переходные коэффициенты,
зависящие от вида напряженного состояния:
Растяжение, сжатие, изгиб ................................ 1,0
Срез...................................................... 0,6
Смятие торцовой поверхности при наличии пригонки.......... 1,5
Смятие местное при плотном касании ...................... 0,75
Снижение прочности, происходящее при повышении температуры,
учитывается введением температурных коэффициентов, приведенных в
табл. 282, на которые умножаются расчетные сопротивления и допускаемые
напряжения, соответствующие основному металлу (вне зависимости от
его состояния), сварным, клепаным и болтовым соединениям.
Согласно действующим нормам при расчете конструкций подъемно-
транспортных машин общего назначения из алюминиевых сплавов по
предельным состояниям принимаются следующие коэффициенты условий
работы (ги): т
1. Главные балки коробчатого типа без вспомогательных ферм.... 0,9
2. Концевые балки............................................. 0,5
3. Сжатые элементы решетки плоских форм:
при гибкости Х<50............................................. 0,9
« Х>50........................................... 0,75
4. Сжатые раскосы пространственных решетчатых конструкций из
одиночных уголков, прикрепленных к поясам одной полкой
посредством сварных швов или двух и более заклепок, располо-
женных вдоль уголка.............................................. 0,75
5. Сжатые элементы, прикрепленные одной полкой (неравнобокие
уголки - узкой полкой), исключая указанные в п. 4, и плоские фермы
из одиночных уголков.............................................. 0,6
♦
Примечание. Коэффициенты, указанные в пп. 3 и 5, одновременно не учитываются.
Таблица 281
Основные расчетные сопротивления и допускаемые напряжения
для зи лниевых сплавов
Тип сплавов Марки сплавов Расчетные сопротивления R в кг/см2 Допускаемые напряжения [а ] в кг/см2
Термически не упрочняемые АМг5-М: листы б - 0,5—4 мм 1300 1000
« б ~ 5—10 мм 1100 800
профили 1000 700
АМгб-М 1400 1000
АМг61-М: листы 1600 1200
профили 1800 1300
Термически упрочняемые Д16-Т: Листы 2400 1700
профили б S 10 мм 2500 1800
« б - 10,1 —20 мм 2600 1800
« б - 20,1—40 мм 2700 1900
АВ-Т 1000 700
АВ-Т1 1700 1200
АД31-Т 700 500
АД31-Т1 1200 800
АДЗЗ-Т 950 650
АДЗЗ-Т1 1600 1100
АД35-Т 1000 700
АД35-Т1: листы 1700 1200
профили 1900 1300
ВТ92-Т: ЛИСТЫ 1900 1400
профили б s 10 мм 2400 1700
< б “ 10,1 —20 мм 2500 1800
б - 20,1—40 мм 2600 1900
Примечание. Приведенные значений? н [а] соответствуют температурам в интервале
от -43 до +50°С.
283
Таблица 282
Температурные коэффициенты К для конструкций из алюминиевых сплавов
Марки сплвва Значения Ктпри температуре металла в конструкции в *С
-70 От -40 до +50 +100
АМг5В, АМгб, АМг61 1,05 1,о 0,85
Д16 1,05 1,0 0,95
АВ, АД31, АДЗЗ, АД35 1,1 1,0 0,85
В92 1,05 1,0 0,9
Примечание. При промежуточных значениях температуры величина К, принимается по
линейной интерполяции.
Эти коэффициенты должны быть учтены при проверке несущей
способности основного металла и соединений элементов конструкций.
При наличии в пространственных конструкциях треугольной решетки с
дополнительными стойками и подвесками коэффициент условий работы
для сжатых раскосов из одиночных уголков принимается равным единице.
В случае наличия больших эксцентриситетов сжатые элементы из
одиночных уголков следует рассчитывать на одновременное действие
осевой силы изгибающего момента.
При расчете прочности соединений из алюминиевых сплавов необхо-
димо учитывать следующие моменты.
При статическом воздействии нагрузок прочность сварных соедине-
ний, выполненных аргонодуговой сваркой, в конструкциях из термически
не упрочняемых сплавов близка к прочности основного металла в
состоянии поставки. В конструкциях из термически упрочняемых сплавов
прочность сварных швов и металла в околошовной зоне существенно
ниже прочности основного материала.
Относительная прочность сварных швов и околошовного металла
соединений встык (отношение их временного сопротивления разрыву к
временному сопротивлению основного металла) для различных сплавов
имеет следующие приближенные значения:
АМгб, АМг61, АВТ, АД31Т, АДЗЗТ, АД56Т....................0,9-1,0
АВТ1, АД31Т, АДЗЗТ1, АД35Т1..........................0,6-0,7
В92Т.................................................0,8-0,9
Величина зон термического влияния для стыковых соединений указа-
на в табл. 283.
Таблица 283
Величина зон термического влияния для стыковых соединений
Марка сплавов Состояние материала Тип электрода Ширина зоны термического влияния (по обе стороны от оси шва) в зависимости от толщины б свариваемого материала
АВ, АД31, АДЗЗ, ТиТ, Вольфрамовый 75
АД35, АВ ТиТ1 Плавящийся 3,56
В92 Т Вольфрамовый Плавящийся 95 (6 > 4мм) Не учитывается
284
Заклепочные соединения заклепками из сплавов Д18п, В65, АДЗЗ,
АВ диаметром до 24 мм и толщине склепываемого пакета до 4,5 диаметров
заклепки выполняются вхолодную. Отношение предельных срезывающих
напряжений к временному сопротивлению разрыву составляет 0,6—0,7.
Отношение предельных сминающих напряжений к временному сопротив-
лению разрыву составляет 1,8—2,0. Значение расчетных сопротивлений и
допускаемых напряжений для заклепок, поставленных в холодном состоя-
нии в сверленные отверстия при действии статических нагрузок, приве-
дены в табл. 284.
Таблица 284
Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения для заклепок
Марка материала Расчетные сопротивления в кг/смг Допускаемые напряжения в кг/см2 Марка материала Расчетные сопротивления в кг/см2 Допускаемые напряжения в кг/см1
АВТ 1600 1100
Смятие (выкалывание) основного АВТ1 2700 1900
материала Д16Т 3800 2600
В92Т 3000 2100
АМгбМ 2200 1600
AN г61Ч 2500 1800
АД31Т 1100 750 Срез заклепок из сплава
АД31Т1 1900 1300
АДЗЗТ 1400 1000 Д18пТ 1100 750
АДЗЗТ1 2500 1700 В65Т 1450 1000
АД35Т 1400 1000 АДЗЗТ 1 1000 700
АД35Т1 2700 1900 АВТ1 1000 700
В конструкциях из алюминиевых сплавов могут применяться болтовые
соединения из алюминиевых сплавов; в конструкциях из магналиев —
болты из сплава АМг5; в конструкциях из дуралюминов — болты из
сплавов Д16Т, Д18пТ, В65Т; в сплавах системы Al—Mg—Si — болты из
сплавов АВТ1, АДЗП1.
Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения для болтов на
растяжение и срез приведены в табл. 285.
Таблица 285
Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения для болтов
Тип болтовых соединений Напряженное состояния Величина в кг/см2 расчетных сопротивлений для сплавов
АМг5п Д18пТ Д16Т В65Т В94Т1 АДЗЗТ1 АВТ1
Болты чистые и получистые Растяжение 1250 1450 2000 2500 1600
(повышенной точности) Срез 900 950 1300 1500 950
Болты черные (нормальной Растяжение 1250 1450 2000 2500 1600
точности) Срез 800 850 1150 1350 850
Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения на смятие сле-
дует принимать на 10% меньше соответствующих заклепочных соединений.
Учитывая коррозионные особенности алюминиевых сплавов при
контакте с другими материалами, не следует допускать непосредственного
контакта конструкций из алюминиевых сплавов со сталью, медью, магнием,
бетоном и деревом. Защита от коррозии конструкций из алюминиевых
сплавов, эксплуатируемых в промышленной или морской атмосфере,
осуществляется анодированием и лакокрасочными покрытиями. Предохра-
нение от контактов с другими материалами осуществляется грунтовкой и
изолирующими прокладками из: полиизобутилена, тиоколовых лент и
замазок, тканей, пропитанных грунтом, резины и др.
Деревянные детали, контактирующие с алюминиевыми конструк-
циями, пропитывают антипиреном или этиноловым лаком, грунтуют и
окрашивают.
Железобетонные, кирпичные и оштукатуренные поверхности изолиру-
ют от алюминиевых конструкций специальными мастиками и прокладками.
Применение алюминиевых сплавов в конструкции подъемно-транспорт-
ных машин обеспечивает:
- уменьшение общего веса конструкции;
- увеличение грузоподъемности без упрочнения строительных конст-
рукций;
- увеличение скорости и ускорения при движении без увеличения
мощности привода и расхода электроэнергии;
- уменьшение ремонтно-эксплуатационных расходов.
3.5. ЭНЕРГЕТИКА
3.5.1. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Алюминий и его сплавы широко применяют в электротехнике в
качестве проводникового и конструкционного материала. Как проводнико-
вый материал алюминий характеризуется высокой электро- и теплопровод-
ностью (после меди максимальный уровень среди технически применяемых
материалов), малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью в
атмосферных условиях, высокой стойкостью против воздействия химичес-
ких веществ, нейтральным поведением по отношению к изоляционным
материалам, например к маслам, лакам и термопластам (в том числе и
при повышенных температурах), малой магнитной восприимчивостью, а
также образованием неэлектропроводного, легко устранимого порошко-
образного продукта (А12О3) в электрической дуге.
Алюминиевые сплавы могут применяться в качестве конструкционного
материала, для коммутационных аппаратов, мачт линий электропередачи,
корпусов электродвигателей и т.д.
Экономическая целесообразность применения алюминия в качестве
проводникового материала базируется на благоприятном соотношении
его стоимости и стоимости меди. В таб. 286 приведены физические и
электротехнические характеристики алюминиевых и медных проводни-
ковых материалов, а в табл. 287 характеристики алюминиевых проводнико-
вых материалов по отношению к медным (медь 100%).
Таблица 286
Физические и электротехнические характеристики алюминиевых
и медных проводников
Медь Алюминий Сплав АЕ2
Плотность, кг/дм3 8,9 2,7 2,7
Электропроводность, м/(Ом-мм2) при 20°С 56 35 20
при 60°С 48 30 26
Отношение электропроводности к плотности 6,3 13 И
Удельное сопротивление при 20°С, Ом-мм2/м 0,0178 0,0286 0,0333
Температурный коэффициент электросопротивления в интервале 1—100°С, К'1 0,0038 0,0040 0,0036
Температура плавления, °C 1083 658 530
Теплота плавления, кал/ч (кал/см3) 43,3 (385) 92,4 (250) 90 (243)
Удельная теплоемкость при 1—100°С Дж/ (гК) 0,393 0,92 0,92
Дж/(см2-К) 3,47 2,58 2,58
Теплопроводность при 1—100°С: кал/(см-с-К) 0,92 0,55 0,45
Вт/(смК) 3,85 2,2 1,9
Средний коэффициент теплового расширения при t-100’C, мм/(м-К2) 0,017 0,024 0,023
Модуль упругости, кгс/мм2 11000 6500 7000
Предельная термическая плотность тока, А/мм2 154 102 89
П ютиость тока плавления, А/м и2 3060 1910 1690
Таблица 287
Характеристики алюминиевых проводниковых материалов
по отношению к медным (медь 100%)
Алюминий Спла Л-1
Проводники равной длины: масса 30,0 30,0
электропроводность 62,5 53,5
ток равного нагрева 80,0 74,0
Проводники равного сопротивления; поперечное сечение 160,0 187,0
диаметр и поверхность 127,0 137,0
масса 48,5 56,0
предельный ток по теплонагрузке 106,0 122,0
ток плавления 100 116
Проводники равной теплонагруженности; сечение 137,0 187,0
диаметр и поверхность 117,0 137,0
масса 42,0 56,0
предельный ток по теплонагрузке 93,0 122,0
ток плавления 87,0 116
Электротехническая промышленность — крупнейший потребитель
алюминия. Доля ее потребления в различных странах колеблется от 10 до
30%. Наиболее широко алюминий используют в кабельной промышлен-
ности, на которую в настоящее время приходится около 90% всего
алюминия, потребляемого в электротехнике.
В зависимости от величины удельного электросопротивления алюми-
ниевые электротехнические сплавы подразделяются на проводниковые и
сплавы с повышенным электротехническим сопротивлением.
В табл. 288 приведен химический состав электротехнического алюми-
ния и алюминиевых проводниковых сплавов.
Таблица 288
Химический состав электротехнического алюминия
и алюминиевых проводниковых сплавов, % (по массе)
Марка сплава Содержание основных элементов Содержание примесей, не более Примечание
Mg Si Fe Al Fe Si Си Zn Ti Мп В сумме
А7Е — — — 99,7 0,2 0,08 0,01 0,04 0,01’* 0,01’* 0,3 —
А5Е — — — 99,5 0,35‘2 0,12 0,02 0,04 0,01*’ 0,01** 0,5 Ti+V+Mn+ +Crs0,015; Sis0,15
АДО — — — 99,5 0,3 0,30 0,02 0,07 0,05 0,025 0,5 Mg< 0,03
АД31 0,4- 0,9 0,3- 0,7 — Ос- нова 0,5 — 0,1 0,2 0,15 0,1 0,1 —
АД31Е 0,45— 0,9 0,45— 0,9 0,1- 0,6’3 » — — 0,05 0,1 0,015’* 0,015’* 0,1 Ti+V+Mn+ +Cr^0,03
АВЕ 0,45— 0,65 0,45— 0,6 0,4- 0,7 — — 0,05 0,05 0,015’* 0,015’* 0,1 —
1327 0,45— 0.7 0,45- 0,7 0,2- 0.65 » — — 0,05 0,05 0,015** 0,015’* 0,1 —
АЕ1 0, IS- О.35 0,25- 0,45 0,15— 0,45 » — — 0,02 0,05 о,or* 0,01’* 0,8 —
АЕ2 0,35— 0,55 0,4- 0,65 0,15— 0,40 — — 0,02 0,05 0,01’1 0,01’* 0,8 —
’* для Ti+V+Mn+Cr
'2 Fe> 0,18
‘3 В <0,08
При большом поперечном сечении (> 25 мм2) механические свойства
алюминиевых проводниковых материалов, вполне обеспечивают надежную
работу электропроводящих элементов, однако при использовании таких
материалов для изготовления тонкой проволоки, например обмоточного
провода и т.д., могут возникнуть определенные сложности в связи с их
недостаточной прочностью и малым числом перегибов до разрушения.
Использовать для таких целей холоднотянутую наклепанную проволоку
в большинстве случаев невозможно из-за малой пластичности и малого
числа перегибов до разрушения. Чаще всего тонкую алюминиевую проволо-
ку используют в полутвердом состоянии, которое достигается в результате
рекристаллизационного отжига проволоки после холодного волочения.
В последние годы разработаны алюминиевые сплавы, которые даже в
мягком состоянии обладают прочностными свойствами, достаточными
для их использования в качестве проводникового материала. Такие сплавы,
имея электропроводность на уровне электротехнического алюминия, обла-
дают сравнительно малой склонностью к ползучести и способны выдержать
достаточное число перегибов без разрушения.
Для особых целей, например в полупроводниковой и криогенной
технике, применяют особо чистый алюминий (99,99%) и сплавы на его
основе в виде проволоки, микропровода (диаметром до 15 мкм) и напылен-
ных покрытий.
Удельная электропроводность электротехнического алюминия А7Е,
А5Е равны 60—62% от проводимости отожженной меди. Технический
алюминий АДО и электротехнический А5Е широко применяется для
изготовления проводов, кабелей, шнуров, шин, профилей и труб различного
электротехнического назначения.
Наибольшее применение в электротехнике получили малолегирован-
ные алюминиевые сплавы, системы AL—Mg—Si: АД31, АД31Е, ABE, 1327,
АЕ1, AE2 и др. Алюминиевые сплавы, имеющие 56—59% удельной
проводимости от отожженной меди применяются для тех же целей, что и
электротехнический алюминий в случае, когда требуется более высокая
прочность, теплопроводимость, сопротивление ползучести и др.
Из сплавов АД31 и АД31Е изготавливают профили и трубы. Сплав
АД31Е имеет более высокую проводимость, чем сплав АД31 и служит
для производства проводов линий электропередач, в том числе биметалли-
ческих: стале- и медно-алюминиевых гибких проводов с изоляцией
различных типов.
Алюминиевые проводниковые сплавы стали более широко применять
для воздушных проводов и кабелей связи (главным образом сплавы АД31Е,
АВЕ). Высокая прочность проводов из алюминиевых сплавов позволяет
увеличить размеры пролетов линии электропередач, способствует уменьше-
нию количества повреждений при монтаже. По величине сопротивления
действию дуги, возникающей при коротком замыкании, провода из
алюминиевых сплавов занимают второе место после медных и значительно
устойчивее проводов из алюминия. Более низкая, чем у меди, проводимость
алюминия и алюминиевых сплавов приводит к необходимости увеличения
сечения проводов, а это уменьшает потери на корону и скин-эффект.
Стоимость алюминиевого провода в линиях электропередач составляет
от 1/2 до 1/3 стоимости медного провода равной проводимости.
Сталеалюминевые провода для напряжений до 750 кВ, предназначен-
ные для передачи электрической энергии в воздушных электрических
линиях и на линиях электрифицированного транспорта; силовые кабели
высокого (1—35 кВ) и сверхвысокого напряжения (до 50 кВ) с алюминие-
выми жилами и оболочками; кабели связи всевозможных видов и
назначений; трансформаторы до 70 тыс. кВт; электрические двигатели до
1000 кВт и более; реакторы; шинопроводы; провода для работы при
повышенных температурах; биметаллические алюминиево-медные
установочные провода и жилы для контрольных и радиочастотных кабелей;
разнообразная электрическая и светотехническая арматура — таков
неполный перечень основных видов применения алюминия и алюминие-
вых проводниковых сплавов в электротехнических изделиях.
Сортамент полуфабрикатов, используемых в этих изделиях, также
разнообразен: прямоугольная (сечением 1,8 + 7 х 4,1 + 18 мм) и круглая
проволока диаметром от 0,08 мм до микронных размеров в волокнистой,
эмалиево-волокнистой и пластмассовой изоляции, оксидированная или
незащищенная; кабельные оболочки диаметром 10—100 мм неограничен-
ной длины; однопроволочные секторные жилы сечением 50—240 мм2,
фасонные и прямоугольные шины шириной до 380 мм; листы, фольга,
биметаллы; литые детали, преимущественно из различных сплавов алюминия.
Кроме специальных проводниковых сплавов, в электро- и светотехни-
ке находят применение мало- и среднелегированные алюминиевые
деформируемые сплавы. Наиболее употребляем сплав АД31, в ряде случаев
используют сплавы 1320, 1915, 1925 (1955) и др. Сплав 1320 системы
AL—Mg—Si наиболее близок по свойствам к сплаву АД31, превосходит
последний по пределам прочности и текучести, коррозионным свойствам,
качеству поверхности после прессования, уступая по электропроводности.
Большинство этих сплавов применяют для получения различных
прессованных полуфабрикатов электротехнического назначения. Профили
из этих сплавов максимально приближены по сечению к определенным
деталям электротехнических изделий. Кроме того, прессованные профили
применяют для изготовления корпусов электродвигателей; разных
приборов; стоек; ребер жесткости; плат, к которым крепятся детали; для
радиаторов и охладителей полупроводниковых приборов непосредственно
или взамен стального и медного проката, алюминиевого и медного литья.
Опыт производства и эксплуатации светильников с алюминиевыми
корпусами свидетельствует о значительных преимуществах алюминиевых
сплавов перед стальным прокатом.
Использование прессованных тонкостенных профилей из сплавов
АД31, 1320, 1915 и др. открывает перспективу создания принципиально
новых конструкций осветительных приборов, снижения трудоемкости и
экономии материалов. Наибольшая эффективность может быть достигнута
при применении для арматуры электро- и светотехнических изделий
катаных и прессованных полуфабрикатов из сплавов на основе вторичного
сырья ВД1 и др. с плакированием техническим или электротехническим
алюминием или сплавами АД35, АЦ2.
Полуфабрикаты для электротехнических изделий производят различ-
ными способами.
Исходную заготовку для проволоки — круглую катанку диаметром
25,0—9,0 мм получают прокаткой сплавов на проволочно-прокатных станах
или из расплавленного алюминия методом непрерывного литья и прокатки
литой заготовки.
Проволоку из катанки получают волочением на машинах многократ-
ного волочения. Для снятия нагартовки после волочения производят отжиг
при температуре 350—450 °C.
Алюминиевомедную биметаллическую проволоку получают формова-
нием медной ленты в трубку вокруг алюминиевого сердечника и аргоно-
дуговой сваркой с последующим обжатием заготовки на волочильной
машине, что обеспечивает холодную сварку медной оболочки с алюминие-
вым сердечником.
Алюминиевомедные биметаллические листы, ленты и плиты получают
горячей и холодной прокаткой пакета заготовок слитка алюминия и листа
медных сплавов.
Шины получают прессованием из слитков. Многопроволочные алюми-
ниевые или алюминиевомедные провода получают путем скрутки по
различным схемам проволоки из сплавов А5Е или АД31Е.
Полуфабрикаты и конечные изделия из электротехнического алюми-
ния И алюминиевых проводниковых сплавов подвергают следующим
видом термообработки — отжиг промежуточный, окончательный; — закалка
и искусственное старение; — термомеханическая обработка по схеме:
закалка — волочение — старение.
В табл. 289 приведены гарантированные физико-механические харак-
теристики электротехнических алюминия и алюминиевых сплавов.
В табл. 290 приведены данные по физико-механическим и коррозион-
ным свойствам некоторых проводниковых алюминиевых сплавов.
Таблица 289
Гарантируемые механические свойства и удельное электросопротивление проволоки,
шин, профилей и труб электротехнического назначения
Вид изделия Диаметр, мм Сплав, состояние Механические свойства Число перегибов. п р-10*4 Ом-м, не более
св, МПа в, %
Проволока для 0,08-0,6 А5Е 98-176 0,5-1 8-7 0,283
проводов и кабелей 0,6-10,0 0,6-10,0 А7Е АТ (нагарто- вапное) АПТ (полу- 167-147 137-88 1-2 2-3 18-14 0,283
0,5-10,0 нагартованное) AM (отоженное) 98-73,5 10-25 — 0,0280
Проволока для 1,5-4,5 АТП 191-167 1,5-2,0 8-7 0,283
неизолированных проводов линий электропередач Шины, профили, s 100 см2 (повышенной твердости) АДО без 68,5 15 0,0290
труоы г 100,1 см2 термообработки 59 15 — 0,0290
Все АД31Т 127,5 13 °0,2 0,0350
размеры АД31Т1 196 8 МПа 59 147 0,0325
291
Таблица 290
Физико-механические и коррозионные свойства проволоки
из проводниковых алюминиевых сплавов
Марка сплава Диаметр проволоки, Состо- яние а„ МПа МПа е, % МПа р-10’7, Ом-м Потери при коррозионных испытаниях, % Скорость коррозии,
при 20 (250)°С До, Дб г/(м ч)
АД31Е 12-9 ЛП 120-160 80 — 110 9-20 50-70 29,6— 31,7 5-10 2-27 0,001 — 0,007
(АВЕ, 01327) 10-8 ГП 150-160 80— 100 15-20 60-70 30,4— 32,5 3-8 3-30 0,001- 0,007
10-8 м 70-120 33-50 26-43 — 27,8— 28,9 3-13 0-35 0,001 — 0,007
3-2 АСЗ 300-370 250 — 300 3-7,5 100— 120 30,7— 33,6 1-9 2-35 0,001 — 0,018
3-2 ACT 240-300 (130-140) 200 — 270 1,3- 2,7 (2-3) 60-80 28,5 — 29,5 5-11 6-35 0,001- 0,018
3-2 АСМ 100-120 40-70 30-32 — 28-28,3 10- 15 ’ 11- 46 0,001 — 0,018
3-2 Т1 260-280 170— 210 5,5-9 80-100 32-33,5 6-15 24 — 57 0,001- 0,066
0,5-0,15 АСЗ 290-340 240 — 280 0,75— 1,25 100— 120 30-32,2 0-5 0-10 0,002 — 0,007
0,5-0,15 АТ 220-290 160— 250 1-2,5 110— 120 28,8— 29,8 2-13 3-20 0,002 — 0,007
0,5-0,15 АПТ 180-225 (120-137) 130 — 160 1-3,4 (1,5— 2) 110— 120 29-30,2 (54-63) 1-14 9-23 0,001- 0,013
0,5-0,15 AM 90-110 30-60 17-21 — 28,6— 29,1 1-10 3-22 0,001 — 0,013
0,5-0,15 Т1 250-270 150 — 170 10-15 120 — 130 31,8— 32,3 5-11 4-27 0,003 — 0,05
011017 0,5-0,3 АТ 200-270 150 — 190 0,7- 1,5 100 — 120 27,8— 28,3 0-2 5-16 0,001- 0,02
0.5-0,3 АПТ 140-200 (90-95) 1-3 (0.9 — 1,5) 100- 110 27,2-28 (45,8— 55) 0-15 4-25 0,0003- 0,0018
01417 0,5-0,3 АПТ 160-200 (100-180) 120 — 150 1,0- 4,0 (1-2) 110— 120 29-31,2 (45,8— 59) 6-19 21 — 34 0,003- 0,03
Примечание:
1. Минимальные — максимальные данные испытаний 30—70 образцов: 14—16 — плавок.
2. ЛП — после совмещенного литья, прокатки и естественного старения; ГП — горячепрессованное
и естественное состаренное; АСЗ — НТМО; ACT; АТ— нагартованное; ACM, AM — отожженное; АПТ
— полунагартованное; Т1 — закаленное и искусственное состаренное.
3. Число перегибов проволоки диаметром 2 мм из сплава АД31Е до (после) коррозионных
испытаний равно: АСЗ 8—12 (6—9); аСТ и Т1 — 6—8 (3-4); АСМ — 20—34 (18—30); число
скручиваний: АСЗ 7—8; ACT и Т1 5-7.
Коррозионная стойкость кабелей, прокладываемых в грунте, обеспечи-
вается покрытием битумом, различными антисептическими составами.
Сталеалюминевые провода для уменьшения коррозии между оцинкован-
ными стальными и алюминиевыми проволоками смазывают жирами,
преимущественно на основе алюминиевых и кальциевых мыл. Для защиты
от коррозии, а также для повышения теплостойкости алюминиевых прово-
дов применяют анодное оксидирование с толщиной пленки 6—8 мкм,
пропитку специальным лаком и др.
В табл. 291 приведено требуемое соотношение механических свойств,
электросопротивления и способности к гибу для ряда изделий из проводни-
ковых деформируемых алюминиевых сплавов.
Таблица 291
Соотношение механических свойств, электросопротивления и способности к гибу
для электротехнических изделий из проводниковых алюминиевых сплавов
Наименование изделия МПа, не менее 6, %, не менее Число перегибов, п р«10’7, Ом-м, ие более
Провода для воздушных линий электроне редач 320 5 — • 32,5
Кабели для радиофикации 200 25 50 29,5
Контрольные кабели 200 10 16 29,5
Шланговые шнуры и кабели 160 16 20 30,0
Специальные кабельные изделия 300 25-30 — 40,0
Примечание. Разброс параметров и асимметрия между жилами не должны превышать по р 3%, по о„ 5% и поб 10%.
Методы соединения алюминиевых жил, оболочек и проводов основа-
ны на химическом или механическом разрушении окисной пленки с
целью создания надежного электрического контакта. Известно шесть
основных способов соединения: холодная сварка давлением, болтовые
соединения, мягкая и твердая пайка, заделка в наконечники, сварка
плавлением.
В производстве силовых кабелей используется наибольшее количество
алюминия, потребляемого в электротехнической промышленности. В
настоящее время около 85% всех силовых кабелей выпускается с алюми-
ниевыми токопроводящими жилами. Для большинства конструкций
кабелей взамен свинцовой оболочки применяется оболочка из алюминия.
Конструкция силовых кабелей с алюминиевыми токопроводящими жилами
и алюминиевой оболочкой является наиболее рациональной. Отечествен-
ные силовые кабели с применением алюминия выпускаются на напряже-
ния до 35 кВ, а за рубежом проложены кабельные линии на напряжения
до 380 кВ, выполненные из кабелей с медными жилами и алюминиевой
оболочкой.
Применение алюминия в производстве силовых кабелей дает высокую
экономическую эффективность и позволяет сэкономить такие остродефи-
цитные металлы, как медь и свинец. При определении эффективности
применения меди и алюминия в качестве токопроводящих жил силовых
кабелей следует иметь в виду, что масса алюминия в 2 раза меньше массы
меди при эквивалентной передаваемой мощности. Это существенно сказы-
вается на стоимости кабелей с алюминиевыми жилами. Еще большая
разница получается при сопоставлении стоимостей свинцовых и алюми-
ниевых оболочек.
При одинаковой толщине стоимость алюминиевых оболочек без учета
стоимости защитных покровов почти в 5 раз меньше стоимости свинцо-
вых. Сравнительная себестоимость кабелей типа СБ, АСБ и ААБ приве-
дена в табл. 292. При расчете себестоимости учитывалось, что для передачи
эквивалентной электрической мощности из-за повышенного удельного
электрического сопротивления алюминия приходится применять алюми-
ниевые жилы большего сечения по сравнению с медными (вместо кабелей
с медными жилами сечением 3 х 70 мм2 кабели с алюминиевыми жилами
сечением 3 х 95 мм2).
Таблица 292
Относительная себестоимость силовых кабелей ва напряжение 6 кВ
с медными и алюминиевыми жилами
Марка и конструкция кабелей Себестоимость, %
СБ 3 х 70 мм2, жилы — медные, оболочка — свинцовая, бронированный стальными лентами с наружным защитным покровом 100
АСБ 3 х 95 мм2, жилы — медные, оболочка — алюминиевая, бронированный стальными лентами с наружным защитным покровом 70
ААБ 3 х 95 мм2, жилы — алюминиевые, оболочка — алюминиевая, бронированный стальными лентами с наружным защитным покровом 45
При анализе себестоимости четырехжильных кабелей со свинцовой
оболочкой можно видеть, что еще больший экономический эффект
получается при их замене трехжильными кабелями с алюминиевой
оболочкой с использованием последней в качестве нулевой оболочки.
Различные типы силовых кабелей с алюминиевыми жилами выпус-
каются с сечением жил от 1 до 800 мм2.
В кабелях с бумажной изоляцией могут применяться как однопрово-
лочные, так и многопроволочные жилы.
Алюминиевые проводники кабелей можно соединять сваркой, пайкой,
стяжкой (зажимы), прессованием, опрессовкой и насечкой.
Наиболее желательны с электротехнической точки зрения сварные и
паяные соединения, однако для их выполнения требуется ручной труд.
При выполнении стяжных соединений необходимо пользоваться соответ-
ствующими приспособлениями. Выполнение прессованных соединений
в значительной степени механизировано, не требует особого навыка и
больших затрат ручного труда.
Одной из важнейших областей применения алюминия в электротехни-
ке является его использование для проводов воздушных линий электропе-
редач. Провода для воздушных линий передач выпускаются следующих
марок: А (алюминиевые), АС (сталеалюминиевые), АСО (сталеалюминие-
294
вые облегченной конструкции) и АСУ (сталеалюминиевые усиленной
конструкции).
Провода марки АСО и АСУ отличаются от провода марки АС
соответствующего сечения конструктивно, например провода марки АС
сечением 400 мм2 имеют следующую конструкцию: 28 х 4,24 + 19 х 2,2
(т.е. 28 алюминиевых проволок диаметром 4,24 мм и 19 стальных
проволок диаметром 2,2 мм). Конструкция провода марки АСО того
же сечения состоит соответственно из 54 х 3,04 + 7 х 3,0, а марки АСУ
30 х 4,12 + 19 х 2,5.
В результате расчетная масса воздушных проводов сечением 400 мм2
составляет: для марки АС — 1600 кг/км, АСО — 1501 кг/км, АСУ — 1840
кг/км. В соответствии со стандартами эти провода выпускаются с сечением
токопроводящей алюминиевой части от 10 до 700 мм2, при чем провода
марки А имеют сечение от 10 до 600 мм2, АС — от 10 до 400 мм2, АСО —
от 150 до 700 мм2, АСУ — от 120 до 400 мм2. Алюминиевые и сталеалюми-
ниевые провода являются многопроволочными.
Обмотку из алюминия можно выполнять, используя проводники
любого сечения (круглую, ПЛОСКуЮ И профильную ПрОВОЛОКу, фОЛЬГу И
ленту). Применяя алюминиевую проволоку с лаковой изоляцией, следует
принимать во внимание, что из-за высокой температуры обжига лака
проволока поставляется только в мягком состоянии.
Учитывая низкую прочность такой проволоки при выполнении обмо-
ток, необходимо работать с малым усилием натяжения, т.е. пользоваться
легкими намоточными станками или при использовании имеющихся в
распоряжении станков увеличивать поперечное сечение проволоки. По
сравнению с медной проволокой алюминиевая существенно меньше
пружинит, в связи с чем разбухание прямоугольных катушек меньше.
При работе с алюминиевой проволокой можно в меньшей степени разгру-
жать и намоточные головки. Из-за малой массы алюминиевых обмоток
снижаются силы инерции.
Применительно к обмотке, расположенной в железных камерах, напри-
мер в двигателях, часто проблемой является увеличение объема камеры
для обмотки при увеличении сечения провода.
Намного более предпочтительны с точки зрения занимаемого объема
обмотки из алюминиевой ленты или фольги. У таких обмоток коэффициент
заполнения, т.е. отношение сечения обмотки к сечению проводников,
можно (используя соответствующие изоляционные материалы) довести
до 95% (у обмоток из круглой проволоки до 60%), что компенсирует
необходимость увеличения сечения проводников из-за меньшей электро-
проводности алюминия. Принципиальным преимуществом таких обмоток
является отсутствие в них межслойного напряжения, в связи с чем изоля-
цию на проводниках можно рассчитывать на существенно меньшее по
величине межвитковое напряжение.
295
В качестве изоляционного материала в обмотках из ленты могут быть
использованы как бумага, так и пластмасса. Во многих случаях очень
большие преимущества дает использование лент, подвергнутых анодному
оксидированию. Получаемые при этом окисные пленки имеют очень высо-
кое напряжение пробоя. При перегибании (намотке) анодированных
проводников в окисной пленке могут появиться волосовидные трещины,
которые существенно снижают допустимое межвитковое напряжение.
Термостойкость такой изоляции (температура плавления окисной пленки
2000°С) очень велика. Допустимая температура обмотки определяется
исключительными характеристиками окружающих обмотку материалов и
жаропрочностью алюминия. Катушки из анодированной алюминиевой
ленты не нуждаются в каркасе и очень хорошо ведут себя при коротком
замыкании. Определенные преимущества имеет и процесс изготовления
таких катушек, так как МОЖНО использовать простейшие намоточные
станки.
Алюминиевые обмотки можно подключать, используя сварку, пайку
твердыми и мягкими припоями или применяя зажимные соединители.
Для сохранения техники выполнения соединений, принятой для обычных
медных обмоток, можно на алюминиевые проводники, используя мягкие
припои и сварку давлением (холодную сварку давлением, ультразвуковую
сварку, стыковую сварку сплавлением), крепить припаевыемые или прива-
риваемые контакты из меди.
При непосредственном подключении пайкой можно использовать
никелированную, луженую или плакированную медью проволоку. Вывод-
ные концы алюминиевых обмоток можно также готовить к пайке поочеред-
ным лужением в жидком припое, на который воздействуют ультразвуком.
Трансформатостроение потребляет большое количество проводниковых
материалов (18—20% от общего потребления обмоточных проводов). При
применении алюминиевых обмоточных проводов масса алюминиевых
обмоток составляет примерно 0,6 массы медных обмоток.
В тяговом и грузоподъемном электрооборудовании возможна полная
замена меди алюминием в катушках полюсов.
В низковольтных сварочных генераторах постоянного тока алюминие-
вые провода могут применяться при изготовлении катушек главных и
дополнительных полюсов, последовательных витков и соединительных
шин, при этом алюминиевую обмотку возбуждения и ошиновку можно
разместить, не увеличивая внутреннего диаметра станин.
Применение алюминиевых обмоточных проводов в электробытовых
машинках и приборах решается в каждом конкретном случае с учетом
конструкции и эксплуатации изделия.
Турбо- и гидрогенераторы являются одними из самых металлоемких
электрических машин по потреблению цветных металлов. Поэтому приме-
нение здесь алюминия и его сплавов является эффективным с технической
и экономической стороны.
В гидроагрегатах это обмотка возбуждения, которая позволяет упрос-
тить конструкцию и технологию изготовления изделия.
Кроме вышеперечисленных мест и применения алюминия, он приме-
няется при изготовлении высокочастотных устройств для приемных и
передаточных антенн, силовых кабелей, полых проводников и экранов.
Большое значение имеет алюминий в качестве материала для изготов-
ления конденсаторов.
Бумажные конденсаторы изготавливают из двух полос алюминиевой
фольги и полосы диэлектрика, в качестве которого используют специальную
бумагу. Фольгу п бумагу совместно сматывают в рулон. Последовательное
и параллельное включение нескольких обмоток обеспечивает получение
заданных характеристик по емкости и рабочему напряжению. Подключение
обкладок конденсатора осуществляется вкладыванием в обмотку ПОДСОеди-
нительных проводников, сваркой, пайкой или напылением металлических
перемычек на торцовые поверхности рулонов. Готовые рулоны для защиты
от влаги и для улучшения их электротехнических характеристик пропиты-
вают специальным маслом или синтетической пропиточной жидкостью, а
затем герметично закупоривают в алюминиевый или стальной жестяной
кожух.
В громоотводах алюминий наряду с оцинкованной сталью и медью
используется для выполнения надземных проводников. Допускается
применение круглой проволоки диаметром 10 мм и плоской ленты 20 х 4
мм. В качестве материала для проводников громООТВОДОВ ИСПОЛЬЗуетСЯ
алюминий А199,5. Для выполнения подземных проводников, а также
проводников на высоких трубах применение алюминия не допускается.
Нельзя использовать алюминиевые проводники на медных крышах и
медные проводники на алюминиевых крышах.
При использовании в качестве материала для проводников громоотво-
дов преимущества по сравнению с медью и оцинкованной сталью
определяются в первую очередь его лучшей коррозионной стойкостью в
атмосфере промышленного дыма, малой массой и хорошей обрабаты-
ваемостью. Учитывая высокий коэффициент термического расширения
алюминия, алюминиевые проводники при теплой погоде следует проклады-
вать с достаточно большим провисанием, чтобы при низких температурах
в проводе не возникали недопустимо высокие растягивающие напряжения.
Для закрепления алюминиевых проводов можно использовать опорные
элементы из оцинкованной стали или пластмассы.
3.5.2. АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Алюминий и его сплавы нашли широкое применение в атомной
энергетике благодаря ценному комплексу ядерно-физических, химических
и механических свойств для изготовления защитных оболочек тепловыде-
ляющих элементов (ТВЭЛ) и регулирующих стержней системы защиты
управления (СУЗ), трубопроводов, баков и различных вспомогательных
конструкций в активной зоне атомных реакторов.
Алюминий применяют в качестве матрицы сердечника дисперсионных
ТВЭЛов, в которых в качестве топлива используют двуокись урана и
плутония или соединения урана и плутония с алюминием. Высокая тепло-
проводность алюминия в сочетании с рационально выбранной геометрией
позволяет эксплуатировать ТВЭЛы при значительных тепловых нагрузках.
Значения плотности потока нейтронов исследовательских реакторов,
оснащенных ТВЭЛами такого типа, превышают 1019 нейтр/(с-м2), а в
тяжеловодном реакторе СР-ЗЦ (США) нейтронный поток достигает
4,2-Ю19 нейтр/(с-м2) при температуре на поверхности ~ 100°С и скорости
потока воды — 20 м/с.
В американской практике для низкотемпературных водоохлаждаемых
реакторов используют технический алюминий марки 1100 и сплав 6061
системы AL—Mg—Si (типа отечественного сплава АДЗЗ).
Коррозионная стойкость алюминия в воде при повышенных темпера-
турах в значительной степени зависит от его чистоты. Алюминий высокой
чистоты (99,99%) нестоек в воде при температурах выше 90°С. Технические
сорта алюминия (-99%) длительно устойчивы в дистиллированной воде
при температурах до 130°С и кратковременно до 200°С.
В динамических условиях скорость коррозии алюминия в несколько
раз выше, чем в статических, причем процесс коррозии при больших
скоростях потока воды (> 3 м/с) протекает по линейному закону и может
иметь место эрозионное смывание защитного окисного слоя.
Технический алюминий можно эксплуатировать в водоохлаждаемых
атомных реакторах при температурах не выше 130°С.
Технический алюминий применяют в промышленных водоохлаждае-
мых реакторах по производству плутония в Хэнфорде и Саванна-Ривер в
США, а также во многих исследовательских реакторах и реакторах по
производству изотопов в США, России, Канаде, Англии, ФРГ, Италии,
В отечественной практике в качестве конструкционного материала
активной зоны и защитных оболочек ТВЭЛ в исследовательских водо-
охлаждаемых реакторах типа МР, ИРТ, ВВР-С, ВВР-М, МИР и др. при
температурах до 130°С применяют алюминиевый сплав САВ-1 (типа АВ)
системы AL—Mg—Si.
Сплав САВ-1 отличается от первоначального сплава АВ (авиаль) тем,
что не содержит меди и марганца, а также малым содержанием примесей,
заметно поглощающих нейтроны, и имеет следующий состав, % (по массе):
основные компоненты — Mg 0,45—0,90, Si 0,7—1,2; примеси (не более) —
Fe 0,2, Си 0,012, Мп 0,012, Ni 0,03, Ti 0,02, Cd 0,0001, Zn 0,03, D 0,00012,
прочие примеси — каждой s0,03, сумма s0,07. Из этого сплава изготав-
ливается широкая номенклатура полуфабрикатов: трубы — прессованные
и катанные, плиты горячекатанные, листы холоднокатанные, кованные
кольца, штамповки.
298
Сплав САВ-1 реакторной чистоты в искусственно состаренном
состоянии имеет пониженную пластичность. По этой причине конструк-
тивные элементы ядерных реакторов из этого сплава применяют в
закаленном и естественно состаренном состоянии (табл. 293).
Для крупногабаритных изделий, эксплуатируемых при 80—130°С
в течении более 50000 ч, разработан стабилизирующий режим термообра-
ботки: закалка после нагрева до 520°С и старение при 222—230°С в течение
20—24 ч. Такая термообработка устраняет охрупчивание изделий в процес-
се работы при повышенных температурах и обеспечивает надежную дли-
тельную эксплуатацию конструкций.
Скорость коррозии сплава САВ-1 в дистиллированной воде при 120°С
равна 0,03 мм/год. Предел длительной прочности cyj^ooo = 100 МПа (САВ-1Т).
Из сплава САВ-1 изготовлены основные элементы конструкций
активной зоны тяжело водного реактора первой атомной станции А-1 в
Чехии: бак, технологические трубы, днище, крышка и др. Сплав САВ-1
применен в реакторах большей мощности РБМК для защитных оболочек
стержней СУ-3.
Таблица 293
Механические свойства полуфабрикатов из сплава САВ-1
Изделие Состояние о р, МПа о о 2, МПа 8, %
Штамповка Закаленные и естественно состаренные 198,9 117,6 15,5
Стабилизированные 180,0 130,3 11,1 Г5, с 22]
Катанные плиты толщиной 65—85 мм Закаленные и естественно состаренные 215,6 122,5 25,0
Трубы хол одноката! гные То же 239,1 154,8 23,6
Конструкционные материалы активной зоны реакторов подвергаются
воздействию ядерных излучений: нейтронному и у-излучению, вызывае-
мому действием у-квантов на атомы материала. Наибольшее практическое
значение имеет облучение нейтронами. Установлено, что облучаемые при
низких температурах алюминиевые детали при флюенсе 1,26 4- 1,8 • 1025
нейтр/м2 (Е > 0,1 МэВ) значительно повышают прочностные свойства,
почти сохраняя исходную пластичность в нагартованном и термоупроч-
ненном состояниях (табл. 294). Наибольшие изменения изделия претер-
певают в отожженном состоянии. Таким образом, нейтронное облучение
при флюенсе 1,26 + 1,8 • 1025 нейтр/м2 (Е > 0,1 МэВ) и температуре до
100°С приводит к улучшению механических свойств изделий из алюми-
ниевых сплавов.
Алюминиевые сплавы системы Al—Mg—Si менее всего подвержены
радиационному повреждению при больших флюенсах. У сплавов 6061
(Тб) после облучения быстрыми нейтронами 9,2 • 1026 нейтр/м2 (Е > 0,1
299
МэВ) и тепловыми нейтронами 1,38 • 1027 нейтр/м* 2 * * * * * при 60°С обнаружено
увеличение временного сопротивления в 1,5 раза и снижение пластической
деформации примерно вдвое.
Таблица 294
Влияние облучения на механические свойства алюминия и его сплавов
Марка сплава Состояние Исходные свойства Флюенс, иейтр/м2 Свойства после облучения
О..2, МПа ° » МПа в, % .2» МПа о МПа а, %
1100 (США) Отожженное 47 95 38,2 1,26 ?1025 ’’ 120 182 21?2
Нагартованное (Н14) 116 121 6,0 1,26 ?1025 ’’ 168 182 5,5
6061 (США) Отожженное 66 126 28,8 1,26 ?1025 ’’ 179 261 22,4
Закалённое и искусст - венно состаренное состояние (Тб) 270 315 17,5 1,26?1025 ’’ 310 354 16,2
САВ-1 Закалённое и искусст- венно состаренное состояние + нагрев при Ю0°С 3000 ч 245 290 11,0 1,8 ?1025 ’2 (£>0,1 МэВ) 280 330 10,0
Стабилизированное 90 150 17,5 1,6 ?1025 ’2 (£>0,1 МэВ) 110 150 17,0
’'Рассчитанная экспозиция по быстрым нейтронам 1 ?10 24 нейтр/м2, температура образцов 66°С.
*2 Температура облучения 75 ± 25 СС.
Легирование алюминия позволяет резко снизить скорость коррозии
в высокотемпературной воде. Наиболее распространенным и эффектив-
ным легирующим элементом, вводимым в алюминий для улучшения
стойкости в воде и паре при повышенных температурах, является никель.
В результате многочисленных исследований разработан ряд сплавов,
устойчивых в воде при температурах до - 300°С. Высокой коррозионной
стойкостью в воде при такой температуре обладает Al—Ni—Fe (1—5% Ni,
0,3—1,5 Fe с различными малыми добавками других элементов) и системы
Al-Si-Ni (9-12% Si, 1-1,5 Ni, 0,1% Ti и 11% Si, 1% Ni, 0,8 Mg 0,1% Ti).
Высокоэффективными жаропрочными и коррозионностойкими мате-
риалами являются материалы САП — спеченная алюминиевая пудра
представляет собой алюминий, упрочненный частицами оксиалюминия,
получаемый холодным, а затем горячим брикетированием тонкого алюми-
ниевого порошка (пудры) и последующей деформации горячепрессован-
ных брикетов (ковка, штамповка, прессование, прокат).
Для изготовления САП применяются 4 сорта пудры АПС (алюми-
ниевая пудра для спекания), получаемой из алюминия А6 с примесями
Fe до 0,25% и жировые добавки до 0,30%.
В табл. 295 приведены данные по химическому составу САП, марки
которого отличаются по содержанию окиси алюминия.
При производстве полуфабрикатов из сплава САП, для которого
применяется пудра марки АПС с дисперсностью частиц от 5 до 500 мкм,
сквозная пористость холодных брикетов, необходимая для дегазации,
достигается при давлении в гидростате 108 - 2 • 108Па. Холодные брикеты,
имеющие малую прочность и плотность, следует подвергать горячему
уплотнению на гидравлических прессах при температурах до 620°С и
давлении до 700 МПа.
Таблица 295
Химический состав материала САП
Марка материала Марка пудры Состав, % не более (влага 0,1%) Насыпная плотность, г/см2 Содержание магнитной фракции,г/100 кг
А12Оз Fe Жировые добавки
САП-1 АПС-1А АПС-1Б 6-8 6-8 0,20 0,25 0,25 0,25 0,9 1,0 0,7 1
САП-2 АПС-2 9-12 0,25 0,30 1,0 2
САП-3 АПС-3 13—17 0,25 0,30 1,0 3
После холодного брикетирования структура выявляется в виде сот ИЗ
окиси алюминия, заполненных алюминием (своего рода каркасная струк-
тура). Прочность такого материала невелика, и он рассыпается при
обработке его резанием, но сравнительно хорошо выдерживает нагрузку
при температурах, значительно превышающих точку плавления. После
нагревания и деформаций каркас дробится, и структура САПа представляет
собой алюминиевую матрицу с включенными в нее более или менее
равномерно распределенными чешуйками окиси алюминия.
В табл. 296 приведены типичные механические свойства полуфабри-
катов из материала САП при различных температурах.
Таблица 296
Типичные механические свойства полуфабрикатов из САПа
в долевом направлении
Марка, полуфабрикат t, ’С о„МПа ао.2, МПа 6, % ф, %
Z0 300 210 10 20
100 260 200 10 —
САП-1 профиль 250 180 140 8 28
350 120 100 13 50
500 60 55 3 30
20 350 280 7 10
САП-2 профиль 250 350 210 130 160 120 7 8 12 21
500 85 60 1,5 15
0 400 300 4 —
САП-3 250 240 210 5 —
профиль 350 180 150 6 —
500 90 70 2 —
Длительные (до 20000 ч) нагревы до 350° С не влияют на свойства
полуфабрикатов из САП. Пределы длительной прочности и ползучести
приведены в табл. 297.
В табл. 298 приведены механические свойства листов из САП после
циклических нагревов.
В табл. 299 приведены данные по влиянию длительных нагревов на
механические свойства.
301
Таблица 297
Пределы длительной прочности и ползучести САПов, МПа
Марка, полуфабрикат tra, "С <*100 01000 00.2/100 <*0.2/1000
200 110 100 100 90
САП-1, прессованные 250 100 80 70 65
профили, полосы 350 70 60 60 40
500 40 30 30 —
250 110 — 100 —
САП-2, пруток 350 80 — 70 —
500 45 — 35 —
Таблица 298
Механические свойства листов из САП-1 после циклического нагрева
<циюи> С N, циклы о„ МПа со,, МПа в, %
20 — 320 255 5,7
350 100 1000 296 296 253 249 5,7 6,2
500 100 1000 266 244 206 204 8,2 3,2
600 100 1000 259 195 200 180 9,8 24
Таблица 299
Влияние длительных нагревов на свойства продольных образцов
из САПов при комнатной температуре
Марка полуфабриката 'С т, ч о., МПа о,„ МПа 6, %
САП-1, 20 — 310 230 9
пруток 250 20000 300 220 12
— — 330 280 5
250 5000 325 270 5
САП-1, 10000 325 260 5
450 24 290 240 8
лист толщиной 1,5 мм 550 3 280 240 8
24 280 230 8
630 3 260 220 9
Материал САП характеризуется высокой коррозионной СТОЙКОСТЬЮ,
практически равной коррозионной стойкости чистого алюминия, и не
склонен к межкристаллитной коррозии.
САП не нуждается в дополнительной защите от коррозии. В табл.
300 приведены данные по коррозионной стойкости САП в сравнении с
чистым алюминием и сплавы Д16.
Из САПа изготавливают листы, прессованные полуфабрикаты, поков-
ки, штамповки, трубы, проволоку, фольгу. Штамповки можно получить
непосредственно из брикета, исключая операцию прессования прутка.
САП — один из наиболее жаропрочных алюминиевых материалов
для изготовления разнообразных конструкций, работающих при темпера-
302
турах 250—500°С может применятся вместо нержавеющих сталей и
титановых сплавов для малонагруженных конструкций, работающих в
интервале 250—500°С.
Таблица 300
Коррозионная стойкость САП-1 чистого алюминия и сплава Д16
Коррозионная среда (время испытания) Марка сплава До коррозии После коррозии Потери, % Потери массы, г/см 3
МПа 8, % а„ МПа 8, % 8
NaCL + 0,1% Н2О2 (2 мес.) А00 116 34 120 34,2 — — 0,0008
САП-1 398 9 397 8,8 — — 0,0011
Д16 510 16,8 435 6,7 15 60 0,1081
Естественная САП-1 328 15,3 320 15,3 2,0 — Нет
атмосфера Д16 510 16,8 442 13,4 13,4 20,9 0,00100
Из САПа можно изготавливать лопатки для газовых турбин, поршни
форсированных двигателей, поршневые штоки, шестерни и другие детали,
работающие при 300—500°С.
Благодаря хорошей способности поглощать нейтроны, высокой тепло-
проводности и коррозионной стойкости САП нашел применение в
атомных реакторах.
САП применен в атомных реакторах РБМК для опорных элементов
трубопроводов. Выбор этого материала обусловлен тем, что его свойства
в большей степени по сравнению со свойствами других сплавов соответ-
ствуют комплексу требований, предъявляемых к деталям реактора:
а) длительная прочность при 300°С под нагрузкой от собственной
массы трубопроводов;
б) более низкая твердость по сравнению с твердостью труб, что
обеспечивает сохранность трубопровода при взаимных перемещениях в
процессе работы;
в) высокая коррозионная стойкость в воздушной среде.
Эффективность и надежность материала САП для этих конструкций
подтверждена многолетним опытом эксплуатации. С учетом этого опыта
материал САП может быть использован и для других узлов атомных
реакторов.
Для деталей, узлов и конструкций атомных электростанций, работаю-
щих вне реакторной зоны и не подвергающихся облучению могут использо-
ваться алюминиевые сплавы, рекомендуемые к применению в строительстве
и электротехнике.
3.6. ДВИГАТЕЛИ
Несмотря на резкое повышение мощности двигателей, а следовательно,
повышение рабочих температур, алюминиевые сплавы не утратили своего
значения в двигателестроении и продолжают оставаться важным конструк-
ционным материалом.
303
Основными свойствами материалов для деталей двигателей должны
быть следующие: 1) низкая плотность, высокая теплопроводность, низкий
температурный коэффициент линейного расширения; 2) высокая жаро-
стойкость (сопротивление газовой коррозии при повышенных темпера-
турах) и жаропрочность; 3) высокая вибрационная прочность, хорошие
антифрикционные свойства при повышенных температурах. Указанным
требованиям вполне удовлетворяет ряд алюминиевых сплавов.
Сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni: Ак2; АК4; АК4-1; АК4-1ч
являются основными деформируемыми алюминиевыми сплавами для
двигателей.
В табл. 301 приведен химический состав деформируемых алюминие-
вых сплавов этой системы.
Таблица 301
Химический состав (%) деформируемых алюминиевых сплавов системы
Al—Си—Mg—Fe—Ni (остальное Al)
Марка сплава Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Zr
российская между- народ- ная
буквен- ная циф- ровая
АК2 — 2018 3,5-4,5 0,4-0,8 0,2 0,3 0,5-1,0 0,5-1,0 1,8-2,3 — —
АК4 1140 — 1,9-2,5 1,4-1,8 0,2 0,3 0,8-1,3 0,5-1,2 0,8-1,3 — —
АК4-1 1141 — 1,9-2,7 1,2-1,8 0,2 0,3 0,8-1,4 0,35 0,8-1,4 0,02-0,1 —
АК4-1ч — 2618 2,0-2,6 1,2-1,8 0,1 0,1 0,9-1,4 0,1-0,25 0,9-1,4 0,05-0,1 —
АК4-2ч 1143 — 2,0-2,6 1,2-1,8 0,1 0,1 0,4-0,7 0,1-0,25 0,4-0,7 0,05-0,1 0,1-0,25
В поршневых двигателях сплавы АК2; АК4; АК4-1 благодаря высоко-
му сопротивлению износа и низкому коэффициенту линейного расширения
успешно применяются для изготовления поршней.
В реактивных двигателях эти алюминиевые сплавы применяются: в
двигателях с центробежным компрессором для изготовления большой
крыльчатки, крыльчатки вентилятора, воздухозаборника кольца диффузора,
а в двигателях с осевым компрессором для изготовления дисков и рабочих
лопаток компрессора, лопаток спрямляющего аппарата.
Сплавы системы Al—Си—Mg—Fe—Ni имеют средний уровень проч-
ности и отличаются повышенной жаростойкостью при длительных нагре-
вах. Сплавы этой системы применяются в закаленном и искусственно
состаренном состоянии, что обеспечивает хорошее сочетание прочности,
пластичности и коррозионной стойкости.
Для снижения остаточных напряжений, поводок и коробления при
термической и механической обработках полуфабрикатов рекомендуется
после нагрева под закалку охлаждение в воде с повышенной температурой:
в горячей (75—90°С при толщинах полуфабрикатов и деталей до 150 мм)
и кипящей (95—100°С при толщинах полуфабрикатов и деталей до 80 мм).
В табл. 302 приведены рекомендуемые режимы термообработки
сплавов этой системы.
Таблица 302
Режимы термической обработки системы Al—Cu—Mg—Fe—Ni
Сплав Полуфабрикаты Температура нагрева под закалку, *С Режим старения
Т, 'С t, Ч
A FC2 Прессованные прутки Штамповки, поковки 515-530 150-170 165-180 4-15 6-16
АК4 Прессованный полуфабрикат, штамповки, поковки 525-535 165-180 190-200 10—16 8—12*1
АК4-1 АК4-1Ч АК4~2ч Листы плакированные 525-535 185-195 185-195 9—12*2 24‘3
Прессованные профили, панели 190-200 190-200 12-14 24м
Плиты 190-200 190-200 7-9
Штамповки, поковки 185-195 195-205 8-12 20-22'1
ч Для повышения коррозионной стойкости
2 Для правленных растяжением после закалки листов
3 Для листовых деталей и заготовок без правки.
Типичные механические свойства при комнатной температуре сплавов
этой системы приведены в табл. 303.
Таблица 303
Типичные механические свойства полуфабрикатов сплавов системы
Al—Cu—Mg—Fe—Ni при 20°С
Сплавы и состояние Полуфабрикаты о,, МПа со,2, МПа с, %
АК2Т1 Штамповки, поковки 400 300 9
Прессованные прутки 400 290 7
АК4Т1 Штамповки, поковки 440 320 7
Прессованные прутки 440 330 6
АК4-1Т1 АК4-1чТ1 Штамповки, поковки Листы плакированные 420 410 320 350 8 8
АК4-2чТ1 Прессованные прутки, профили 410 370 9
Кованно-катанные плиты 430 340 8
Механические свойства при повышенных температурах приведены
в табл. 304.
Прочностные свойства плит не снижаются после нагрева в течение
20000 ч при температурах до 125°С и снижаются на 8—10 и 20% после
нагревов при температурах соответственно до 150°С и 175°С. Жаропроч-
ность сплавов АК4-1ч и АК4-2ч практически одинакова (табл. 305).
Сплавы системы Al—Cu—Mg—Fe—Ni являются высокотехноло-
гичными сплавами при литье, горячей деформации (ковке, штамповке,
прокатке, прессовании). Из этих сплавов изготавливают прутки, листы,
профили, поковки, штамповки. Сплавы свариваются точечной и ролико-
вой сваркой, хорошо обрабатываются резанием.
305
Таблица 304
Механические свойства при 20°С и повышенных температурах
Сплавы и Полуфабри каты Температура, *С св, МПа аса, МПа 6, %
состояние МПа
АК4Т1 Полосы прессованные 20 100 150 200 250 300 390 380 355 325 280 165 320 310 305 290 250 145 9,5 9,0 9,5 8,0 8,0 10,5
। АК4-1Т1 ЛК4-2Т1 Листы плакированные 20 125 150 175 200 250 410 370 350 330 310 240 350 340 325 290 260 190 8 8 И И 14 19
Плиты 20 125 150 175 420 410 390 360 380 370 355 330 8 8 9 9
Ак4-1Т1 Профили прессованные 20 125 150 175 410 400 380 360 370 360 340 320 7 7 7 8
Ак4-2ч1 Поковки 20 150 175 200 250 410 390 370 320 290 — 14 15 15 15 18
Таблица 305
Пределы* длительной прочности и ползучести полуфабрикатов
из сплавов АК4-1чТ1, АК4-2чТ1
Характеристика, МПа Температура, еС
125 150 175
00.2/100 250/280 220/250 140/200
°О 2/1000 210/240 170/210 -/130
OQ.2/10000 155/215 -/160 -/-
Oq.2/20000 150/195 -/- -/- “
Op,2/30000 -/185 -/- -/-
CTlOO 280/350 250/330 200/240
Pl 000 250/300 220/280 -/170
O5000 -/290 -/200 -/-
p10000 200/260 -/- -/-
Рдоооо 190/220 -/-
* В числителе для плакированных листов (s = 1,5 ... 2,5 мм), а в знаменателе — для плит и прессованных полуфабрикатов. Примечание. При 200°С у плит и прессованных полуфабрикатов 00,2/100-“ 160 МПа, оюо = 180 МПа.
Кроме сплавов системы Al—Cu—Mg—Fe—Ni, для изготовления
деталей двигателей применяются и другие алюминиевые деформируемые
сплавы. Так, сплавы АК6 и АК6-1 применяют для изготовления крыльчаток
вентилятора осевого компрессора благодаря их высокой пластичности в
горячем состоянии.
Сплав АК6-1 отличается от сплава АК6 небольшими присадками хрома
(0,01 — 0,2%) и титана (0,02—0,1%), что обеспечивает повышение
качества штамповок за счет устранения зоны столбчатой структуры слитка
и измельчения величины зерна штамповки.
При изготовлении осевых рабочих лопаток компрессора и лопаток
спрямляющего аппарата и других деталей, работающих при температурах
ДО 270 °C, применяют жаропрочный сплав типа дуралюмина ВД17, который
имеет высокую длительную прочность и сопротивление ползучести. Сплав
ВД17 имеет более высокую вибрационную прочность в штамповках, а в
прессованных полуфабрикатах — жаропрочность и выносливость, чем сплав
АК4-1.
Коррозионная стойкость сплава пониженная. Для защиты от коррозии
компрессорных лопаток применяется анодное окисление и покрытие
эмалью ЭП-586. Режимы термической обработки сплава ВД17 приведены
в табл. 306.
Таблица 306
Режимы термической обработки сплава ВД17
Полуфабрикат Прессованные полуфабрикаты Поковки, штамповки
Состояние Т1 Т2 Т1 Т2
Температура закалки, °C 495- 505
Температура старения, °C 165-175 190-195 165-175 195-200
Время старения, ч 15-17 16-18 15-17 8-12
В табл. 307 приведены механические свойства прессованных полос
сплава ВД17Т1 при комнатной температуре, а в табл. 308 механические
свойства прессованных полос из сплава ВД17Т1 при комнатной и повы-
шенной температурах.
Таблица 307
Механические свойства прессованных полос из сплава ВД17Т1
при комнатной температуре
Направление вырезки образцов а„, МПа оо. 2, МПа 6, % ф, %
Продольное 520 347 17,5 20,7
Поперечное 444 300 17,0 19,9
По толщине 440 300 11,8 13,2
В табл. 309 приведены механические свойства прессованных прутков
из сплава ВД17Т1, испытанного при комнатной температуре после выдержки
при повышенных температурах, а в табл. 310 и 311 пределы ползучести и
длительной прочности прессованных полос из сплава ВД17Т1.
Сплав 1151 системы Al—Си—Mg обладает удачным сочетанием свойств:
повышенной жаропрочностью и коррозионной стойкостью, высокими
307
свойствами при криогенных температурах, хорошей свариваемостью всеми
видами сварки, хорошей вязкостью и пластичностью, стабильностью
свойств, технологичностью в металлургическом и машиностроительном
производствах.
Таблица 308
Механические свойства при кратковременном растяжении прн комнатной
и при повышенных температурах прессованных полос из сплава ВД17Т1
t, -С Е, ГПа Ов— Со 5 I О. в ф
МПа %
20 69,9 279 331 501 13,0 21,2
100 69,9 252 294 456 15,6 22,8
150 65,7 273 302 436 16,1 28,7
200 65,6 232 279 381 16,1 33,4
250 68,0 131 171 241 16,9 66,6
300 — 96 114 174 21,5 75,9
350 67,0 26 60 110 27,6 85,6
Таблица 309
Влияние длительных нагревов на временное сопротивление сплава ВД17Т1,
испытанного при комнатной температуре (прессованный пруток)
т, ч ов, МПа
150’С 200'С 230"С 250"С ЗОО’С 350'С
1 520 520 520 480 440 340
5 520 515 510 460 380 300
15 530 490 400 400 350 280
30 530 460 390 380 325 265
50 525 440 385 375 300 265
100 520 400 380 360 285 260
300 510 390 360 325 — —
Таблица 310
Пределы ползучести прессованных полос сплава ВД17Т1
t, ‘С сго.2/50, МПа С0.2/1М, МПа ао.алоо, МПа t, -с 00,2/50? МПа
200 160 160 120 270 60 50 35
230 110 90 80 300 35 32 20
250 90 75 50 320 25 20 15 '
Таблица 311
Длительная прочность прессованных полос сплава ВД17Т1
t, ’С 025, МПА озо, МПА оюо, МПА 0150» МПА 0200, МПА 0250, МПА 025, МПА
200 — 220 190 180 170 170 160
230 160 140 130 125 120 120 112
250 140 115 100 95 90 90 90
270 110 100 80 70 65 65 55
300 70 65 55 45 45 42 42
320 50 45 35 30 30 25 20
308
Сплав 1151 упрочняется закалкой с температурой 505 ± 5°С и
естественным старением.
В табл. 312 приведены гарантируемые минимальные механические
свойства полуфабрикатов из сплава 1151Т.
Таблица 312
Гарантируемые механические свойства (не менее) полуфабрикатов из сплава 1151
Полуфабрикаты Состояние Направление Ов I <*0,2 МПа в, %
Листы плакированные (холодно- и горячекатанные) м п <216*' — 12,0’*
т п 400-420’2 280—300’2 12,0’2
Прессованные профили т Д 430 314 11,0
п 372 294 4,0
Прессованные прутки т д 430 284 8,0
п 392 274 5,0
Штамповки т Д 410 284 10,0
п 392 274 7,0
в 372 265 4,0
Поковки т д 401 284 10,0
п 372 275 5,0
в 362 265 4,0
Толщина 1,0—4,0 мм
2 Толщина 1,0—7,0 мм.
В табл. 313 приведены типичные механические свойства листов
олщиной 2—3 мм и сварного соединения (АрДЭС) из сплава 1151Т1
[ри различных температурах.
Таблица 313
Типичные механические свойства при -196 ... 450°С листов толщиной 2—3 мм
и сварного соединения (АрДс) из сплава 1151Т
Температура испытания, ’С Основной материал (направление П) Сварное соединение (направление Д)
а» 00.2 6, % а„ МПа
МПа
-196 560 392 — 18,0 —
20 460 319 304 16,0 390
125 420 317 268 15,0 —
150 402 315 245 15,0 —
175 390 290 240 15,5 —
200 382 284 245 16,5 335
225 333 265 200 14,5 —
300 290 250 — 15,5 200
350 167 125 — 20,0 160
400 65 48 — 28,0 65
450 45 25 — 78,0 45
В табл. 314 приведены типичные механические свойства штамповок
1ссой до 120 кг из сплава 1151Т.
Сварные соединения сплава 1151 при 20°С имеют прочность не менее
3 прочности основного металла. С повышением температуры прочность
309
сварного шва приближается к прочности основного металла и при 250—
300°С равна ей. Присадочная проволока применяется из сплава 1177,
сварные соединения обладают хорошей герметичностью.
Таблица 314
Типичные механические свойства штамповок массой до 120 кг из сплава 1151Т
Температура испытания, 'С Д в
0. °0.2 в, % Е, ГПа KCV, МДж/м2 °0.2 в, % KCV, МДж/м2
МПа МПа
-196 — — — — 13,0 — — — 7,0
-70 465 335 13,0 73,0 14,0 470 325 12,0 7,0
20 456 305 13,0 72,5 14,0 446 310 9,0 7,5
125 412 304 12,0 — — 417 309 6,5 —
150 412 300 12,5 — 13,0 407 300 8,5 10,0
200 368 268 12,5 65,2 12,5 368 260 11,5 11,0
250 328 275 13,0 — 12,5 328 260 11,5 11,0
300 186 155 24,0 58,0 12,5 205 172 11,5 10,0
350 93 72 33,0 52,5 14,0 110 63 28,5 9,5
Коррозионная стойкость сплава 1151 в атмосфере, морской воде и
ряде сред — хорошая. Нагревы не ухудшают коррозионной стойкости
сплава.
Из сплава 1151 производят различные полуфабрикаты: листы, прессо-
ванные изделия, штамповки и поковки (массой до 120 кг).
Сплав 1151 предназначен в качестве конструкционного материала в
сварном (несварном), герметичном (негерметичном) вариантах для изделий
машиностроения, работающих кратковременно до 450°С и длительно до
200°С, а также в конструкциях (модулях), предназначенных для работы
при криогенных температурах.
Сплав 1151 может быть применен в изделиях авиационного (различ-
ные типы вертолетов, самолетов, в том числе сверхзвуковых) и космичес-
кого (ракетоносители и их ступени, искусственные спутники различного
назначения, зонды и т.п.) комплексов, автомобильной, транспортной, судо-
строительной, двигателестроительной и других отраслях машиностроения.
3.7. НЕФТЕГАЗОВАЯ, ХИМИЧЕСКАЯ,
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
В нефтяной, газовой, химической и пищевой промышленности
алюминий и его сплавы нашли широкое применение в качестве конструк-
ционных материалов для изготовления деталей нефтепромыслового обору-
дования, а также аппаратуры для переработки нефти, пищевых продуктов,
нефтехимического синтеза, химических процессов.
310
3.7.1. НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Непрерывное возрастание добычи нефти и газа достигается благодаря
освоению новых месторождений, в т.ч. на морском шельфе; увеличению
глубины скважин; интенсификации методов добычи. Применение для
изготовления нефтегазопромыслового оборудования алюминиевых сплавов
обеспечивает существенное снижение его массы, повышение коррозионной
стойкости, увеличение транспортабельности оборудования и допустимой
длины бурильных и эксплуатационных труб и пр.
Для нефтяной и газовой промышленности существенным является
отсутствие искрообразования при монтаже и ремонте оборудования и
сооружений из алюминиевых сплавов, а также высокая чистота поверхнос-
ти деталей, уменьшающая гидравлическое сопротивление.
На газонефтедобывающее оборудование оказывает влияние агрессивная
среда, содержащая, помимо углеводородов, минерализованную пластовую
воду (с содержанием хлоридов, сульфатов, органических кислот), до 10%
сероводорода и 10% углекислого газа. Высокая коррозионная стойкость
алюминиевых сплавов в этих условиях, значительно превосходящая коррози-
онную стойкость конструкционной стали, в сочетании с хорошими техноло-
гическими свойствами делает перспективным их применение в качестве
конструкционного материала для изготовления бурильных, насосно-
компрессорных, нефтегазопроводных труб, змеевиков для нагревательных
систем нефтеналивных барж, деталей и узлов буровых установок, а также
емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов и тары для их перевозки.
Применение бурильных труб из алюминиевых сплавов вместо сталь-
ных при роторном и при турбинном бурении сопровождается уменьшением
затрат времени на спуско-подъемные работы в результате снижения массы
бурильной колонны, увеличением скорости проходки более чем в 2,5 раза,
повышением глубины бурения скважин на 30—40%, а также уменьшением
коррозии труб. Повышенная коррозионная стойкость обеспечивает сниже-
ние расхода труб и уменьшение на 7—9% гидравлического сопротивления
при прокачивании промывочной жидкости. Из-за меньшей жесткости
алюминиевых труб снижается износ бурильных замков о стенки обсадной
колонны.
Однако эффективность использования алюминиевых бурильных труб
снижается из-за их недостаточной коррозионной стойкости при работе в
отдельных районах страны. Особенно четко коррозионные поражения в
виде точек, язв, каверн проявляются во время хранения поднятых из сква-
жин бурильных труб; это связано с активацией поверхности труб в процес-
се бурения. Защита алюминиевых бурильных труб против атмосферной
коррозии после подъема их из скважин достигается путем химического окси-
дирования в растворе двухромовокислого калия. Аварии в процессе буре-
ния, связанные с прихватом колонны алюминиевых труб, могут быть ликви-
дированы обработкой пласта ингибированной 30%-ной уксусной кислотой.
Стальные насосно-компрессорные трубы в условиях эксплуатации
газоконденсатных месторождений с агрессивной продукцией выходят из
строя вследствие коррозии через 5—6 мес., в то время как проектный
срок службы труб составляет 10 лет. С целью повышения коррозионной
стойкости труб из алюминиевых сплавов может применяться плакирова-
ние внутренней поверхности насосно-компрессорных труб алюминием
марки АД1 с последующим анодированием.
Исследование стойкости к коррозии и коррозионно-эрозионному
износу показали наибольшую надежность плакированных труб с толсто-
слойным (40 мкм) анодированием. Однако толстослойное анодирование
резко увеличивает стоимость труб и усложняет технологию их изготов-
ления. Тонкослойное (15 мкм) анодирование обеспечивает несколько
меньший, однако также достаточно надежный эффект защиты.
Муфты труб могут быть также изготовлены из алюминиевых сплавов,
так как запас прочности труб в 2—2,5 раза меньше запаса прочности
муфт, что, естественно, снижает требования к износостойкости последних.
Допустимая длина колонны насосно-компрессорных труб диаметром
2/2 ” с толщиной стенки в 5 мм для стали Д составляет 2000 м, а для
алюминиевого сплава Д16Т составляет 4700 м (1 пог. м трубы: для стали
Д - 9,5 кг; для сплава Д16Т - 3,4 кг), т.е. допустимая длина колонны
диаметром 2/^ ” из сплава Д16Т в 2,5 раза больше, чем для стали Д.
В табл. 315 приведены данные по конфигурации бурильных труб из
алюминиевых сплавов, выпускаемых металлургическими заводами.
Таблица 315
Конфигурация бурильных труб
Конфигурация бурильных труб
Тип 1 с концевыми внутренними утолщениями
Тип 2 с концевыми внутренними утолщениями и наружным утолщением в середине тела трубы
Тип 3 с наружными концевыми утолщениями
Тип 4 с наружно-внутренними концевыми утолщениями
Трубы поставляются в сборе со стальными замками или без них.
Бурильные трубы изготавливаются из алюминиевых сплавов Д16, 1953,
В95, АК-4 в термообработанном состоянии.
Возможно изготовление труб других конфигураций, размеров и
сплавов по согласованию с Заказчиком.
Трубопроводы из алюминиевомагниевых сплавов применяют для
транспортировки сернистых нефти и газов. Они обладают высокой
коррозионной стойкостью, малой удельной массой, не требуют защитных
покрытий и окраски с наружной стороны, соприкасающейся с атмосферным
воздухом или морской водой. При прокладке во влажных щелочных
грунтах трубопроводы необходимо изолировать. Однако изоляция такого
трубопровода в 2—3 раза дешевле соответствующего защитного покрытия
на стальных трубах. При сооружении нефтепроводов применяют бесшов-
ные плоскосворачиваемые (в рулон) трубы. На местности производят
развертку труб, далее они раздаются воздухом или водой под давлением
0,4—0,5 МПа. Эти трубы с толщиной стенки 4 мм при наружном диаметре
150 мм выдерживают давление 2,9—3,1 МПа. При перекачивании вязкой
нефти в алюминиевые нефтепроводы подают пар. При катодной защите
потенциал алюминиевого трубопровода должен смещаться к более отрица-
тельным значениям, чем величина -0,53 В по нормальному водородному
электроду (НВЭ), соответствующая потенциалу репассивации питтингов.
Максимально допустимый потенциал при катодной защите алюминие-
вого сплава АД31 не должен быть отрицательнее 1,0 В, сплава АМг2 —
1,1 В, сплава АВ — 1,2 В (НВЭ). Начальная плотность тока для катодной
защиты неизолированного алюминиевого трубопровода составляет 5—10
мА/м2. Перевод алюминиевого сплава в область устойчивого пассивного
состояния позволяет снизить скорость коррозии до 0,003—0,005 ММ/год.
В табл. 316 приведены данные по крупногабаритным прессованным
трубам из алюминиевых сплавов, которые могут использоваться для
изготовления трубопроводов.
Таблица 316
Трубы крупногабаритные круглые и фасонные
Сплавы Тип трубы Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Состояние поставки Технические условия поставки
мнн. макс. мин. макс.
2017; 2024; 5056; 5083; 5086; 5754; 6061; 6063; 6082; 7075 АМгЗ; АМг4; АМг5; АМгб; Д1; Д16; АД31; АДЗЗ; АД35; В95; 1980 Круглые по наруж- ному и внутреннему контуру 250 770 3 100 Термически обработан- ные, без тер- мообработки J ОСТ 192048-90 По согласован- ным с Заказчи- ком техничес- ким условиям и чертежу
Фасонные по наружному контуру и круглые по внутреннему 250 770 3 100
Фасонные по внутреннему контуру и круглые по наружному 250 770 3 100
Детали и узлы буровых установок. Алюминиевые сплавы применяют
для изготовления оснований, рам различных агрегатов, резервуаров для
бурового раствора, емкостей для топлива, ограждений, перил площадок и
других узлов буровых установок. Применение сплавов Д16Т, 1980, 1941,
1915, 1925, АМг61 и др. для изготовления основания буровой установки
позволило на 60% уменьшить его массу по сравнению со стальными.
Емкости и цистерны. Алюминий и алюминиевомагниевые сплавы АДО,
АМг2, АМг61, 1915, 1980 можно применять для изготовления крыш и
верхних поясов резервуаров на промыслах благодаря их стойкости к
воздействию паров сырой нефти. Средний срок службы ежегодно окраши-
ваемых стальных крыш составляет 8 лет, алюминиевые же крыши хорошо
313
сохраняются без окраски 15—20 лет. Разрушение днищ резервуаров
ускоряется из-за скопления сернистого железа, образующегося в виде
продуктов коррозии на стальных элементах, находящихся в газо-воздушном
пространстве резервуара. Поэтому при изготовлении крыш из алюминия
увеличивается срок службы и днищ резервуаров
Алюминиевую крышу резервуара монтируют из плоских щитов. Щиты
состоят из каркаса, выполненного из сварного двутавра, прессованных
швеллеров и уголков. Листы кровли приваривают к каркасу щита. Завод-
ские и монтажные сварные соединения конструкции резервуара из
алюминиевых сплавов выполняют аргонодуговой сваркой. Соединение
стального и алюминиевого поясов осуществляют на бензостойкой поли-
хлорвиниловой прокладке оцинкованными болтами.
Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминия горючее при
перевозках цистерн не загрязняется продуктами коррозии. При надлежа-
щем конструктивном оформлении алюминиевые цистерны по прочности
не уступают стальным. Это объясняется тем, что алюминий выдерживает
высокую степень деформации.
3.7.2. НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Нефтегазоперерабатывающая промышленность характеризуется
разнообразием сред и условий, в которых целесообразно применение
алюминия и его сплавов для изготовления аппаратуры.
Основным агрессивным агентом в паровой фазе нефти является
хлористый водород, образующийся в результате термического разложения
хлоридов магния и кальция при первичной перегонке нефти. При раство-
рении в водном конденсате образуется агрессивная соляная кислота.
Коррозию алюминия вызывают также некоторые реагенты, используемые
при технологических процессах переработки нефти (серная кислота,
щелочь и др.), растворяющиеся в сопутствующей нефти водной фазе.
Сероводород, образующийся при переработке нефти в результате
термического расщепления меркаптанов, сульфидов, тиофенов, а также
содержащийся в природном газе многих месторождений, в отличие от
черных металлов не разъедает алюминий даже в присутствии воды. Серо-
водород является в некоторых случаях ингибитором коррозии алюминия.
Трубы из алюминиевых сплавов АМг2, АМгЗ, АМгб успешно применяют
в процессах обессеривания. В средах, содержащих NH3 и NH3 + H2S,
алюминиевые сплавы применяют вместо латуни.
Стойкость алюминиевых сплавов в газовой фазе над нефтью и нефте-
продуктами превышает стойкость стали, если в парах отсутствуют заметные
количества HCI.
Преимущества алюминиевых сплавов по сравнению с углеродистой
сталью выявлены в алкилате орошения колонны вторичной перегонки на
алкилирующей установке, в зоне рефлюкса верхней части ректификацион-
ной колонны этой установки, в зоне рефлюкса верхней части ректифика-
ционной колонны на установке фенольной очистки, в верхней части
депропанизатора газофракционирующей установки, в загрузочной емкости
дебутанизатора, в среде байпаса инертного газа установки каталитического
риформинга и пр.
В средах стабильного и нестабильного бензина вторичной гонки в
связи с практическим отсутствием в них примеси НС1 алюминиевые сплавы
характеризуются достаточно высокой коррозионной стойкостью.
Сплав АМг2 показал высокую коррозионную стойкость в дебутанизи-
рованном бензине при 45°С и 0,03 МПа, а также в среде колонны катали-
тического крекинга, содержащей жирный газ + H2S + пары воды + пары
бензина при 12О°С и 0,045 МПа. Установлена также высокая стойкость
этого сплава в смеси паров ацетона и толуола при 120°С и 0,1 МПа на
установке депарафинизации.
В ректификационных колоннах успешно служат алюминиевые колпач-
ковые тарелки. Колпачки служили 10—15 лет в колоннах дебутанизаторов
при обработке бензиновых погонов при 93—118°С. Аналогичные рабочие
характеристики получены для колпачков фракционирующих колонн на
установках крекинга в интервале 204—330°С. Кольца Рашига из алюминия
успешно применяют в башнях для очистки углеводородных газов от СО2
и H2S.
При переработке сероводородосодержащего природного газа коррози-
онным поражениям подвержены трубные пучки теплообменников и
реакторы установок доочистки кислых газов. Результаты коррозионных
испытаний образцов из алюминиевых сплавов АМг2М, АМг2Н, АМгЗ,
АМгб, В95, 1915, АД31, АМцН, АМцМ, Д16 и стали 45, установленных в
поток поступающих в реактор газов, % (объемн.): H2S 1,12; SO2 0,56; Н20
30,8; N2 53; СО2 13,94 при 120— 125°С показали, что скорость коррозии
стали 45 составляет 0,68 мм/год. Следов коррозионных поражений на
поверхности алюминиевых сплавов не обнаружено, отсутствовали измене-
ния структуры и механических свойств.
Наибольшую стойкость из испытанных алюминиевых сплавов в этих
условиях имеют сплавы АМгЗ, АМгб и Д16, скорости коррозии которых
соответственно равны 0,007, 0,006 и 0,008 мм/год.
Алюминиевые трубные пучки целесообразно применять в условиях
воздействия таких охлаждаемых сред, как водяной пар, газообразные и
жидкие углеводороды с любым содержанием сероводорода и водорода,
стабилизированное и не содержащее примеси галогенов и их соединений
жидкое топливо (бензин, газойль, керосин, мазут, соляровое масло и др.),
газообразный аммиак, бензол, толуол, ксилолы и их производные (не имею-
щие сильнокислого и сильноосновного характера, а также не способные к
отщеплению галогенов), сырая нефть при температуре до 120°С (выше
которой начинается гидролиз СаС12), обессоленная нефть с содержанием
315
хлоридов до 100 мг/л, смазочные масла нещелочного характера.
В табл. 317 приведены данные по круглым прессованным трубам из
алюминиевых сплавов, а в табл. 318 — по круглым тонкостенным трубам,
поставляемых в бухтах.
Таблица 317
Круглые трубы (прессованные)
Сплавы Размеры, мм Состояние поставки Технические условия поставки
Наружный диаметр Толщина стенки
мин. макс. шаг МИИ. макс.
АД1; АВ; АМЦ; АМЦС; 1915; 1925; АД31; АМг2; АМгЗ; АМг5; АМгб; Д1; Д16; В95; АК4; АК6; АК4-1 22 280 1 2 60 Термически обрабо- танные и без термо- обработки, в соответствии со стандартами ГОСТ 18482-79
Таблица 318
Круглые трубы (прессованные тонкостенные в бухтах)
Сплавы Размеры, мм Масса бухты, кг Размеры бухты, мм
Наружный диаметр Толщина стеики Наружный диаметр Внутренний диаметр Высота
мин. макс. МИИ. макс.
5049 30 40 2,0 3,0 до 30 1 800 950 —
АМгЗ, 5754 30 40 1,8 2,5 до 30 1 800 950 —
АДО 8 13 1,0 1,5 88 800 500 300
ВНИИнефтемаш рекомендует в качестве основного материала для труб
сплав АМг2, который характеризуется (наряду с повышенной коррози-
онной стойкостью в охлаждающих водах) более высокими по сравнению
с АМц прочностными характеристиками.
При работе в условиях воздействия охлаждающей воды с высоким
содержанием солей тяжелых металлов или воды неопределенного состава
целесообразно применять трубы из сплава АМг2 с плакировкой сплавом
А1 + 1% Zn.
При изготовлении труб из сплава АМц трубные решетки рекомендует-
ся выполнять из сплава АДЗЗ. В некоторых случаях решетки из этого
сплава плакируют со стороны воды чистым алюминием.
ВНИИнефтемашем алюминиевые сплавы рекомендованы в качестве
конструкционных материалов для конденсаторов, холодильников и тепло-
обменников. Во избежание контактной коррозии трубные решетки
выполняют из алюминиевых сплавов АМг5В и АМгб. Остальные конструк-
тивные элементы теплообменников (кожухи, плавающие головки, желоба)
могут быть стальными (при воздействии на них неагрессивной охлаж-
даемой коррозионной среды).
По нормам Госгортехнадзора температурный предел применения
алюминиевомагниевых сплавов ограничен 150°С.
При эксплуатации в условиях охлаждения и конденсации неагрессив-
ных по отношению к алюминиевым сплавам нефтепродуктов выявлено,
что трубки из алюминиевых сплавов не забиваются отложениями, пред-
ставляющими собой конгломерат из продуктов коррозии, накипи и др.
Вследствие этого, в отличие от труб из углеродистой стали при эксплуа-
тации не происходит ухудшения теплопередачи и возрастания гидравли-
ческих сопротивлений в трубках.
Стоимость трубного пучка из алюминиевых сплавов ниже стоимости
латунного пучка. Однако срок службы трубных пучков из алюминиевых
сплавов не уступает сроку службы латунных (6 лет) и в 3—4 раза выше,
чем пучков из углеродистой стали (1,5—2 года).
Алюминий и его сплавы нашли широкое применение также в конденса-
торах-холодильниках воздушного охлаждения, теплообмен в которых
осуществляется вследствие обтекания воздухом секций, собранных из
труб с тепловыделяющим оребрением из алюминия. Применение аппаратов
этого типа исключает потребление большого количества воды, сокращает
сброс загрязненных сточных вод в реки и водоемы, исключает опасность
попадания воды в перерабатываемый продукт, снижает расход электроэнер-
гии (благодаря отсутствию перекачки воды), трудоемкость и стоимость
строительно-монтажных и ремонтных работ, позволяет легко автомати-
зировать технологический процесс.
С целью увеличения поверхности теплообмена делают оребрение (АД1
и АМг2) на трубах-вкладышах, изготовленных из других металлов (в
зависимости от коррозионной агрессивности среды) — сталей 10, 20, 15Х5М,
Х18Н10Т, Х17Н13М2Т, ОХ17Н16МЗТ или латуней ЛОМш 70-1-0,05,
ЛАМш 77-2-0,05.
При температуре среды от -40 до +150°С применяют оребренные
монометаллические трубки из сплава АМг2. Трубные решетки в таких
аппаратах выполняют из сплава АМг5В или АМгб. Имеются также аппара-
ты с решетками из углеродистой стали. Места контакта изолируют при
этом напылением алюминием или цинком.
В табл. 319 приведены данные по оребренным трубам из алюминиевых
сплавов, которые используются для изготовления конденсаторов-холодиль-
ников.
Таблица 319
Фасонные трубы (прессованные)
Сплавы Виды труб Диаметр описанной окружности, мм Состояние поставки Технические условия поставки
мни. .макс.
АМг2, АД31; Д16 С наружным оребрением 32 125 Термически обработанные, без термообработки По согласованным с Заказчиком техническим условиям и чертежу
1915; 1925; Д1; АД31;АМц С внутренним оребрением 20 120
2017, 2024 С наружным и внутренним оребрением 60 120
АДО Волноводные типа ПГ и СГ 40 92 Без термообработки По согласованным с Заказчиком тех- ническим условиям
317
3.7.3. ХИМИЧЕСКАЯ И ПИЩЕВАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Наиболее широко в химическом аппаратостроении применяют
технически чистый (99,5%) алюминий, соответствующий марке АДО.
Алюминий высокой (99,90% и выше) чистоты необходим лишь для
изготовления аппаратуры, соприкасающейся с растворами концентриро-
ванной азотной кислоты. Алюминий высокой чистоты обладает несколько
более высокой стойкостью по сравнению со стойкостью технического
алюминия в сухом броме, яблочной, борной, лимонной кислотах и неко-
торых других средах, однако это различие практически невелико. Так,
например, в 10%-ной борной кислоте при 20°С скорость коррозии алюми-
ния марки АД ООО составляет 0,01 мм/год, а алюминия марки АДО — 0,04
мм/год. Близкая коррозионная стойкость алюминия марок АД000, АД00,
АДО и АД1 (от 99,30 до 99,80%) наблюдается также в щавелевой,
фосфорной, уксусной кислотах, растворах азотнокислого аммония, хлорис-
того кальция и других средах. В то же время 99,99%-ный алюминий
обладает более высокой коррозионной стойкостью в водных растворах
аммиака при 20°С, чем 99,5%-ный алюминий.
К достоинствам алюминия по сравнению со сплавами на основе железа,
меди, никеля относится образование продуктов коррозии, не окрашиваю-
щих среду, неспособность к искрообразованию и отсутствие воздействия
на жизнедеятельность микроорганизмов, что необходимо при производстве
дрожжей и аналогичных продуктов.
При использовании алюминия для изготовления аппаратуры в произ-
водстве уксусной, абиетиновой, масляной, капроновой, каприловой кислот,
этиленбромида, амилового, метилового, этилового и бутилового спиртов,
анизола, циклогексанола, крезола, фенола и других продуктов необходимо
учитывать, что устойчивость пассивного состояния может быть обеспечена
только при наличии в среде некоторого минимального количества (0,3%
для фенола и крезола) воды. При недостаточном содержании влаги в
крезоле заметная коррозия происходит уже при 120°С, а при высушивании
крезола коррозия алюминиевой тары может сопровождаться взрывом.
Из алюминия изготавливают хранилища и цистерны для перевозки
уксусной кислоты крепостью 90,0—99,9% (при температурах до 30°С). С
повышением температуры скорость коррозии алюминия в уксусной кисло-
те растет. Только в ледяной уксусной кислоте скорость коррозии даже
при температуре кипения не превышает 0,13 мм/год.
Аппаратуру из алюминия (конденсаторы, емкости, колонны) применя-
ют в производстве уксусной кислоты окислением ацетальдегида воздухом
или кислородом при 55’С в присутствии катализатора — уксуснокислого
марганца; в производстве уксусной кислоты из карбида кальция; при
ацетилировании аминов с помощью уксусной кислоты. Для этих целей
применяют также стальные реакторы с алюминиевой обкладкой и с
мешалками и змеевиками из алюминия.
Получение уксусного ангидрида путем окисления ацетальдегида
кислородом или воздухом при 50°С и 2,0 МПа осуществляют в охлаж-
даемых реакторах из алюминия или из плакированной им стали. Из
алюминия и его сплавов или из стали, плакированной алюминием, изготав-
ливают автоклавы для получения ацетилсалициловой кислоты (аспирина)
из уксусного ангидрида и салициловой кислоты.
Алюминий применяют для изготовления хранилищ и дистилля-
ционных аппаратов в производстве масляной кислоты. Скорость коррозии
в нагретой масляной кислоте возрастает при содержании в ней солей
тяжелых металлов и масляного ангидрида.
В отличие от жирных кислот в средах, гидролизующихся с образова-
нием ионов хлора, брома, сульфата, присутствие воды даже в небольших
количествах приводит к возрастанию скорости равномерной коррозии
алюминия и возникновения точечной коррозии. Алюминий стоек в сухих
броме, фторе, этил- и этиленхлориде, этиленхлоргидриде, хлористом
алюминии, хлорсульфоновой кислоте, безводной серной кислоте и олеуме;
однако в перечисленных выше влажных продуктах алюминий корродирует
и применять его нельзя.
Алюминий и его сплавы, не содержащие медь, применяют для изготов-
ления реакторов, мешалок и др. при сульфировании жирных спиртов.
Скорость коррозии алюминия в сухой хлорсульфоновой кислоте при 20°С
не превышает 0,5 мм/год, но в присутствии влаги возрастает из-за образо-
вания соляной кислоты.
Алюминий применяют также для изготовления аппаратов и хранилищ
безводного диалкилсульфата. Так, для процесса непрерывного получения
диалкил сульфата из диметил ового эфира и серного ангидрида до 40° С из
алюминия изготавливают башни высотой 4 м. В присутствии воды скорость
коррозии алюминия при этом возрастает из-за образования серной кислоты.
Коррозия алюминия в органических и минеральных кислых средах
усиливается примесями хлоридов. Так, применяемые для изготовления
хранилищ, трубопроводов и аппаратуры в производстве глицерина алюми-
ний, а для автоклавов сплавы системы Al—Mg—Si корродируют вслед-
ствие присутствия в подкисленной среде примесей хлористого натрия.
Алюминий применяют также для испарителей, сушилок и других
аппаратов в производстве хлората калия; в этом случае присутствие хлори-
дов и солей тяжелых металлов вредно: уже 0,002% NaCl усиливает корро-
зию. Нарушение пассивного состояния алюминия, возрастание скорости
общей коррозии и возникновение точечной коррозии наблюдается при
наличии в жидких средах примесей солей тяжелых металлов. Поэтому
недопустимо применение для алюминиевой аппаратуры арматуры, крепежа
и других деталей из медных и никелевых сплавов, стали, а также примене-
ние деталей с покрытиями из тяжелых металлов.
319
Алюминий и его сплавы — лучшие материалы для изготовления обору-
дования, соприкасающегося с роданистым аммонием, так как они стойки
в его растворах, а также в растворах, содержащих примеси сульфита и
тиосульфата алюминия всех концентраций даже при повышенных темпера-
турах. Алюминий стоек в аммиаке и углекислом газе. Из алюминия
изготавливают аппаратуру в производстве карбоната аммония из аммиака
и углекислого газа при 50—100°С и других аналогичных продуктов. Не
вызывают коррозии алюминия при 125°С и средних давлениях также
растворы карбоната аммония.
Широко применяют алюминиевую аппаратуру в производстве натрие-
вой и аммиачной селитры для изготовления выпарных аппаратов, храни-
лищ, трубопроводов.
Алюминий стоек в средах, содержащих жидкий аммиак. Его применяют
в производстве нитроанилина из нитрохлорбензола в среде, содержащей
до 60% гидрата окиси аммония. Образующиеся нитросоединения ингибиру-
ют коррозию под действием возникающего при реакции хлористого аммония.
Высокой стойкостью алюминий и его сплавы, не содержащие меди,
обладают в синильной кислоте. Их применяют для изготовления ректифи-
кационных колонн, емкостей, хранилищ, цистерн в производстве синиль-
ной кислоты.
Применяют также алюминий и сплав АМгЗ для производства и пере-
возки пятисернистого фосфора; алюминий при этом не вызывает окраши-
вания продукта и неопасен, так как не искрит при ударах.
В минеральных кислотах — соляной, серной, плавиковой — алюминий
нестоек. В азотной кислоте алюминий стоек в очень разбавленных раство-
рах (до 3% при 20°С) и в концентрированной кислоте (выше 70% при
40°С и выше 90% при кипении). Высокая коррозионная стойкость алюми-
ния в сильно окислительных средах позволяет использовать его в произ-
водстве высококонцентрированной азотной кислоты.
В то время как в уксусной, лимонной и других кислотах, спиртах,
перекиси водорода и других средах стойкость сварных соединений из
алюминия не отличается от стойкости основного металла, в растворах
азотной кислоты металл шва обладает более низкой коррозионной
стойкостью, чем основной металл. Более стойки швы, выполненные аргоно-
дуговой сваркой. Однако металл этих швов, так же как и швов, выполнен-
ных ручной или автоматической электродуговой сваркой, подвержен в
концентрированной азотной кислоте (при 78° С) межкристаллитной коррозии.
Предельная температура эксплуатации алюминиевой аппаратуры на
химических предприятиях составляет от -196 до +150°С.
Применяемая в настоящее время технология изготовления аппаратуры
из алюминия и его сплавов обеспечивает получение сварных соединений
высокого качества, обладающих достаточной конструктивной прочностью
и пластичностью в широком температурном интервале при достаточно
высокой коррозионной стойкости сварных соединений в агрессивных средах.
320
Применение алюминия марок АД00, АДО, АД1, АМгЗ, АМг5, АМгб,
АМг2, АМцС в отожженном и нагартованном состояниях допускается
для изготовления сосудов, работающих при давлении до 1,6 МПа и
температурах от -196 до +150°С; для горячекатаного алюминия тех же
марок — при давлении 1,6 МПа и толщине стенки до 10 мм при темпера-
турах от -196 до +150°С; при толщине стенки от 10 до 80 мм температур-
ный интервал составляет от —70 до +150°С.
Химическая аппаратура из алюминия выпускается в соответствии с
правилами Госгортехнадзора.
В пищевой промышленности алюминий и его сплавы нашел очень
широкое применение. Он используется, например, для изготовления резер-
вуаров, аппаратов и приборов, в частности, прессов для получения фрукто-
вых соков, больших форм для выпечки хлеба, для изготовления транспорт-
ных ящиков, сушильных решеток, пивных бочек, цистерн для хранения
пива и в качестве облицовки рефрижераторных вагонов. До настоящего
времени в Швеции эксплуатируется резервуар для хранения пива,
изготовленный в 1909 г. В законодательстве по вопросам, связанным с
пищевыми продуктами, отсутствуют какие-либо ограничения по примене-
нию алюминия.
Алюминий используют в качестве конструкционного материала в
фармацевтической промышленности, например, для изготовления смеси-
тельных резервуаров, разливных машин и т.д.
Хорошо зарекомендовала себя аппаратура из чистого алюминия на
бумажных фабриках. Из алюминия выполняют смещающиеся боковые
стенки колпака на сушильных агрегатах, плоские теплообменники (каналы
из алюминиевого листа), вентиляторные и секционные задвижки, которые
при работе контактируют с влажным воздухом.
Хорошая теплопроводность алюминия и его высокая стойкость против
воздействия серы обусловливает применение алюминия для изготовления
различных литьевых форм, а также для переработки резины и изготовления
из нее целого ряда различных изделий из резины.
3.8. СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Недостаточное применение алюминиевых сплавов в сельском хозяй-
стве объясняется слабым знанием свойств и возможностей алюминиевых
сплавов, а также опыта их применения за рубежом. Многих останавливают
первоначальные затраты на создание тех или иных объектов, связанные
с относительно высокой стоимостью алюминиевых сплавов, без учета
снижения эксплуатационных расходов и более длительного срока службы
конструкций. Практически в сооружениях и конструкциях сельскохозяй-
ственного назначения рекомендуется применять алюминиевые сплавы,
321
аналогичные применяемым в строительстве, пищевой промышленности,
транспорте.
С учетом условий работы, прочностных и коррозионных свойств, а
также стоимости для применения в сельском хозяйстве могут быть реко-
мендованы следующие сплавы: технический алюминий марок АДО, АД1,
низколегированные термически неупрочняемые сплавы АМц, АМг2, АМгЗ,
Д12 и термически упрочняемые мало- и среднелегированные сплавы АД31,
1915, 1925, 1935. Такой же подход к применению алюминиевых сплавов
осуществляется и за рубежом.
В табл. 320 приведены рекомендации для применения в сельском
хозяйстве алюминиевые сплавов и режимы их термической обработки.
Таблица 320
Рекомендуемые режимы термической обработки
Марка сплава Состояние Режимы термической обработки
Вид термической обработки Температура, *С Время, ч Скорость охлаждения
АДО АД1 м м Отжиг То же 350-500 150-250 0,5 2-3 На воздухе То же
АМц Д12 м м Отжиг То же 350-500 250-280 0,5 1-2,5 На воздухе То же
АМг2 АМгЗ м м Отжиг То же 350-420 220-250 0,5-3 1-2 На воздухе То же
АД31 м Отжиг 380-420 10-60 мин До 260°С со скоростью 30°/час, далее на воздухе
т Закалка Естественное старение 520-530 1-2 10 сут. В воде
Т1 Закалка Искусственное старение 520-530 160-170 1-2 10-12 В воде На воздухе
1915 м Отжиг 380-420 1-3 До 150° С со скоростью 30°/час, далее на воздухе
1925 т Закалка Естественное старение 440—460 1-2 30 суток В воде
1915 Т1 Закалка Искусственное старение 440-460 95-105 далее 145-155 1-2 20 10 В воде На воздухе
1915 для сварных конструкций Т1 Закалка Искусственное старение 440-460 95-105 далее 170-180 1-2 10-20 3-5 В воде На воздухе
Примечание: Для тонкостенных профилей (<10 мм) из сплавов АД31, 1915, 1925
допускается закалка с охлаждением на воздухе.
В табл. 321 приведены гарантируемые (минимальные) механические
свойства полуфабрикатов из рекомендуемых алюминиевых сплавов.
Металлические зернохранилища наиболее полно отвечают современ-
ным требованиям производства и хранения зерна при минимальных
322
затратах ручного труда. По сравнению с традиционными железобетонными
хранилищами металлические обладают рядом преимуществ: быстрота
монтажа, существенное снижение объема строительных работ, высокая
надежность в эксплуатации, малая собственная масса емкостей, низкие
капитальные затраты. Применение металла позволяет организовать массо-
вое производство хранилищ максимальной заводской готовности. Металли-
ческие хранилища позволяют максимально приблизить пункты хранения
к местам сбора зерна.
Отмеченные достоинства металлических хранилищ обусловили их
повсеместное распространение в большинстве стран мира.
Общепризнанна целесообразность строительства зернохранилищ
общей вместимостью до 10 тыс. т исключительно из металлических емкос-
тей, хотя в мировой практике имеются примеры использования металличес-
ких емкостей, именуемых наиболее часто «силосы», и для создания
хранилищ общей вместимостью до 30—50 тыс. т. Основными материалами
для производства металлических силосов служат сталь с антикоррозион-
ными покрытиями и алюминий. Выбор этих материалов определен высо-
кими требованиями к длительности эксплуатации, коррозионной стойкос-
ти, прочности и устойчивости конструкций. В частности, используемая
для силосов оцинкованная сталь должна иметь, как правило, цинковое
покрытие не менее 400 г/м2, что гарантирует работоспособность конструк-
ции в течении 10—15 лет.
Использование алюминиевых сплавов в зерновых силосах имеет
следующие преимущества: коррозионная стойкость без всяких покрытий
не менее 30—40 лет; высокая отражательная способность, что уменьшает
опасность конденсации влаги и обеспечивает стабильность температурного
режима хранения; гигиеничность и легкость конструкций; снижение
расхода металла на единицу емкости. Необходимо отметить повышенную
гладкость стен силосов из алюминиевых сплавов, что важно для очистки
и дезинфекции, а также для устойчивости тонкостенных оболочек при
вертикальных нагрузках. В табл. 322 приведена зависимость коэффициента
трения различных материалов от влажности и вида хранимых культур.
Отмеченные преимущества алюминиевых силосов в сочетании с
растущим дефицитом цинка и оцинкованного стального проката диктуют
целесообразность развития типов и конструкций зернохранилищ с
широким использованием алюминиевых сплавов.
Накоплен значительный опыт строительства и эксплуатации зерновых
силосов из алюминиевых сплавов. Выпускаются и эксплуатируются силоса
из алюминиевых сплавов различной конструкции вместимостью 15—100 т.
В отечественной практике выпускались спирально-навивные силоса из
алюминиевых листов из сплава АМг2 диаметром 6,0 и 8,0 м с механизиро-
ванной выгрузкой зерна с плоского днища. Все процессы загрузки, выгруз-
ки и контроля режимов полностью механизированы.
Таблица 321
Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов
Марка сплава Вид полуфабриката Состояние Предел прочности, о,, кг/мм2 , не менее Предел текучести, . кг/мм2, не менее Относительное удли- нение, б %, не менее
АДО АД1 Листы м н 6,0 12,0 — 28,0 5,0
АМц Листы м п н 9,0 15,0 19,0 18,0 6,0 4,0
Д12 Листы м п 16,0 24,0 — 15,0 6,0
АМг2 Листы м п м 17,0 24,0 27,0 18,0 6,0 4,0
Листы м п 20,0 24,0 — 15,0 7,0
Профили Без т/о 18,0 8 12,0
АМгЗ Прутки Без т/о М 18,0 18,0 8 8 13,0 13,0
Трубы Без т/о М 18,0 18,0 7 7 15,0 15,0
АД31 Профили Без т/о Т Т1 Т5 13,0 13,0 20,0 16,0 7,0 7,0 15,0 12,0 13,0 13,0 8,0 8,0
Трубы Т Без т/о TH ТН1 12,0 13,0 27,0 32,0 5,0 6,0 25,0 28,0 10,0 12,0 4,0 8,0
Профили Без т/о М Т Т1 32,0 28,0 35,0 38,0 20,0 18,0 22,0 25,0 10,0 12,0 10,0 8,0
1915 Трубы м т Без т/о 28,0 36,0 32,0 18,0 22,0 20,0 12,0 10,0 10,0
Прутки Без т/о М Т Т1 35,0 30,0 35,0 38,0 22,0 22,0 25,0 10,0 12,0 10,0 10,0
Профили Без т/о М Т 35,0 30,0 35,0 20,0 20,0 9,0 12,0 10,0
1925 Трубы м т Без т/о 30,0 34,0 34,0 20,0 20,0 12,0 10,0 10,0
Прутки Без т/о М Т Т1 36,0 30,0 36,0 38,0 22,0 22,0 25,0 10,0 12,0 10,0 8,0
Примечание; М - отожженные, Н - нагартованные, П - полунагартованные, Т - закаленные и естественно состаренные, Т1 - закаленные и искусственно состаренные.
324
Таблица 322
Зависимость коэффициента внешнего трения различных материалов
от влажности зерна в металлических и бетонных силосах
Материал стен силоса Вид культуры Влажность зерна, %
13,5 19,0 25,0
к 0,18 0,25 —
Сплав АМг2 п 0,22 0,30 0,44
я 0,28 0,41 —
к 0,29 0,41 .—
Сталь с пленкой смазки п 0,22 0,32 0,49
после расконсервации я 0,22 0,39 —
к 0,39 0,62 —
Сталь со следами п 0,42 0,55 0,58
коррозии я 0,35 0,62 —
п 0,52 0,80 —
Бетон я 0,55 —
* К — кукуруза, П — пшеница, Я — ячмень
Алюминиевые силосы по сравнению с железобетонными позволяют
В 6—10 раз уменьшить трудоемкость сооружения зернохранилища, сокра-
тить в 3—4 раза расход бетона и в 2—3 раза расход металла. Силос
вместимостью 250—500 т возводится бригадой из пяти монтажников менее
чем за 100 ч «под ключ». Конструкция силосов отличается также тем, что
80% готовности емкости поступает на строительную площадку в виде
рулонов с металлургического завода. Все металлоконструкции двух силосов
вместимостью 500 т могут быть доставлены рейсом одного КамАЗа. Для
железобетонного хранилища такой же вместимостью потребуется привести
не менее 500 т железобетонных элементов.
Из большого количества факторов, обусловливающих широкое исполь-
зование алюминиевых сплавов в сельском строительстве, особое значение
для строительства сельскохозяйственных зданий и сооружений имеют:
- высокая коррозионная стойкость и гигиеничность, благодаря чему
значительно облегчается уход за различными сельскохозяйственными
постройками, их обслуживание, при этом обеспечивается их высокая
долговечность;
- малая масса конструкций и низкая трудоемкость монтажа позволяет
возводить здания малыми силами, без специального грузоподъемного
оборудования;
- высокая отражательная способность при малой излучательной способ-
ности позволяет использовать алюминий в качестве эффективной тепло-
изоляции.
Сельскохозяйственные здания комплектной поставки по применяе-
мым материалам можно разделить на три группы:
а) из стальных конструкций;
б) из алюминиевых и стальных конструкций одновременно;
в) из алюминиевых конструкций.
325
Объем применения алюминия неуклонно увеличивается. Например,
в сельскохозяйственных зданиях Дании в 1965 г. использовано 150 т
алюминия (главным образом в кровлях), а за 1965—1974 гг. — 30000 т
(примерно 15 млн. м2 кровель).
В сельскохозяйственных производственных зданиях алюминиевые
сплавы находят применение в основном для ограждающих конструкций —
кровель и стен по листовой и панельной сборки, утепленных потолков,
окон, элементов вентиляции, а также в отдельных случаях для щелевых
полов, ограждений стойл и загонов. Используют алюминий также в
конструкциях покрытий, совмещающих ограждение и несущие функции,
и реже — в несущих конструкциях.
Для изготовления конструкций используют в основном сплавы систем
Al—Mg—Si (типа АД 31), Al—Mg—Мп (типа Д12), Al—Mg (типа АМц)
средней механической прочности, отличающиеся высокой коррозионной
стойкостью.
Особый интерес во многих европейских странах вызывает применение
алюминия для строительства животноводческих помещений, поскольку
условия, которые он обеспечивает, в большей степени, чем другие мате-
риалы, способствуют увеличению продуктивности животноводства и
сокращению расходов на эксплуатацию.
Типичным решением является однопролетное здание со стальным
каркасом и алюминиевыми ограждающими конструкциями полистовой
сборки. Все материалы используются в конструкции рационально: алюми-
ниевые внутренние поверхности кровли и стен обеспечивают гигиенич-
ность помещений, служат хорошей пароизоляцией, препятствуют теплопо-
терям излучением. Каркас надежно защищен от воздействия влажного
воздуха помещений, от атмосферной влаги и хорошо проветривается,
благодаря чему увеличивается его долговечность. Наружные алюминиевые
поверхности кровли и стен препятствуют перегреву помещений в летний
период. В некоторых случаях применяют алюминиевый каркас, который
со стороны помещений оставляют открытым.
В настоящее время птицеводческие здания и животноводческие
фермы строят из готовых конструкций, поставляемых с завода на стройку
комплектно. Этот метод позволяет экономить не только материальные,
но и трудовые ресурсы, что особенно важно для сельского строительства,
характеризующегося большой разбросанностью объектов, слабым развитием
местной строительной базы и острым дефицитом квалифицированной
рабочей силы. Например, строительство птицефабрики на 6 млн. бройлеров
в год сокращение времени возведения каждого единичного птичника (а
их в составе фабрики может быть до 20) не только компенсирует удорожа-
ние строительства алюминиевых птичников по сравнению с типовыми
железобетонными, но и дает дополнительный экономический эффект за
счет досрочного ввода объекта в строй.
В конструкциях хранилищ применение алюминиевых сплавов особен-
но эффективно благодаря его теплоизолирующей способности, гигиенич-
ности, паронепроницаемости.
Имеется положительный опыт строительства фрукто- и овощехра-
нилищ с ограждающими конструкциями из алюминиевых «сэндвич»-
панелей с сердцевиной из пенополиуретана толщиной 100 мм. Снаружи
на стенах установлены на откосе гофрированные алюминиевые листы,
выполняющие роль отражательной изоляции. Подвесной потолок из
«сэндвич»-панелей установлен в уровне нижнего пояса стальных ферм, а
кровля выполнена из гофрированных алюминиевых листов в уровне
верхнего пояса ферм.
Широкое применение легковозводимых овоще- и фруктохранилищ
относительно небольшой емкости обеспечит значительное снижение потерь
продукции И снизит пиковые нагрузки на автотранспорт в осеннее время.
Перспективно использование в овоще- и фруктохранилищах специфи-
ческих конструкций, существенно снижающих нагрузку на холодильные
установки и отопительные агрегаты, в том числе алюминиевых экранов,
алюминиевых водо-охлаждаемых стен и кровель, совмещенных с ограждаю-
щими конструкциями коллекторов солнечной энергии, включенных в
системы термостатирования зданий.
Особенно предпочтительно применение системы гелиоохлаждения,
наиболее интенсивно работающей в момент максимального теплового
напора на охлаждения.
Алюминий — один из самых незаменимых материалов для применения
в деталях, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами
(молокопроводы и цистерны, доильные установки, консервная тара, фольга
для упаковки пищевых продуктов, мельничные рассевы, емкости для
длительного хранения продуктов и т.д.).
В мировой практике наиболее распространенным типом зимних
теплиц с ограждающими конструкциями из алюминия являются блочные
(многопролетные) теплицы с шириной пролета 3,2—12 м, позволяющие
перекрывать большие площади с наименьшим расходом металла. Имеется
тенденция к некоторому увеличению пролетов блочных и ангарных теплиц,
которые в отдельных проектах достигают 36 м и более. В большепролетных
теплицах и несущие конструкции можно изготавливать из алюминиевых
сплавов, что позволяет заметно уменьшить массу конструкций.
Многочисленные фирмы Европы и США совместно с металлурги-
ческими предприятиями разрабатывают и изготавливают специальные
профили для теплиц, существенно упрощающие их строительство. Для
этого применяют сплавы типа АД31Т1, АДЗЗТ1 и АМгЗ соответственно.
Применение алюминия в ограждающих конструкциях обеспечивает
более длительный срок их службы благодаря высокой коррозионной стой-
кости. Кроме того, алюминиевые профили специального сечения позволяют
герметично вставить стекло без промазки мастикой и, таким образом, избе-
327
жать трудоемких процессов герметизации остекления при монтаже и ремон-
те. Важное, для повышения урожайности, преимущество алюминия —
лучшая освещенность теплиц вследствие высокой отражательной способ-
ности алюминия (80%) по сравнению с оцинкованным железом (40%).
Применение полуфабрикатов из сплава типа АД31Т1 в ограждающих
конструкциях теплиц позволяет более чем в 3 раза снизить металлоем-
кость, существенно облегчить монтаж металлоконструкций, упростить
процесс остекления, улучшить герметизацию стыков, что обеспечило
снижение тепловых потерь на 20%, более стабильный температурный
режим.
Целесообразность применения алюминиевых сплавов в транспортных
средствах сельскохозяйственного назначения обусловлена двумя факторами:
- необходимостью снижения и соответствующего увеличения грузо-
подъемности;
- требованиями высокой коррозионной стойкости и гигиеничности
конструкций, обеспечивающих длительный срок службы в специфических
условиях эксплуатации.
Алюминиевые сплавы позволяют не только с высокой эффективностью
заменять традиционные материалы, но являются в ряде случаев наиболее
технически целесообразным материалом для создания некоторых образцов
техники, таких как самосвальные кузова для перевозки незатаренных
минеральных удобрений, полуприцепы-скотовозы, авторефрижераторы,
автоцистерны, рефрижераторные контейнеры для перевозки СКОрОПОрТЯ-
щихся сельскохозяйственных продуктов и др.
В качестве материала для изготовления самосвальных кузовов, полу-
прицепов-скотовозов и др. целесообразно применять прессованные
профили из сплава 1915 и листы сплава АМг5. Так полуприцепы-
скотовозы с использованием седельных тягачей ЗИЛ и КамАЗ грузо-
подъемностью от 8 до 23 т имеют клепано-сварочный кузов несущей
конструкции из прессованных профилей из сплавов АД31Т1 и 1915Т1 и
рифленого листа из сплава АМг2Н. Это позволило в 2 раза увеличить
срок службы полуприцепа, облегчило обслуживание, улучшило гигиени-
ческие условия содержания и сохранности скота при перевозках.
Эффективным является использование алюминиевых сплавов в
конструкции авторефрижераторов. Кузов авторефрижераторов имеет
безрамную несущую цельнометаллическую клепано-сварную конструкцию
из прессованных профилей из сплавов АД31Т1 и 1915 Т1 соединенных
клепкой с облицовкой из сплава АМгЗ 1/2 Н. Это обеспечивает повышение
грузоподъемности на 300 кг, снижает трудоемкость сборочных работ на
30% и повышает долговечность авторефрижератора.
Алюминиевые сплавы нашли применение в трубопроводных сетях
оросительных систем, благодаря легкости и прочности, высокой коррозион-
ной стойкости, позволяющей наливать не только воду, но и химические
растворы и стоки животноводческих ферм. Благодаря этому повышается
328
срок службы трубопроводов, снижается его масса, уменьшается трудоем-
кость монтажа и транспортировки. Трудоемкость монтажа разборного
трубопровода из алюминиевых сплавов в 3—4 раза ниже, чем стального
при сопоставимой стоимости материала. Благодаря повышенной гладкости
алюминиевых труб мощность насоса снижается на 15—20%.
В качестве материала для оросительных труб диаметром 105—220
мм применяют сплавы АМг2, АМгЗ, 1915Т1. Трубы из сплавов АМг2 и
АМгЗ сварные, а из сплава 1915 горячепрессованные.
В сельскохозяйственной технике алюминиевые деформируемые сплавы
типа АМг2, АД31Т1 применяют: в уборочных машинах для стенок, направ-
ляющих желобов, резервуаров и пр., в установках по переработке молока
применяют технический алюминий АД1; сплавы АМг2, АМц, АД31Т; в
резервуарах всех назначений технический алюминий АД1 сплавы АМг2,
АМц и АД31Т1.
3.9. ТАРА И УПАКОВКА
Как упаковочный материал алюминий используется: в виде фольги —
с 1902 г., в виде тюбиков — с 1920 г.; в виде крышек для молочных
бутылок — с 1931 г.
Современные методы торговли и возрастающие требования к качеству
и долговечности упакованных товаров являются основой бурного роста
использования алюминия как упаковочного материала.
Для упаковки используется алюминий в виде фольги, тонкой ленты,
листов и готовых изделий в виде тюбиков и банок.
Основными свойствами алюминия, обусловливающими его примене-
ние в качестве упаковочного материала, являются высокая химическая
стойкость, которую в случае необходимости (при контактировании
упаковочного материала с особо агрессивными упаковочными веществами)
можно дополнительно повысить, если провести соответствующие меро-
приятия по защите поверхности упаковки от взаимодействия с окружаю-
щей средой, а также непроницаемость для водяных паров И ароматических
веществ. Кроме того, существенное значение имеют высокая деформи-
руемость алюминия при прокатке, штамповке выдавливанием, глубокой
вытяжке и прессовании, а также его малая плотность (экономия на транс-
портных расходах). Наряду с этим необходимо упомянуть надежность
защиты упаковочных товаров от механических повреждений в связи со
сравнительно высокой прочностью алюминиевой упаковки.
Упаковка из алюминиевой фольги. Алюминиевая фольга является
одним из лучших упаковочных материалов, назначение которых —
обеспечить транспортабельность особо чувствительных к повреждению
товаров во время их доставки потребителю и сохранить высокое их
качество до момента использования. Высокая декоративность алюминиевой
фольги стимулирует, кроме того, приобретение товаров покупателем.
Многосторонняя применяемость фольги основана на удачном сочетании
ее положительных свойств, которые при особых требованиях могут быть
дополнительно повышены в результате соответствующих мероприятий.
Важнейшие свойства алюминиевой фольги, необходимые при ее
использовании в качестве упаковочного материала, следующие:
1. Мягкость и способность складываться позволяет упаковывать на
автоматах и вручную.
2. Серебристая, блестящая поверхность придает товару внешний вид,
привлекающий покупателя, особенно при использовании цветной фольги
с отпечатанными или тесненными текстами и рисунками.
3. Антисептичность, нетоксичность алюминия и его сплавов, отсут-
ствие у них вкуса и запаха, инертное отношение к краске, имеющейся на
товаре, позволяют использовать в качестве упаковки всех пищевых товаров.
4. Хорошая теплопроводность позволяет использовать в качестве
упаковки замораживаемых товаров.
5. Плотность и отсутствие пор при достаточной толщине, а также в
случае необходимости при дополнительном лакировании или кэширова-
нии, способствуют сохранению свежести упакованных товаров и защите
их от высыхания, чрезмерного увлажнения, а также от потери ими аромата.
Наиболее старая и наиболее известная область применения фольги в
качестве упаковочного материала — завертывание в фольгу шоколада,
помадки «пралине» и других аналогичных легкоплавких кондитерских
изделий. В данном случае фольга защищает изделие от быстрого размягче-
ния при высокой окружающей температуре летом.
В большом объеме алюминиевая фольга используется для упаковки
табачных изделий и чая всех видов, так как в этом случае она обеспечивает
более длительное сохранение кондиции товара (аромат, степень влажности).
Очень большое значение имеет алюминиевая фольга в качестве
материала для упаковки молочных продуктов и пищевых жиров. Масло и
маргарин, упакованные в фольгу, долго сохраняют свою свежесть, так как
исключается воздействие на упакованный продукт ультрафиолетового
излучения.
Потери масла на окисление воздухом уменьшаются при упаковке в
фольгу на 5—6% по сравнению с маслом без упаковки.
Используется алюминиевая фольга для упаковки косметики, моющих
средств, фотопленок, фармацевтических изделий, перевязочных материа-
лов, медикаментов и т.д.
Ярко раскрашенную оболочку из алюминиевой фольги имеют обычно
пакетики с сухими супами и бульонами, так как именно фольга обеспе-
чивает сохранение аромата упакованного продукта и его защиту от увлажне-
330
ния. Для упаковки супов и бульонов чаще всего используют так называемые
«завариваемые вгорячую» пакеты и коробки, которые исключают проник-
новение влаги и запахов даже на сгибах. Такая упаковка используется также
при расфасовке кофе, чая, какао, порошкообразных пищевых продуктов,
сахарной пудры и пряностей.
Полужесткие контейнеры или подносики с фланцами и выштампован-
ными ребрами жесткости из фольги толщиной 20—150 мкм,
используются в качестве разовой тары для приготовления, замораживания,
транспортировки, подогрева и подачи пищи в виде готовых блюд (мясные,
рыбные, салаты, печенья, торты, пироги и пр.).
Гибкая упаковка из тонкой фольги толщиной 9—20 мкм (пакеты,
сумки, обертка, для изготовления которой обычно используют каширован-
ную или ламинированную фольгу, склеенную с бумагой или пластиками).
Промышленность выпускает фольгу и упаковочные материалы на
основе алюминиевой фольги толщиной от 6,35—200 мкм.
На основе фольги выпускаются упаковочные материалы: фольга,
датированная бумагой; фольга, покрытая термолаком; фольга, покрытая
защитным лаком; фольга, ламинированная пленочными материалами;
фольга, окрашенная многоцветная (8 цветов).
Мешки и пакеты из фольгированной пленки. Пакеты и мешки из
сваривающейся при нагреве алюминиево-пластмассовой пленки исполь-
зуют для упаковки самых разнообразных изделий и товаров, например,
табака, рыбы, сметаны, напитков, хлебобулочных изделий, супов и многого
другого. По особым заказам поставляются пакеты, сохраняющие герметич-
ность при повышенном и пониженном внутреннем давлении, а также
стерилизуемые пакеты.
Алюминированные коробки. Алюминированные коробки изготавли-
вают из бумаги или картона с нанесенной на них алюминиевой фольгой.
Корпус коробок представляет собой чаще всего кусок многослойной трубы,
полученной непрерывной навивкой. Дно и крышку для таких коробок,
изготавливаемых из алюминиевой фольги, напрессовывают или навальцо-
вывают на корпус в случае необходимости. Такие коробки используют
для упаковки моющих средств, напитков, смазок и масел.
Фольга для домашнего обихода. Применение алюминиевой фольги
в домашнем обиходе очень многогранно. Ее используют как для сохранения
свежести пищевых продуктов, так и для заворачивания сырых продуктов
при их изготовлении. Идеальным является применение алюминиевой
фольги для упаковки замороженных продуктов, предназначенных для
использования на пикниках и в кемпингах. Фольгу для домашних нужд
выпускают рулонами: длина кусков 10 и 25 м, ширина фольги 30 см и
толщина 16 мкм. Фольгу для упаковки замороженных продуктов также
выпускают рулонами: длина куска 10 м, ширина фольги 45 см и толщина
23 мкм. В домашнем обиходе используют также алюминиевую фольгу,
331
каптированную бумагой, окрашенную и часто имеющую, кроме того,
выдавленный узор. Такую фольгу применяют для оформления подарков
и для рукоделия. Картон, каптированный с обеих сторон окрашенной
фольгой, широко используют для изготовления различных поделок, в
частности, елочных украшений.
Консервные банки. Из алюминия изготавливают консервные банки
для пива, прохладительных напитков, концентрированных фруктовых
соков, мясных и рыбных консервов, консервированных супов, красок,
смазочных масел и др., а также легко открывающиеся крышки для консерв-
ных банок.
Одна из основных причин бурного роста применения алюминия для
изготовления консервных банок — нехватка олова, необходимого для
покрытия жести.
Незначительное содержание олова в земной коре, малая распростра-
ненность его месторождений и высокая стоимость извлечения из бедных
руд привели к сокращению мирового производства олова при значитель-
ном повышении производства алюминия. В табл. 323 приведены основные
типы консервных банок из алюминия.
Таблица 323
Типы консервных банок из алюминия
Конструкция Метод изготовления Назначение банки
Овальная, прямоугольная или круглая малой высоты Круглая удлиненная из двух штампованных частей, соединяемых без спайки Круглая с высотой, равной 1—2 диаметрам, с легкосъем- ной крышкой Круглая с высотой, равной 2 диаметрам, с герметическим клапаном Свертная банка из комбини- рованного материала — фольги, склеенной с бумагой Мягкий пакет из алюминие- вой фольги, склеенной с полимерной пленкой Глубокая вытяжка из лаки- рованной ленты толщиной 0,2—0,35 мм То же Ударная штамповка из кружков толщиной 2—4 мм То же Свертка комбинированного материала и термическая склейка по продольному шву и с металлическими донышками Склейка пакета из комби- нированного материала — фольги, склеенной с полимерной пленкой Рыбные и мясные консервы Агрессивные продукты (томатная паста, мясо, паштеты, кислая капуста, маринованная рыба, соусы, фрукты в сиропе) Консервированные супы, фруктовые соки, пиво Баллоны для аэрозолей: лекарств, косметики, красок, препаратов против насекомых и т.д. Фруктовые соки, смазочные масла, краски, напитки, охлажденное тесто Плодоовощные стерилизуемые консервы со сроком хранения до 2 лет
Для производства консервных банок используется алюминиевая лента
из чистого алюминия АДО или алюминиевого сплава АМг2. Алюминиевая
консервная банка в 2,5 раза легче жестяной и на 35—45% дешевле.
332
При изготовлении банок из сплава АМг2 ее вес снижается еще на
25-30%.
Существенным преимуществом консервных банок из алюминия
является возможность их утилизации, что позволяет экономить до 95%
энергозатрат, идущих на производство первичного алюминия.
За рубежом 40—50% банок возвращается на заводы вторичной метал-
лургии на переплавку.
При изготовлении алюминиевых банок методом глубокой вытяжки
из листа толщиной 0,2—0,3 мм потери металла в высечку составляют 15—
18%. Производительность автомата по изготовлению таких банок составля-
ет до 400 шт/мин.
Банки, производимые ударной штамповкой из листа толщиной 2—4
мм, имеют более высокое качество. Потери металла при их изготовлении
равны всего 4—5%. Поэтому в основном алюминиевые банки делают этим
методом. Производительность установок составляет до 200 шт/мин.
В небольших масштабах за рубежом изготовляют алюминиевые банки
из трех частей (2 крышки и обечайка) путем свертки и ультразвуковой
сварки. Производительность установок равна 400—500 шт/мин. Также
изготовляют составные алюминиевые банки, получаемые пайкой твердым
припоем и склейкой.
Широкое применение получили легкосъемные алюминиевые крышки
к жестяным банкам для прохладительных напитков, пива, фруктовых
соков, минерального масла, кофе, конфет, сухих супов и пр. Алюминиевые
крышки стоят на 10% дороже жестяных, но лучше их: они легко удаляются
без применения консервных ножей и ключей.
Очень перспективно применение комбинированных консервных
банок, сделанных из трехслойного материала. Внутренний, прилегающий
к содержимому банки слой — фольга толщиной 12,7 мкм, затем слой
пластика или крафт-бумаги, наружный слой — фольга толщиной 7,6 мкм,
Наружную поверхность материала покрывают виниловым слоем с рисунка-
ми, надписями и слоем клея.
Этот материал изготовляют рулонным способом, а затем разрезают
на карты заданного размера. Свертку карточек в банки осуществляют на
оправке на станках-автоматах с термической склейкой по продольному
шву. После этого к банкам прикрепляют торцы из алюминиевых или
жестяных кружков. Производительность одной линии по изготовлению
таких банок достигает 1000 шт/мин.
Стоимость комбинированных банок примерно на 15% меньше стоимости
жестяных банок такой же вместимости. Их применяют для упаковки продук-
тов, хранящихся при нормальном давлении и не требующих повышенной
температуры при изготовлении. В такие банки упаковывают все консерви-
рованные фруктовые соки, смазочные масла в мелкой расфасовке и пр.
Мягкие консервные банки-пакеты из алюминиевой фольги с покры-
тием из полимерной пленки, выдерживающей стерилизацию при темпера-
туре до 130° С, для упаковки пищевых рационов требуют для хранения
пустых пакетов в 160 раз меньше площади, чем для жестяных банок той
же емкости. Стоимость этих банок на 30—50% ниже, чем жестяных.
Алюминиевыми крышками закупоривают сосуды как с узким горлыш-
ком, так и с широким горлом. Для закупорки сосудов с узким горлышком,
а именно, бутылок и бутылкоподобных сосудов, широко применяют
крышки в завальцовываемом варианте — при закупорке молочных бутылок
(«молочные крышки») и в резьбовом варианте — при закупорке бутылок
с напитками, пряностями и соусами. Резьбовые навинчиваемые пробки
часто выполняют в виде так называемых «безопасных пробок», которые
оснащают предохранительным кольцом, отрываемом при раскупорке
бутылки, а также герметичные резьбовые пробки для бутылок с содержа-
щими углекислый газ освежающими напитками (минеральная вода, кока-
кола, лимонад).
Для закупорки фармацевтических флаконов применяют стерильные
пробки, которые имеют двойной колпачок, причем наружный колпачок
перед применением лекарства срывается, а внутренний вместе с резиновой
пробкой остается на флаконе.
Крышки для закупорки сосудов с широким горлышком выполняют,
например, в виде обжимных колпачков к стеклянным банкам для упаковки
мясных продуктов, салатов и подобных продуктов. На крышке предвари-
тельно может быть сделан надрыв, благодаря чему крышка легко вскры-
вается.
Легкие емкости из алюминия (алюминиевые ящики из твердой фольги)
изготавливают простой штамповкой, причем по кромке углубления может
образоваться складка. Такие емкости используют в качестве тары однора-
зового употребления при перевозке мяса, овощей, ягод и грибов, пищевых
жиров, пирожных (иногда и печенья) и замороженных полуфабрикатов.
Широкое применение приобретает порционная упаковка с запечатан-
ными крышками, используемая для расфасовки мармеладов и конфитюров,
плавленых сыров, молочных продуктов, майонезов, суповых концентратов,
томатной пасты, растворимого кофе, чая или какао. Кроме того, такие
емкости применяются в качестве ящиков для замораживания полуфабри-
катов и готовых кушаний в домашних и ресторанных кухнях.
Отрывные крышки из алюминия уже давно используют для закупорки
консервных банок с напитками и продуктами.
Алюминиевые тубы — один из наиболее гигиеничных и рациональных
видов тары для фасовки разнообразных препаратов и продуктов, имеющих
пастообразную консистенцию. Это косметические изделия, медикаменты,
консервы (рыбные и мясные паштеты), сыры, пищевкусовые изделия
(майонез, горчица), предметы бытовой химии (лаки, краски, клей, смазки),
а также предметы для автосервиса. Некоторые из перечисленных изделий,
например, зубная паста, краски для волос, медикаменты, могут выпускаться
только в алюминиевых тубах. Тубы полностью герметичны и хорошо
334
защищают содержимое от действия света и воздуха, что обеспечивает
длительную сохранность продукции. При пользовании паста или крем
выдавливаются на щетку, тампон или палец; руки не соприкасаются с
остальной массой продукции, остающейся в тубе, что исключает возмож-
ность занесения в массу микрофлоры.
Алюминиевые тубы весьма экономичны при изготовлении и использо-
вании. Производство их легко поддается механизации на всех стадиях
производства. Сравнительные затраты на изготовление и использование
стеклянной тары из алюминиевых туб для фасовки 1 т косметической
продукции приведены в табл. 324.
Таблица 324
Сравнительные показатели стеклянной тары и алюминиевых туб
Показатели Тубы вместимостью 60 г Стеклянные банки вместимостью 74 г
Масса расходуемой тары, кг 93,5 1180,0
Отношение массы тары к массе фасованной продукции (без упаковочной коробки), % 9,3 118,0
Расход основных материалов на 119,5 1488,8
производство тары, кг
Заводская себестоимость всей тары в расчете на 1 т фасованной продукции, % 100 150
Затраты труда (заработная плата), % 100 400
Удельные капитальные оложспмя в расчете на 1 т фасованной продукции, % 100 230
В частности, материалоемкость производства туб в 10 раз, а себе-
стоимость в 1,5 раза ниже, чем материалоемкость и себестоимость стеклян-
ных банок. Для развития производства туб нужно в 2,3 раза меньше
капитальных вложений, чем для развития производства стеклянных банок.
Характерной особенностью является незначительная масса туб, составляю-
щая лишь 9% к массе фасованной продукции. Еще одним преимуществом
алюминиевых туб является возможность изготовления их с различным
оформлением на одной и той же линии оборудования.
Технология производства заготовок, туб и колпачков для них состоит
из трех самостоятельных технологических процессов: технологии производ-
ства алюминиевых заготовок, технологии производства колпачков для
туб и собственно производства туб.
На различных этапах производства применяются разные технологичес-
кие процессы или сочетания их. Так, отдельные этапы процесса — чисто
механические (прокатка алюминия, вырубка заготовок, галтовка, механи-
ческая обработка туб и др.), другие — чисто химические (полимеризация
лака, химическая обработка заготовок и др.). Но многие процессы в
производстве заготовок и туб комбинированные, причем большинство из
них — сочетание механических процессов с физико-химическими и
химическими процессами.
Тубы и аналогичные изделия, получаемые штамповкой выдавлива-
нием, применяются в фармацевтической промышленности для упаковки
порошкообразных медикаментов, мазей, тонких и грубых гранулатов,
драже, таблеток, чая, косметики, укладок для медико-биологических иссле-
дований и для хранения кровяной плазмы.
Алюминиевые банки для напитков обычно изготавливают штамповкой
выдавливанием с последующей чеканкой. Банки снабжают отрывными
крышками и используют для расфасовки пива, а также безалкогольных
освежающих напитков. Наряду с обычными преимуществами, связанными
с химической стойкостью алюминия, его индифферентностью по отноше-
нию к упакованному продукту и малой плотностью, алюминиевые консерв-
ные банки с приставным дном и слега пережатой кромкой практически
не имеют выступов, благодаря чему занимают мало места при упаковке.
Ценность алюминиевых консервных банок как вторичного сырья стимули-
рует сбор пустых банок, что вносит полезный вклад в охрану окружающей
среды.
Аэрозольные упаковки изготавливают из алюминия в виде сплошных
флаконов (упаковка «моноблок»), получаемых штамповкой выдавливанием
с последующей оттяжкой горлышка или в виде составных флаконов с
завальцованным дном. Клапан выполняют из металла и пластмассы, а
распылительную головку — чаще всего только из пластмассы. Клапан
завальцовывают в горлышко флакона.
В основном аэрозольные упаковки используют для расфасовки средств
по уходу за волосами, другой косметики, инсектицидов и средств для
защиты растений, освежителей воздуха, сапожных кремов, других средств
домашнего обихода, красок и лаков, средств для ухода за автомобилем,
технических веществ, фармацевтических изделий.
Фляги, канистры, термосы и другие виды тары из алюминия и его
сплавов получили очень широкое распространение. Для этих целей в
развитых странах используют десятки тысяч тонн алюминиевого проката.
Основные изделия этой группы — молочные фляги, молочные ушаты,
термосы для хранения и транспортировки горячей пищи, канистры для
бензина, газовые баллоны для переносных кухонь, несколько видов тары
для пищевых и химических продуктов, ведра различной формы, бочки
для пива, банки для сыпучих продуктов и др.
Фляги из алюминия получают штамповкой выдавливанием, глубокой
вытяжкой или раскаткой. Выпускаются фляги самых разнообразных
емкостей — от 25 см3 для упаковки фармацевтических изделий и до 60 л
для транспортировки жидкостей.
Алюминиевые бочки пригодны для транспортировки и хранения
различных, в том числе агрессивных и чувствительных к изменению вкуса
веществ.
336
Алюминиевые бочки изготавливают чаще всего, сваривая две поло-
винки, полученные глубокой вытяжкой и имеющие бурты, выполненные
накаткой роликом. В зоне наполнительного отверстия приваривают усили-
вающие элементы. За счет анодного оксидирования внутренней поверх-
ности и пропитки полученного слоя алюминиевые бочки приобретают
полную индифферентность ко многим жидкостям. Пивные бочки имеют
емкость до 100 л, используются бочки и большей емкости — до 250 л.
Наряду с алюминиевыми бочками для пива применяются алюминие-
вые бочки различной конструкции для транспортировки и хранения
высококачественных химико-технических изделий, а также товаров,
чувствительных к влаге.
Изготовленные из алюминиевых сплавов ящики для транспортировки
и хранения широко распространены в пищевой промышленности и, в
частности, на мясоперерабатывающих предприятиях. В других отраслях
промышленности такие ящики предпочтительно используют в тех случаях,
когда другие материалы отрицательно влияют на помещенные в тару товары,
слишком тяжелы, не обеспечивают достаточной прочности или жесткости,
не предохраняют товары от хищений или создают сложности в связи с
появлением статических электрических зарядов.
3.10. ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ ТОВАРЫ
Алюминий и его сплавы широко применяются для изготовления
различных потребительских товаров.
Одним из первых направлений применения алюминия в быту было
изготовление кухонной посуды. Еще до начала промышленного производ-
ства алюминия в 1858 г. были изготовлены первые столовые приборы
для императорского дома Франции. Но уже в 1893 г. в США было
организовано несколько фирм по производству кухонной посуды из
алюминия, на производство которой использовалось от 30 до 50% общего
выпуска алюминия. Вначале кухонная посуда изготовлялась литьем, а затем
пришли к ее производству также методом прессования и вытяжки.
Основными свойствами алюминия, обусловливающими его широкое
применение для изготовления кухонной посуды и утвари, являются
следующие:
1. Высокая коррозионная стойкость в пресной и подсоленной воде
при температуре до 180°С.
Воздействие водяного пара на алюминий и его сплавы также незначи-
тельно. Из пищевых продуктов лишь органические кислоты, кислые
фруктовые соки и вино оказывают слабое коррозионное воздействие на
алюминий.
337
Применение химического и электрохимического оксидирования
увеличивает толщину оксидной пленки на поверхности алюминия, хорошо
защищающей его поверхность от влияния пищевых агрессивных сред.
Для изготовления посуды чаще всего применяют технически чистый
алюминий и коррозионностойкие нетермообрабатываемые сплавы с
1-1,5% Мп и с 0,5-1,1% Mg.
2. Полная нетоксичность алюминия и оксидного слоя чрезвычайно
важна для применения его в качестве материала кухонной и столовой
посуды. При приготовлении пищи в алюминиевой посуде не изменяется
ее цвет, запах и вкус, не разрушаются витамины.
3. Малая плотность алюминия является положительным качеством
при изготовлении посуды больших размеров.
4. Привлекательный внешний вид, значительно улучшаемый примене-
нием различных методов отделки наружной поверхности посуды полиро-
вания цветного или белого эмалирования (под фарфор), эматолирования
покрытия полиамидной эмалью.
5. Хорошая обрабатываемость давлением — листовой штамповкой,
токарно-давильной обработкой, вырубкой, а также резанием, шлифованием
и полированием.
6. Способность хорошо заполнять формы при изготовлении литой
посуды.
В табл. 325 приведены сплавы, рекомендуемые для производства
штампованной посуды.
Таблица 325
Химический состав алюминия и его сплавов, применяемых для производства
штампованной посуды
Марка сплава Легирующие компоненты Прнмеси, не более
AI Мп Mg Fe Si Си Zn Ti Мп всего
А5 299,5 — 0,3 0,3 0,02 0,06 0,03 — 0,5
АО г99,00 — — 0,5 0,5 0,02 0,08 0,03 — 1,0
АД1 г99,3 — — 0,3 0,3 0,05 0,1 0,15 0,25 0,7
АД г98,9 — — 0,5 0,5 0,1 0,1 0,15 0,1 1,2
ММ Основа 1,0-1,4 0,2-0,5 0,6 1,0 0,2 0,1 0,1 — 0,2
АМц 1,0-1,6 — 0,7 0,6 0,2 0,1 0,2 — 0,1
АМг1 — 0,5-1,8 0,05 0,05 0,01 — — — 0,07
АМг2 » 0,2-0,6 1,8-2,8 0,4 0,4 0,1 0,2 0,1 — од
По назначению алюминиевая посуда делится на кухонную, столовую,
чайную, кофейную и посуду прочих нужд. К кухонной посуде относятся:
кастрюли различной формы, судки, кашеварки, кастрюли-скороварки,
кастрюли для варки овощей на пару, комбинированные кастрюли пяти-
предметные (коническая кастрюля, сотейник, дуршлаг, крышка-сковородка
и крышка), духовки «экономки», молоковары, бидоны емкостью от 1 до
10 л, печи «чудо», сита для процеживания бульонов, наплитные котлы,
термосы, машинки для выпечки изделий из теста и пр.
Столовая посуда — это миски, тарелки, вазы для фруктов, сухарницы,
хлебницы, блюда и др.; чайная и кофейная посуда — чайники, кофейники,
сахарницы, чайники для заварки чая, подносы и пр.; посуда для хозяйст-
венных нужд — тазы, баки для воды, баки для хранения продуктов, мыльни-
цы, ковши, кружки, умывальники, фляги, а также детская игрушечная
посуда.
В зависимости от назначения штампованную алюминиевую посуду
выпускают различной массы: легкую — с толщиной дна 1,5 мм, среднюю — с
толщиной дна 2 мм и тяжелую — с толщиной дна 2,5 мм и более.
Для обеспечения непригораемости кухонной посуды внутренние слои
посуды покрывают фторопластом — 4 или тефлоном, устойчивым к воздей-
ствию высокой температуры (260°С). Выпускаются биметаллические и
триметаллические кастрюли, сковороды и др. из биметалла нержавеющая
сталь—алюминий—медь—алюминий—нержавеющая сталь, которые обеспе-
чивают ускоренный нагрев, равномерное расщепление температуры,
гигиеничность и простую оснастку.
Вместо простой и дешевой посуды из тонкого алюминиевого листа,
которая, собственно говоря, представляла интерес только как дачная посуда,
в настоящее время в основном используется посуда с толстым точеным
дном с полученными раскаткой в валках стенках переменного сечения. В
такой посуде гарантируется равномерное распределение тепла по всему
дну. Наряду с полированной посудой и столовыми приборами нашли,
правда более узкое, применение такие же изделия с химически или
электролитически заглянцованной, подвергнутой анодному оксидированию
и окрашенной поверхностью.
Лозунг «больше красок на кухне» и тенденция к облегчению ухода
за посудой послужили причиной того, что сейчас алюминиевая посуда
часто имеет цветное (в том числе с рисунками) эмалевое покрытие на
наружных стенках и противопригарное тефлоновое покрытие внутри.
Алюминиевая посуда широко применяется также на больших фабриках-
кухнях и на мясоперерабатывающих предприятий, где, кроме того, охотно
используются всевозможные емкости и приспособления из алюминия.
Во все расширяющемся масштабе применяют противни и формы для
выпечки хлебобулочных изделий.
Алюминиевые столовые приборы в промышленно развитых странах
в домашнем хозяйстве сейчас практически не применяются. Зато во всех
домах имеется большое количество разнообразных мелких вспомога-
тельных приспособлений которые чаще всего изготовлены из алюминия.
Необходимо также упомянуть хозяйственную фольгу и фольгу для
замораживания продуктов, которые по праву нашли широкое применение
в домашнем хозяйстве как для сохранения свежести, так и для приготов-
ления пищи.
Последние годы очень увеличился ассортимент выпускаемых алюми-
ниевых стремянок, включающий как простые подставки, используемые
на кухне, так и сложные, составные стремянки для проведения специаль-
ных работ в помещении. В конструкции стремянок используются
длинномерные прессованные профили, соединяемые заклепками или
винтами. Иногда используют также прессовые или сварные соединения.
Аналогичным образом выполняют приспособления для сушки белья.
Кроме использования для посуды, алюминий широко применяют
также для изготовления ложек, вилок и различных видов домашней утвари
(карнизы для штор, детские коляски, пепельницы, зажигалки, космети-
ческие принадлежности, новогодние елки, ювелирные изделия) и детских
игрушек (конструкторы, автомашины, самолеты, кукольная посуда, мебель
и елочные украшения).
Крупным потребителем алюминиевого проката является промышлен-
ность по производству бытовых электроприборов: холодильников, моро-
зильников, стиральных машин, пылесосов, электрополотеров, кондицио-
нирующих установок, утюгов, фенов, тостеров, миксеров, кухонных плит,
швейных машин, кофейных автоматов, электробритв, машин для мойки
посуды и пр.
В современных домашних холодильниках используют больше алюми-
ниевых изделий, чем в других электроприборах (до 8 кг в некоторых
моделях). Из алюминия делают испарители, внутренние дверки, подносы
для льда, решетки, полки, коробки для фруктов, овощей и мяса, карманы
для продуктов, элементы отделки и даже корпуса некоторых холодиль-
ников. Алюминиевая фольга толщиной 6—7 мкм используется для
термоизоляции холодильников и кондиционеров.
Используют алюминий в пылесосах. Элементы корпуса, удлинитель-
ные трубки, сопла, крыльчатки вентиляторов — все эти узлы изготавливают
из алюминиевого проката, труб и отливок. Применение алюминия
позволяет значительно снизить массу пылесосов.
В табл. 326 приведены бытовые электроприборы, в которых исполь-
зуют полуфабрикаты из алюминия и алюминиевых сплавов.
Легкость и красивый внешний вид алюминия, а также хорошая техно-
логичность и высокая коррозионная стойкость обуславливают широкое
применение его для изготовления дачной и туристической мебели, а также
спортивного инвентаря.
Мебель из алюминиевых труб начали изготавливать а США с 1926 г.
В конце 20-х и начале 30-х годов она получила широкое распространение.
В настоящее время алюминий широко применяют для изготовления
дачной и туристической мебели (так называемая мебель для кемпинга).
Алюминиевые трубы широко применяют также для изготовления
карнизов для штор, велосипедных и мотоциклетных насосов, ружей для
подводной охоты, каркасов и колышек для палаток, сборных байдарок,
складных удилищ для ловли рыбы, детских колясок, сервировочных
столиков, каркаса для рюкзаков (станок), спортивного инвентаря (лыжные
палки, обручи, копья, стрелы), лестниц-стремянок.
340
Таблица 326
Бытовые электроприборы, в которых использованы алюминиевые полуфабрикаты
Наименование электроприбора Полуфабрикаты
Осветительная арматура - бра, люстры, торшеры. Трубы
Телевизоры, радиоприемники, проигрыватели и магнитофоны Листы и фасонные отливки для шасси; перфорированные листы и мелкие профили для отделки
Установки для кондиционирования воздуха Испарители из листов с системой каналов, листы для корпуса, профили для отделки, фольга для охладителей
Электросчетчики Высокоточные ленты для дисков
Телевизионные антенны и радиоантенны Трубы
Карманные фонарики Листы для корпуса, листы из сверхчистого алюминия для рефлекторов
Кинопроекторы, диапроекторы, фото- и киносъемочная аппаратура, штативы Фасонные отливки, трубки для штатив
Швейные и вязальные машины Фасонные отливки
Электробритвы и электромассажные приборы То же
Комнатные электронагреватели Листы из сверхчистого алюминия для рефлекторов, листы для корпуса
Ручной электроинструмент - дрели, пилы, ножи, открыватели консервных банок Фасонные отливки
Электронагревательные приборы - сковородки, вафельницы, кофеварки, тостеры Фасонные отливки, листы для корпуса
Комнатные вентиляторы и сушилки для волос, миксеры Фасонные отливки
Дорожные электроутюги То же
Радиаторы бытовые Листы
В табл. 327 приведены данные по круглым холоднодеформированным
трубам.
Таблица 327
Круглые трубы (холоднодеформированные)
Сплавы Размеры, мм Состояние поставки Технические условия лостааки
Наружный Толщина диаметр стенки
мин. макс. шаг мин. макс.
Д1; АВ; АД1; АД31; АМЦ; АМЦС; Д16; АМг2; АМгЗ; АМг5 6 4 1 0,5 6 Термически обработанные, нагартованные ГОСТ 18475-82, ОСТ 192096-83
Для производства складной мебели и лыжных палок с успехом исполь-
зуются сварные трубы из алюминиевых сплавов, выпускаемые промышлен-
ностью.
Из прессованных профилей изготавливают карнизы для штор, вешалки,
детские сани, окантовку для чемоданов и атташе-кейсов, детали подвесных
лодочных моторов, спиннингов, переносных газовых плиток, котелки с
треногой и пр.
Изготавливаются деревометаллические горно-спортивные лыжи,
обладающие многими преимуществами перед горными лыжами деревянной
341
и дерево-пластиковой конструкции. Основа таких лыж — пластины из
алюминиевого сплава В95.
Целесообразным оказалось применение прессованных алюминиевых
профилей при изготовлении теннисных ракеток. Металлические теннис-
ные ракетки обладают меньшим аэродинамическим сопротивлением, что
делает их более маневренными в игре с более стабильными упругими
свойствами.
Алюминиевые листы и ленты используют для изготовления корпусов
моторных лодок и чемоданов, лыжных креплений, черных школьных досок
И многих других видов мебели и спортинвентаря.
Дорожные указатели в виде щитов с надписями изготавливают в
основном из алюминия. Наряду с простыми щитами из алюминиевых
листов используют специальные конструкции из прессованных профилей,
а также из профилей и листов. В качестве несущих опор для щитов и
таблиц наряду с простыми столбами из труб (с зажимами для щитов из
профилей) используют рамные конструкции из труб с соединительными
литыми элементами (полученными литьем под давлением), обеспечиваю-
щими быстрый и простой монтаж.
Большие щиты устанавливают в основном на обходных сигнальных
мостовых порталах и полупорталах. Предпочтительность применения
алюминиевых деталей и в этом случае объясняется простотой монтажа,
возможностью отказаться от нанесения защитных красочных покрытий
и отсутствием затрат по уходу за конструкцией.
Для ограждения автострад разработаны специальные конструкции
из профилей, которые полностью равноценны или даже превосходят
аналогичные конструкции из стали. Разработаны алюминиевые конструк-
ции для предотвращения ослепления водителей светом встречных
автомашин.
Алюминий широко используется для изготовления табличек и вывесок
всех видов и размеров. Наряду с чистым алюминием используют в основ-
ном сплавы АМг2, АМгЗ с анодированной поверхностью (для гравиро-
ванных табличек). Для изготовления алюминиевых вывесок и табличек
пользуются методами травления (специальными методами), выдавливания
(сплошной и контурный рельеф), гравирования, полиграфической печати
(трафаретная печать, печать с упругих форм), лакирования, анодирования
с последущим нанесением рисунка полиграфической печатью, анодного
оксидирования и локального окрашивания по трафарету.
Комбинируя эти методы, можно изготавливать, например, рельефные
вывески с разной (гладкой и матовой) поверхностью на различных
участках, а также многоцветные вывески. При окрашивании краситель
проникает в окисный слой, толщину которого предварительно увеличи-
вают электролитически. Изготовленные подобным образом вывески и
таблички устойчивы против светового и атмосферного воздействия, а
также не теряют вида из-за механического изнашивания.
342
Алюминиевые листы со светочувствительным покрытием используют
для изготовления табличек малыми сериями. Текст на такие таблички
переносят с помощью увеличителей или контактным способом. Наряду с
пластичными заготовками со светочувствительным слоем, которые при
изготовлении табличек проявляют и фиксируют подобно фотоматериалам,
применяют заготовки с покрытием, используемым при светокопировании
и обеспечивающим получение таблички при проведении только двух
операций — засветки и проявления.
Большая область применения алюминиевых табличек — номерные
знаки автомобилей. Номерные знаки выполняют методом рельефного
тиснения на лакированном или покрытого светоотражающей пластмассо-
вой пленкой алюминиевого листа. Знаки имеют выпуклые участки, кото-
рые в валках покрывают лаком другого цвета.
Алюминий, главным образом чистый, или сплавы на основе алюминия
используются для изготовления модных украшений и медалей. При этом
художественная ценность украшения или медали, а также памятной
монеты из алюминия может быть равна и даже превосходить художест-
венную ценность аналогичного изделия из благородного металла. Глянцо-
ванный и покрытый естественной окисной пленкой алюминий имеет по
сравнению с серебром то преимущество, что он не тускнеет и не пачкает
одежду или кожу при трении о них. Имитация под золото достигается
окрашиванием изделия в соответствующий цвет, причем имитированное
изделие визуально неотличимо от подлинника (представляет интерес для
выставок, музеев, театров).
Для изготовления различных медицинских инструментов, приборов
и приспособлений применяют многие виды проката из алюминия и его
сплавов. Набор инструментов и шин для лечения переломов фаланг паль-
цев и пястных костей изготавливают из прессованных пластин, профилей
и прутков. Из алюминиевых прутков собирают каркас шины для лечения
вывихов ключиц.
Панели приспособления для переразгибания (реклинации), предназна-
ченные для плавного изгиба позвоночника, изготовляют из алюминиевых
листов.
Из проката алюминиевых сплавов изготовляют столы для наложения
гипсовых корсетов, различного рода кресла для процедур, носилки и ряд
других приспособлений.
Приложение № 1
СТАНДАРТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
НА АЛЮМИНИЙ, АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
И ПОЛУФАБРИКАТЫ ИЗ НИХ
1. Алюминий первичный. Марки ГОСТ 11069-2001
2. Алюминий и сплавы ГОСТ 4784-97
алюминиевые деформируемые.
Марки 3. Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия ГОСТ 21631-76 (для нужд народного хозяйства) ГОСТ 10703-73 (для полиграфической промышленности) ОСТ 1-90070-92 (обшивочные) ОСТ 1-90271-78 (1201) ОСТ 1-90246-77 (конструкционные листы, авиастроение) ОСТ 1-92073-82 (судостроение) ОСТ 1-92000-90 (АМгб повышенного качества) ТУ 1-92-47-77 (АК4-1ч с нормальной плакировкой) ТУ 1-92-48-77 (АК4-1ч с утолщенной плакировкой)
Плиты из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия ГОСТ 17232-99 ОСТ 1-90272-78 (1201) ОСТ ВЗ-6748-92 (АБТ 102) ОСТ ВЗ-75-86 (АБТ 101) ОСТ 1-92001-90 (АМгб повышенного качества) ОСТ 1-90117-83 (АК4-1Ч - авиастроение) ОСТ 1-92063-78 (1561, 1985ч - судостроение) ТУ 1-83-54-89 (1105 - для нужд народного хозяйства) ТУ 1-92-161-90 (авиастроение)
Ленты из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия ГОСТ 13726-97 (для нужд народного хозяйства) ТУ 1-2-394-79 (для лакированной ленты) ТУ 1-2-397-97 (для лакированной ленты) ТУ 1-83-53-89 (1105 - для нужд народного хозяйства) ТУ 1-2-533-99 (для лент сплава ВД1) ТУ 1-2-432-82 (ленты высокой точности и высокого качества) ТУ 1-2-433-82 (ленты высокой точности и повышенного качества отделки) ТУ 1-2-434-82 (ленты высокой точности)
Листы из алюминиевых сплавов рифленые с ромбовидным и чечевичным рифлением «Квинтет» и «Дуэт» Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых Листы «Квинтет» и ТУ 1-2-508-97 «Дуэт». Рифление с ТУ 1-3-71-90 ромбическим и ТУ 1-3-112-93 чечевичным видом ТУ 1-3-87-90 ГОСТ 21488-97
сплавов. Круглые, квадратные,
шестигранные. Технические
условия
Полосы прессованные из
алюминия и алюминиевых
сплавов. Технические условия
ГОСТ 8617-81
ОСТ 190113-85
ГОСТ 13616-78
ОСТ 192066-91
ГОСТ 15176-89
Профили прессованные из
алюминия и алюминиевых
сплавов. Технические условия
ГОСТ 8617-81
ОСТ 190113-86
ОСТ 192066-91
ТУ 1-3-43-90
ТУ 1-83-69 (для авиастроения)
ОСТ 190040
345
10. Панели прессованные из
алюминиевых сплавов,
получаемые разверткой из
ребристой трубы. Технические
условия
11. Панели прессованные плоские
из алюминиевых сплавов,
получаемые из овального
контейнера
12. Трубы круглые прессованные
из алюминия и алюминиевых
сплавов. Технические условия
13. Трубы круглые холоднодефор-
мированные из алюминия и
алюминиевых сплавов.
Технические условия
14. Трубы квадратные и
прямоугольные тянутые из
алюминия и алюминие-вых
сплавов. Технические условия
15. Трубы фасонные
прессованные из алюминия и
алюминиевых сплавов.
Технические условия
16. Поковки и штамповки из
алюминия и алюминиевых
сплавов
ОСТ 192041-90 по чертежу и
техническим условиям, согласованны
с Заказчиком
ГОСТ 8617-81 по чертежу и
техническим условиям, согласованны
с Заказчиком
ГОСТ 18482-79
ГОСТ 18475-82
ОСТ 192096-83
ГОСТ 18475-82
ОСТ 192096-83
По согласованным с Заказчиком
чертежу и техническим условиям
ОСТ 190073-85
ОСТ 190297-85
ОСТ 190334-83 (штамповки
из сплава АК6)
по согласованным с Заказчиком
чертежу и техническим условиям
17. Колесные диски для
автомобилей
из алюминиевых сплавов
346
Цельноштампованные диски автомобильных колес
Типоразмер колеса Р.Д.С.(ЬК) LZ ET Марка сплавов Фирма-изготовитель автомобиля
5J*13H2 98 4 29 AB ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2101-2107
5J*13H2 98 4 40 AB ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2108-2110; АО «ИЖ»: ИЖ-2126
5J*13H2 100 4 40 AB DAEWOO “Espero”
5,5J-14H2 100 108 4 37 AB АЗЛК Москвич-2141, DAEWOO “Nexia” Audi, Ford, Honda, Mitsubishi, Nissan, Opel, VW
5,5J*14H2 98 4 40 AB ОАО «АвтоВАЗ»: ВАЗ 2110
6J*14CH 139,7 5 0 AB ОАО «ГАЗ»: ГАЗ 2424-2430
6,5J*15H2 108 5 43 AB ОАО «ГАЗ»: ГАЗ 3110
7J*15H2 100 108 112 4; 5 38 АД35 Toyota, Peugeot, Volkswagen, Renault, Honda, Mercedes Benz, Mazda, Opel, Audi, Ford
6J*16H2 139,7 5 48 AB ОАО «АвтоВАЗ»: «Нива»
6J*16H2 170 6 105 AB ОАО «ГАЗ»: «Газель»
4J*12H2 98 3 42 AB КамАЗ: «Ока»
18. Сплавы алюминиевые литейные. Технические ГОСТ 1583-93
условия
19. Сплавы алюминиевые для производства поршней. ГОСТ 36620-98
Технические условия
20. Алюминий для раскисления, производства ГОСТ 295-98
ферросплавов и алюмотермии. Технические
условия
21. Катанка алюминиевая. ГОСТ 13843-78
Технические условия
Приложение № 2
СТАНДАРТЫ ПО КОНТРОЛЮ И ИЗМЕРЕНИЯМ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И
ПРИМЕНЕНИИ АЛЮМИНИЯ, АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ И ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ НИХ
ГОСТ 9.510-93 Единая система защиты от коррозии и старения.
Полуфабрикаты из алюминия и алюминиевых сплавов. Общие требования
к временной противокоррозионной защите, упаковке, транспортированию
и хранению.
ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия.
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические
условия.
ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытания на
растяжение.
ГОСТ 3221-85 Алюминий первичный. Методы спектрального анализа.
ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические
условия.
ГОСТ 7727-81 Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа.
ГОСТ 8026-92 Линейки поверочные. Технические условия.
ГОСТ 11739.1-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения оксида алюминия.
ГОСТ 11739.2-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения бора.
ГОСТ 11739.3-99 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения бериллия.
ГОСТ 11739.4-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения висмута.
ГОСТ 11739.5-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения ванадия.
ГОСТ 11739.6-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения железа.
ГОСТ 11739.7-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения кремния.
ГОСТ 11739.8-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения калия.
ГОСТ 11739.9-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения кадмия.
ГОСТ 11739.10-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения лития.
348
ГОСТ 11739.11-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения магния.
ГОСТ 11739.12-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения марганца.
ГОСТ 11739.13-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения меди.
ГОСТ 11739.14-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения мышьяка.
ГОСТ 11739.15-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения натрия.
ГОСТ 11739.16-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения никеля.
ГОСТ 11739.17-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения олова.
ГОСТ 11739.18-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения свинца.
ГОСТ 11739.19-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения сурьмы.
ГОСТ 11739.20-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения титана.
ГОСТ 11739.21-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения хрома.
ГОСТ 11739.22-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения редкоземельных элементов и иттрия.
ГОСТ 11739.23-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения циркония.
ГОСТ 11739.24-90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые.
Методы определения цинка.
ГОСТ 12697.1-77 Алюминий. Методы определения ванадия.
ГОСТ 12697.2-77 Алюминий. Методы определения магния.
ГОСТ 12697.3-77 Алюминий. Методы определения марганца.
ГОСТ 12697.4-77 Алюминий. Методы определения натрия.
ГОСТ 12697.5-77 Алюминий. Методы определения хрома.
ГОСТ 12697.6-77 Алюминий. Методы определения кремния.
ГОСТ 12697.7-77 Алюминий. Методы определения железа.
ГОСТ 12697.8-77 Алюминий. Методы определения меди.
ГОСТ 12697.9-77 Алюминий. Методы определения цинка.
ГОСТ 12697.10-77 Алюминий. Методы определения титана.
ГОСТ 12697.11-77 Алюминий. Методы определения свинца.
ГОСТ 12697.12-77 Алюминий. Методы определения мышьяка.
ГОСТ 14192-96 Маркировка грузов.
ГОСТ 18242-72* Статистический приемочный контроль по альтерна-
тивному признаку. Планы контроля.
349
ГОСТ 18321-73 Статистический контроль качества. Методы случай-
ного отбора выборок штучной продукции.
ГОСТ 19300-86 Средства измерения шероховатости поверхности
профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы
и основные параметры.
ГОСТ 24047-80 Полуфабрикаты из цветных металлов и их сплавов.
Отбор проб для испытания на растяжение.
ГОСТ 24231-80 Цветные металлы и сплавы. Общие требования к
отбору и подготовке проб для химического анализа.
ГОСТ 25086-87 Цветные металлы и их сплавы. Общие требования к
методам анализа.
ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытания на растяжение.
ГОСТ 7727-81 Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа.
ГОСТ 9012-59 Металлы. Методы измерения твердости по Бринеллю
ГОСТ 14192-77 Маркировка грузов.
ГОСТ 21132.0-75 Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод опреде-
ления содержания водорода в жидком металле.
ГОСТ 21132.1-81 Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы опреде-
ления водорода в твердом металле.
ГОСТ 21650-76 Средства скрепления тарно-штучных грузов в транс-
портные пакеты. Общие требования.
ГОСТ 26653-90 Подготовка генеральных грузов к транспортированию.
Общие требования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авиационные материалы на рубеже XX-XXI веков / Под ред.
Р.Е. Шалина. М: ВИАМ, 1994. С. 602.
2. Алюминий. Металловедение, обработка и применение. Пер. с англ.
Под ред. А.Т. Туманова, И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия, 1972. 662 с.
3. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). Пер. с
нем. Под ред. М.Е. Дрица и Л.Х. Райтбарга. М: Металлургия, 1979. 679 с.
4. Алюминиевые сплавы. Вып. 5. Конструкционные сплавы. Под ред.
И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия, 1969. 360 с.
5. Алюминиевые конструкции: Справочное пособие. Под ред.
В.И. Трофимова. М.: Стройиздат., 1978. 147 с.
6. Алюминиевые сплавы: Металловедение алюминия и его сплавов:
Справочник. Под ред. И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия, 1983. 279 с.
7. Алюминиевые сплавы: Промышленные алюминиевые сплавы:
Справочник. М: Металлургия, 1984. 526 с.
8. Алюминиевые сплавы: Применение алюминиевых сплавов:
Справочник. М.: Металлургия, 1985. 343 с.
9. Анискин В.И., Вахралиев Д.В., Киселев П.Е. Металлические
зернохранилища сельскохозяйственного назначения. М.: ВНИИТЭИСХ,
1978. 51 с.
10. Алюминиево-литиевые сплавы. Структура и свойства /
И.Н. Фридляндер, К.В. Чуистов, А.Л. Березина и др. Киев.: Наукова думка,
1992, 192 с.
11. Алов. А.А. Свариваемость деформируемых полуфабрикатов из
алюминиевых сплавов и методы ее оценки // Актуальные проблемы
сварки цветных металлов. Киев: Наукова думка, 1980. С. 23-26.
12. Алюминиевые сплавы при низких температурах. Пер. с англ. /
Под ред. И.Н. Фридляндера. М.; Металлургия, 1967. 292 с.
13. Абралов МА., Абдурахманов Р.У. Аргонодуговая сварка алюминие-
вых сплавов. Ташкент: ФАН, 1989. 232 с.
14. Абралов М.А., А.Т. Иулдашев, Р.И. Абдурахманов, Р.Б. Лихачев, Е.И.
Каплиенко, В.М. Белецкий. Повышение качества сварных соединений из
алюминиевых сплавов 01420 и АМгбМ (Свароч. произв.; 1980. № 3.
С. 18-20).
15. Альбац А.С., Белецкий В.М., Гиндин Г.П., Гуржий А.Н. Опыт
применения сплава В93 для создания крупногабаритных монолитных
конструкций самолета Ан-22. - Авиац. пр-сть. 1970. Приложение № 2
«Новое в технологии изготовления и прочности авиационных конструк-
ций».
16. Акимов Г.В. Теория и методы исследования коррозии металлов.
М: Изд-во АН СССР, 1945. 350 с.
351
17. Альтман М.Б., Строганов Г.Б., Постаников Н.С. - ВКН.:
Металловедение цветных металлов и сплавов. М: Наука, 1978. с. 177-181.
18. Бакулин А.В., Иванов В.В., Кучкин В.В. // Защита металлов. 1978.
№1. С. 102.
19. Белецкий В.М. Эффективность применения крупногабаритных
штамповок из сплава В93// Технология легких сплавов. 1963. № 1. С. 5-10.
20. Белецкий В.М., Матвеев Б.И., Шеломов В.А. Применение САП в
конструкции самолетов // Авиац. пром-сть. 1965. № 10. С. 25-27.
21. Белецкий В.М., Беляев В.Н. Опыт и перспективы применения
САП. Материалы НТК «Свойства и применения спеченных алюминиевых
порошков». М.: ОНТИ ВИАМ. 1967. С. 15-20.
22. Белолипецкий А.Я., Белецкий ВМ., Гиндин Г.П., Гуржий А.Н.,
Каряка ВЛ. Применение монолитных конструкций в крыльях самолетов
Ан // Авиац. пром-сть. 1967. №5. С. 30-36.
23. Белецкий В.М., Беляев В.Н. Технология сварки плавлением полуфаб-
рикатов из материала САП. Сб. Алюминиевые сплавы. Вып. 6. Сваривае-
мые сплавы / под. ред. И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия. 1969. С. 41-45.
24. Белецкий В.М., Беляев В.Н. Технологические особенности алюми-
ниевого сплава 01420 // Авиац. пром-сть. 1970. Приложение №2: Новое в
технологии изготовления и прочности авиационных конструкций.
С. 16-18.
25. В.М. Белецкий, С.И. Кишкина. Требования к шероховатости поверх-
ности алюминиевых сплавов./ Сб. статей: Поверхностный наклеп высоко-
прочных материалов / Под. ред. С.И. Кишкиной. М: ОНТИ ВИАМ, 1971.
С. 169-179.
26. В.М. Белецкий, В.И. Семенов, Б.П. Кондаков, А.Ф. Смольяников,
АЛ. Дуб, T.J1. Лебедик. Катанные листы с шипами для настилов полов
транспортных самолетов // Авиац. пром-сть. 1972. №5. С. 38-41.
27. Белецкий В.М., Фельдман Л.С., Беляев В.Н., Бурченкова Л.Ф.
Усталостная долговечность некоторых неразъемных соединений из сплава
01420 // Авиац. пром-сть. 1973. №5. С. 32-38.
28. Белецкий В.М., Белов А.В., Король В.К., Семенов В.И.: Новый
конструкционный листовой материал // Авиац. пром-сть. 1976, №10.
С. 43-47.
29. Белецкий В.М., Кишкина С.И., Рублев Я.А. Чувствительность
алюминиевого высокопрочного сплава В 93 к концентрации напряжений
при статических и повторных нагрузках // Проблемы прочности. 1977.
№2. С. 37-42.
30. Белецкий В.М., Кривов Г.А., Матусевич А.С., Татаринчик В.С.
Конструктивно-технологические испытания сталеалюминиевого компози-
ционного материала // Авиац. пром-сть. 1977. №3. С. 74.
31. Белецкий В.М., Кривов Г.А., Яценко М. И. Влияние структуры
композиций алюминий — сталь и алюминий — бор на характеристики
анизотропии прочности и жесткости // Механика анизотропных конструк-
ций ВИМИ. 1978. № 3 (6). С. 107-114.
32. Белецкий ВМ., Кривов ГА., Гнатюк АД., Кулаков JLB., Яценко М.И.
Долговечность листовых элементов, подкрепленных накладками из метал-
лического композиционного материала // Проблемы прочности. 1978.
№12. С. 53-56.
33. Белецкий В.М., Кривов ГА., Шоршолов МК., Катинова Л.В. Влияние
структуры на прочность сварного соединения композиции алюминий-бор
// Механика анизотропных конструкций. ВИМИ. 1979. №1. С. 95-99.
34. Белецкий В.М., Борисова И.Ф., Гиндин И.А., Гуревич Т.Н. и др.
Влияние низкотемпературных деформаций на характер старения и физико-
механические свойства сплава Д16 // Авиац. пром-сть. 1981. №8. С. 46-48.
35. Белецкий В.М., Кривов ГА., Яценко М.И., Кудинов В.В. и др.
Особенности механических свойств однонаправленного волокнистого
материала на металлической матрице. Композиционные материалы. М.:
Наука, 1981. С. 126-130.
36. Белецкий В.М., Кривов ГА., Мельников В.В., Цапренко Д.Н. и др.
Прочность соединений композиционного материала алюминий-бор,
полученных контактной точечной сваркой, там же. С. 170-173.
37. Белецкий В.М., Лаврова Г.В., Ананьева Т.А., Миловзорова С.В.
Стационарный процесс размерного травления сплавов алюминия // Авиац.
пром-сть. 1989. №11. С. 46-47.
38. Белецкий В.М., Лаврова Г.В., Ананьева Т.А., Миловзорова С.В.,
Полищук В.М. Влияние режимов глубокого размерного травления на долго-
вечность деталей из сплава Д16А // Авиац. пром-сть. 1990. №1. С. 46-47.
39. Белецкий В.М. Работы по созданию прогрессивных технологий и
материалов для промышленности // М.: Вопросы оборонной техники.
1987. Серия 17. Выпуск 3 (15). С. 39-46.
40. Белецкий В.М., Белова И.М., Лаврова Г.В., Матиясевич А.М..
Кривов ГА. Объемнодиффузионное легирование твердых алюминиевых
сплавов жидкими металлами. // Технолог, легк. сплавов. 1994. №5.
С. 39-43.
41. Белецкий В.М., Березина А.Л., Войтенко В.В. и др. Новые
среднепрочные сплавы типа АД (6ХХХ) // Технолог, системы. 1999.
№2. С. 25-26.
42. Белецкий В.М., Билецкий А.К. Вопросы сертификации авиацион-
ных материалов в Украине // Технолог, системы. 1999. №2. С. 55-60.
43. Белецкий В.М. Березина А.Л., Войтенко В.В., Моляр А.Г. и др.
Освоение в опытных условиях технологии производства и исследование
свойств экономно легированного алюминиевого сплава двойного примене-
ния // Технолог, системы. 2000. №4 (6). С. 59-66.
44. Билецкий А.К., Белецкий В.М. Базы данных по материалам //
Технолог, системы. 2000. №4 (6). С. 106-109.
45. Братухин А.Г., Бондарь Б.И., Нешпор Г.С., Фридман Г.И.
Сертификация в авиационной металлургии // Цветные металлы. 1992.
№11. С. 16-19.
353
46. Братухин А.Г. Высокоэффективные материалы - основа
высокого качества, надежности, ресурса Российской авиатехники //
Вестник машиностроения. 1996. №8. С. 15-18.
47. Братухин АТ., Денисов П.С., Рязанцев В.Д., Сотников В.С.
Технологические проблемы производства сварного самолета из сплава 1420
// Авиац. пром-сть. 1994. №7. С. 23-25.
48. Братухин А.Г., Редчиц В.В., Лукин В.И. Проблемы создания
сварных конструкций для авиакосмической техники // Свароч. произв.
1996. №3. С. 22-25.
49. Братухин А.Г., Редчиц В.В., Лукин В.И. Перспективы использова-
ния алюминиево-литиевых сплавов для штампосварных конструкций
летательных аппаратов. // Свароч. произв. 1996. №7. С. 17-21.
50. Братухин А.Г. Технологическое обеспечение высокого качества,
надежности, ресурса авиационной техники. М.: Машиностроение. 1996.
297 с.
51. Братухин АТ. Современные авиационные материалы: техноло-
гические и функциональные особенности. М: Изд. Авиатехинфор., 2003.
С. 7-137.
52. Брауде З.И., Ляпин А.Г., Томилин Н.В. Конструкции из алюминие-
вых сплавов (справочные материалы). М.: Стройиздат, 1994. 193 с.
53. Буйдалов Н.Ф. Технология производства тонколистовых клеесвар-
ных конструкций. М.: Машиностроение. 1989. 136 с.
54. Бочвар АА. Металловедение. М.: Металлургиздат. 1956. 495 с.
55. Бочвар АА. Основы термической обработки сплавов. 5-е изд. М.:
Металлургиздат, 1946. 290 с.
56. Батраков В.П. В кн.: Коррозия и защита металлов. М.: Оборонгиз,
1957. С. 6-35.
57. Батраков В.П. В кн.: Коррозия и защита металлов. М.: Оборонгиз,
1962. С. 8-81.
58. Бойцов Г.В., Небылов В.М., Таубин С.О. Прочность судовых конст-
рукций из алюминиевых сплавов. М.: Судпроигиз, 1962. 212 с.
59. Букаев Б.Н. История гражданской авиации. М.: Воздушный
транспорт, 1983. 375 с.
60. Белянин П.И. Производство широкофлюзилягиных самолетов.
М.: Машиностроение, 1979. 356 с.
61. Вульф Б.К., Ромадин К.П. Авиационное материаловедение. М.:
Машиностроение, 1967. 291 с.
62. Воронов С.М. Избранные труды по легким сплавам. М.: Оборонгиз,
1958. 516 с.
63. Воронов С.М., Елагин В.И., Власова Г.А. Алюминиевые сплавы.
М.: Оборонгиз, 1955. С. 7-14.
64. Воронцов ЛА., Маслов В.В., Пешков И.Б. Алюминий и алюми-
ниевые сплавы в электротехнических изделиях. М.: Энергия, 1971. 224 с.
354
65. Верник С., Пиннер Р. Химическая и электрохимическая обработка
алюминия и его сплавов. Пер. с англ. Л-д. т.: Судпромиздат, 1960. 387 С.
66. Владимирский В.И., Денкер И.М. Эррозионностойкие покрытия.
Энциклопедия полимеров, М.: Химия. 1977. т. III.
67. Глизмс.ненко ДЛ„ Евсеев Г.Б. Газовая сварка и резка металллов.
Машгиз, 447 с.
68. Гржимальский Л.Л., Илъевский И.М. Технология и оборудование
пайки. М.: Машиностроение, 1983. 237 с.
69. Громов ПА., Матвеев Б.И., Загороднева В.Ф. // МиТОМ. 1982.
№3. 52 с.
70. Герчикова Н.С. Тонкая структура и коррозионное растрескивание
алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1982. 128 с.
71. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов / С.Н. Киселев,
Е.А. Ханов, В.В. Рощин и др. М.: Машиностроение, 1972. 176 с.
72. Городыский А.В., Лаврова Г.В., Кондрук Е.М., Белова И.М.,
Белецкий В.М. Влияние металлических расплавов на коррозию алюминия
и его сплавов // Авиац. пром-сть. 1985. №4. С. 10-15.
73. Городыский А.В., Криницкий В.Б., Белецкий В.М. и др. Коррозион-
ное поведение сплава Д 16Т в контакте с титановым сплавом ВТ 16//
Авиац. пром-сть. 1979, № 1. С. 64-65.
74. Горбач В.Д., Соколов О.Г, Одинокое А.И. Мировые тенденции
развития технологии и материалов в судостроении // Проблемы современ-
ного материаловедения. Труды V сессии НС по НМ МААН. Киев. 1999.
С. 26-28.
75. Гордеева Т.А., Жегина И.П. Анализ изотопов при оценке
надежности материалов. М.: Машиностроение, 1978. 200 с.
76. Грилихес С Л., Евсеева. Т.А., Соловьев Л.Б. Защитно-декоративные
покрытия алюминия. Л-д. ЛДНТП, 1980. 21 с.
77. Грачев М.П. Гальванотехника при изготовлении изделий бытового
назначения. М.: Легкая промышленность, 1969. 304 с.
78. Добаткин В.И. Слитки алюминиевых сплавов. М.: Металлургиздат,
1960. 175 с.
79. Добаткин В.И. Легкие сплавы. Вып. 1. Металловедение,
термическая обработка, литье и обработка давлением. М.: Изд. АНСССР.
1958. С. 200-221.
80. Добаткин В.И., Елагин В.И. Гранулированные алюминиевые
сплавы. М.: Металлургия, 1981. 176 с.
81. Добаткин В.И., Елагин В.И., Федоров В.М. Быстрокристаллизиро-1
ванные алюминиевые сплавы. М.: ВИЛС, 1995. 338 с.
82. Денкер М.И., Гольдберг М.М. Защита изделий из алюминия и его,
сплавов лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1975. 176 с.
83. Дриц М.Е., Падежнова Е.М., Рохмин Л.Л. и др. Легкие сплавы
содержащие литий. М.: Наука, 1982. 142 с.
84. Дриц М.Е., Гук Ю.Г., Герасимов Л.П. Разрушение алюминиевых
сплавов. М.: Наука, 1980. 220 с.
85. Дриц А.М., Вовнянко А.Г. Высокоресурсные деформируемые
сплавы, легированные цирконием // Новые цветные сплавы. М.: Знание,
1990. С. 31-37.
86. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов
переходными металлами. М.: Металлулгирия, 1975. 245 с.
87. Елагин В.И., Захаров В.В., Дриц А.М. Структура и свойства сплавов
системы Al - Zn - Mg. М.: Металлургия, 1982. 222 с.
88. Ерманок М.З., Александров Ю.Н. Производство монолитных
панелей из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 214 с.
89. Зарубицкий О.Г., Белецкий В.М. Химическая и электрохимичекая
обработка поверхности материалов. Киев. Изд. общества «Знания» УССР.
- РДЭНТ, 1985. 17 с.
90. Залики Ф.И. Новое в порошковой металлургии. М.: Металлургия.
1970. 112 с.
91. Заболоцкий А А., Салибеков С.Е. // МиТОМ. 1978, №10. С. 49~52.
92. Ищенко АЯ., Чаюн А.Г., Белецкий В.М., Беляев В.Н. Особенности
сварки плавлением высокопрочного алюминиевого сплава 01420 //
Автомат, сварка. 1977, №3. С. 38-41.
93. Ищенко АЯ., Чаюн А.Г., Белецкий В.М., Беляев В.Н. Механичес-
кие свойства соединений алюминиевого сплава 01420 при сварке вольфра-
мовым электродом // Автомат, сварка. 1977, №6. С. 56-58.
94. Ищенко АЯ., Лабур Т.М., Лозовская А. В. Алюминиево-литиевые
сплавы для сварных конструкций аэрокосмической техники // Автомат,
сварка. 1985, №7. С. 41-44.
95. Ипатов Н.С. В кн: Обработка Материалов резанием. М.: МДНТП,
1977. С. 128-135.
96. Инженерная гальванотехника в приборостроении / Под ред.
Гринберга А.М. М.: Машиностроение, 1977. 512 с.
97. История металлургии легких сплавов в СССР. 1945-1987 гг.
М.: Наука, 1988. С. 24-60.
98. Кантер Г.Г., Рычик В.П., Белецкий В.М., Фельдман Л.С. Опыт
проектирования и изготовления изделий с широким применением сплава
В 93 / Труды первой Всесоюзной конференции по высокопрочному ковоч-
ному сплаву В93. Ташкент. Издательство «Узбекистон, 1969. С. 16-22.
99. Кишкин С.Т., Строганов С.П., Логунов А.В. Структурная стабиль-
ность и ее влияние на механические свойства // Доклады АН СССР.
1983. Т. 268, №4. С. 141-148.
100. Кишкина С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых спла-
вов. М.: Металлургия, 1981. 280 с.
101. Кишкина СМ., Белецкий В.М., Рублев ЯА., Гуревич Т.Н. Повыше-
ние усталостной прочности деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов.
// Авиац. пр-сть. Приложение №2. Новое в технологии изготовления и
прочности авиационных конструкций. М.: Машиностроение, 1970. С. 10-16.
356
102. Кшинев П.В., Фомин А.П., Шелапов В.А., Белецкий В.М., Фа-
леева А.Ф. Трубы из САП для теплообменников и отопительных коммуни-
каций. / Сборы. Свойства и применение специальных алюминиевых
сплавов М.: ВИАМ, 1967. С. 79-83.
103. Кривенко Р.А., Кузнецова Е.А., Фридляндер И.Н. Спеченые
алюминиевые сплавы / Под редакцией Фридляндера И.Н. М.: Оборонгиз,
1961. С. 118-122.
104. Каблов ИА. Корпусные конструкции из алюминиевых сплавов.
М.: Судпромгиз, 1960. 152 с.
105. Каблов Е.Н. Новые материалы и технологии - определяющий
фактор развития авиационной техники //Технолог, системы, 1999. №1.
С. 27-29.
106. Каримова С.А. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов
для изделий авиационной техники // Защита металлов, 1993. Т. 29. №5.
С. 729-734.
107. Квасов Ф.И., Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы типа
дуралюмин, М.: Металлургия, 1984. 239 с.
108. Кейгл Ч. Клеевые соединения. Пер. с англ. / Под ред Кардашева Д.А.
М.: Мир, 1971. 225 с.
109. Киселев Н.М., Ярковец А.И. Технология выполнения высокоре-
сурсных болтовых соединений / Под ред. Ярковца А.И. М.: МАН, 1984.
83 с.
110. Колачев В.А., Ливанов ВА., Елагин В.И. Металловедение и
термическая обработка цветйьрх металлов и сплавов. М.: Металлургия,
1980. С. 3-129.
111. Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б. Свойства и структура листов из
сплава 1430 // Технология легких сплавов, 1992. №1. С. 47-50.
112. Колобнев И.Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов.
М.: Металлургия, 1966.
113. Комиссарова В.С. Коррозионная стойкость САП. / Сб. Алюми-
ниевые сплавы. Вып. 2. Спеченые сплавы. М.: Оборнгиз, 1963. С. 12-15.
114. Контроль точечной и роликовой сварки / Орлов Б.Д., Чулошни-
ков П.Л. и др. М.: Машиностроение. 1973. 304 с.
115. Коло тыр кин Я.М. // Защита металов, 1975. № 11. С. 67~68.
116. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. Вязкость разрушения алюминие-
вых сплавов. М.: Металлургия, 1976. 295 с.
117. Коррозия и облучение / Герасимов В.В., Громова А.И., Головина
Е.С. и др. М.: Атомиздат, 1963. 269 с.
118. Крейс Ф.И. Новые материалы для сельскохозяйственных машин.
Научи, тр. / ВИСХОМ. М.: ВИСХОМ. 1982. 23 с.
119. Кривов Г.А. Технология самолетостроительного производства.
Киев.: КВ1Ц, 1997. 460 с.
120. Кривов Г.А., Белецкий В.М. Алюминиевые сплавы в автомобиле-
строении. // Технолог, системы, 2001. №5. С. 86-92.
121. Кривов ГЛ. Комплекс технологических процессов изготовления
конструкций из полуфабрикатов металлических и композиционных
материалов // Тез. докл. Московской международной конфер. по
композиционным матер. М.: Наука, 1990. 41. С. 226-227.
122. Кривов ГЛ. Некоторые технологические проблемы производства
деталей из листовых металлических и металлополимерных композицион-
ных материалов // Вопросы авиационной науки и техники. Серия:
Авиационная технология. М.: 1988. Вып. 5 (8) С. 102-107.
123. Кривов ГЛ. Процессы формообразования изделий из компактных
заготовок металлических и металлополимерных композиционных мате-
риалов // Композиционные материалы и опыт их применения. Киев.:
ИЭС им. И.О. Патона. 1990. С. 36-42.
124. Кучук -Яценко С.И. Контактная стыковая сварка плавлением.
К.: Наукова думка. 236 с.
125. Кутайцева Е.И., Доброжанская Р.И., Филиппова З.Г. Технология
легких сплавов. М.: ВИЛС, 1970. № 4. С. 49-52.
126. Коррозия. Справочное издание: Пер. с англ. / Под ред. Синявско-
го В.С. М.: Металлургия, 1981. 624 с.
127. Кардаш А.П., Белецкий В.М. Коррозионная усталостная прочность
листового плакированного материала САП-1 с поверхностным вибронакле-
пом // Прикладная механика. Сб. научи, труд. КНИГА, 1971. № 4. С. 15-18.
128. Корягин Н.И., Сигалов Ю.М., Эрлих А.И., Белецкий В.М., Семе-
ксе В.И., Марьин А.В. Производство и применение слоистого металла
алюминий-медь для шинопроводов бортовых систем самолетов. //
Авиац. пром-сть, 1976. №2. С. 36-41.
129. Конструкции из металлических композиционных материалов /
Г.А. Кривов и др. Киев: Техника, 1992. 160 с.
130. Карлашов А.В., Белецкий В.М, Кривов Г.А. и др. Увеличение
долговечности листовых образцов путем применения накладок из компо-
зиционных материалов // Проблемы прочности, 1977. С. 118-119.
131. Каспаров Г.Н., Кабанов А.И. Производство алюминиевых труб.
М.: ВО Агропромиздат, 1987. 216 с.
132. Каталог продукции Торгового дома «Русский алюминиевый
прокат».
133. Каталог продукции АО Ступинский металлургический комбинат.
134. Каталог продукции ОАО Верхне-Салдинское металлургическое
объединение (ОАО ВСМПО).
135. Каталог продукции и услуг ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».
136. Лашко Н.Ф. Лашко С.В. Пайка металлов. М.: Машиностроение,
1983. 367 с.
137. Локшин М.З., Грушин В.А., Соловьев Г.И. - В кн.: Технология
и оборудование сельскохозяйственного производства. М.: 1982, №2. 51 с.
138. Лайнер В.И. - В кн.: Электролитическое осаждение сплавов.
М.: Машгиз, 1961. С. 186-197.
139. Лакокрасочные покрытия в машиностроении. Справочник /
Под ред. М.М. Гольдберга М.: Машиностроение, 1974. 576 с.
140. Лаврова Г.В., Миловзора С.В., Белецкий В.М., Черный Д.П.
Травление алюминия щелочными саморегенерирующими растворами //
Авиац. пром-сть, 1986. №10. С. 41-42.
141. Лавренко И.Г., Григоренко И.М., Белецкий В.М. Конструктивно-
технологический анализ выбора материалов и заготовок для элементов
конструкции силового отсека фюзеляжа самолета // Технологические
системы, 2001. № 5. С. 96-107.
142. Лужников ЛЛ. Справочник по машиностроительным материалам.
Деформируемые алюминиевые сплавы. Т. 2. М.: Машгиз, 1959. С. 7-81.
143. Лукин В.С. Sc - перспективный легирующий элемент для приса-
дочных материалов // Свароч. пр-во, 1995. №6. С. 13-14.
144. Мондолъфо Л.Е. Структура и свойства алюминиевых сплавов.
Пер. с англ. М.: Металлургия, 1979. 64 с.
145. Материаловедение / Под ред. Б.А. Арзамасова М.: Машино-
строение, 1986. 383 с.
146. Материалы в машиностроении. / Выбор и применение. / Цвет-
ные металлы и сплавы. М.: Машиностроение, 1967. С. 9—129.
147. Металловедение алюминиевых сплавов: Справочник / Под ред.
И.Н. Фридляндера, М.: Металлургия, 1983. 278 с.
148. Металловедение алюминиевых сплавов / Под ред. С.И. Кишкиной.
Наука, 1985 237 с.
149. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справоч-
ник в пяти томах. Цветные металлы, т. 1/Под ред. Л.П. Лужиникова. М.:
Машиностроение, 1967. С. 7-128.
150. Материаловедение / Под общ. ред. П.Н. Арзамасова. М.: Машино-
строение, 1986.
151. Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Раздел II. Мате-
риалы в машиностроении, т. П-3 Цветные металлы и сплавы. Композици-
онные металлические материалы. / ред. — состав, акад. РАН И.Н. Фрид-
ляндер. М.: Машиностроение, 2001. С. 9-204. 767-814.
152. То же. т. Ш-2. Технология заготовительных производств / Ответ,
ред. П.Н. Белянин. М.: Машиностроение, 1996. 730 с.
153. Никитинский А.М. Пайка алюминия и его сплавов. М.: Машино-
строение, 1983. 190 с.
154. Николаев Г.А., Фридляндер И.Н., Арбузов Д.П. Свариваемые
алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1990. 290 с.
155. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов с ультра-
мелким зерном. М.: Металлургия, 1981. 167 с.
156. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.:
Металлургия, 1986. 460 с.
157. Новые материалы и технология получения изделий для авиацион-
ной техники / Учебн. пособие под ред. А.Г. Братухина и О.Х. Фаткуллина.
М.: 1999. 166 с.
359
158. Никишов А.С., Скляров Н.М. Управление качеством авиационных
материалов // Сб. научи, тр. ВИАМ. М.: ОНТИ ВИАМ, 1982. С. 51~57.
159. Оптимизация параметров режимов ручной и автоматической
сварки тонколистовых алюминиевых сплавов с наложением на дугу
кратковременных импульсов тока. / Г.В. Славин, И.М. Трохинская, В.И.
Рязанцев и др. // Свароч. пр-во, 1986. №1. С. 14-16.
160. Перспективы применения сварки при создании самолетов нового
поколения. / Б.Е. Патон, А.Я. Ищенко, К.А. Ющенко и др. // Автомат,
сварка, 1996. №6. С. 26-27.
161. Павлов СЕ. Коррозия дуралюмина. М.: Оборонгиз, 1949. 213 с.
162. Применение алюминиевых сплавов в сельском хозяйстве. М.:
ОНТИВИЛС, 1982. 110 с.
163. Постников Н.С. Черкасов В.В. Прогрессивные методы плавки и
литья алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1974. 224 с.
164. Применение алюминиевых сплавов. Справочник / Под ред.
Р.Е. Шалина. М.: Металлургия, 1985. 342 с.
165. Попов С.А. Алюминиевые строительные конструкции. М.:
Высшая школа. 1969. 313 с.
166. Побежимов ПЛ., Нефедова ЛЛ., Белов Е.В. Металлургия коррози-
онностойких алюминиевых сплавов и отливок М.: Металлургия, 1989. 134 с.
167. Постников Н.С. Упрочнение алюминиевых сплавов и отливок.
М.: Металлургия, 1983. 122 с.
168. Перспективы отрасли: алюминий угрожает стали на рынке
материалов для автомобилестроения // Aluminium Today. Межд. журн. по
производству и обработке алюминия. Спец, выпуск №2 на русском языке
для межд. выставки. Сентябрь 1996. 1 с.
169. Рачев X., Стефанов С. Справочник по коррозии. М.: Мир, 1982.
91 с.
170. Разработка и применение новых конструкционных свариваемых
сплавов в авиационной промышленности. / А. Г. Братухин, К.А. Ющенко,
И.С. Полькин, Е.Б. Качанов // Автомат, сварка, 1993, №11. С. 33—38.
171. Редчиц В.В., Маханек В.В. Методика выбора материалов и оценки
его массовой эффективности по комплексному критерию при проектиро-
вании сварных конструкций для авиакосмической техники // Сварочн.
пр-во, 1996. №3. С. 22-25.
172. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд-во
АН СССР, 1960. 372 с.
173. Рычик В.П., Белецкий В.М., Литвиненко А.Е., Гуревич Т.Н.,
Шкамов И.А., Кожевников Ю.Л., Фридляндер И.Н., Яценко К.П. Характе-
ристики надежности алюминиево-берилиевого сплава АБМ-1 // Авиац.
пром-сть, 1977. №1. С. 43-47.
174. Систематическое снижение массы - ключ технологических
разработок для автомобильного сектора / Айвар Хафсетт // Aluminium
Today. Межд. журн. по производству и обработке алюминия. Спец, выпуск
№2 на русском языке для межд. выставки. Сентябрь 1996. С. 6-8.
175. Сенаторова О.Г., Сухин А.Ю., Сидельников В.В., Матвиенко
С.В. Развитие и перспективы применения высокопрочных алюминиевых
сплавов для катаных полуфабрикатов // Технология легких сплавов. 2002.
№4. С. 28-33.
176. Сварка и свариваемые материалы: Справ, изд/ Под ред.
Э.Л. Макарова. В Зхт. Т1. М.: Металлургия, 1991. 527 с.
177. Смирнов Г.Н. Прогрессивные способы пайки алюминия. М.:
Металлургия, 1981. 240 с.
178. Сенаторова О.Г. Высокопрочные алюминиевые сплавы для
обшивочных деталей конструкций // Новые цветные сплавы. М.: Знание.
1980. С. 37-42.
179. Сенаторова О.Г., Сандлер В.С., Марковцев В.А. Особенности
структуры гнутых профилей из сплава В 95 пч Т2 // МиТОМ, 1992. №7.
С. 33-35.
180. Синявский В.В., Вальков В.Д., Булов Г.М. Коррозия и защита
алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 224 с.
181. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов.
/ Под ред. Елагина В.И., Ливанова В.А. М.: Металлургия, 1984. 435 с.
182' . Степанова М.Т., Анискина В.И., Белецкий В.М. и др. Исследова-
ние сТруктуры и свойств сплава системы Al-Cr-Zn из порошка и гранул.
/.[ Технология легких сплавов, 1977. №4. С. 56-60.
183. Салибеков С.Е., Грибков А.Н., Белецкий В.М., Кривов Г.А.,
Ромашко И.М., Рычик В.П., Инякин В.М. Элементы авиационных
конструкций из металлических композиционных материалов // Авиац.
пр-сть, 1985. №8. С. 3-5.
184. Спиров В.Н. Алюминиевые конструкции. М.: Знание, 1983. 63 с.
185. Сваривающиеся алюминиевые сплавы /Байков Д.И., Золота-
ревский Ю.С., Руссо В.Л., Ряхская Т.К. Л-д. Судпромгиз, 1959. 235 с.
186. Саакян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтепромыслового обору-
дования от коррозии. М.; Недра, 1982. 231 с.
187. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов
и хранилищ. М.: Недра, 1975. 317 с.
188. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Алюминиевые
сплавы с кремнием. М.: Металлургия, 1977. 272 с.
189. Современные технологии авиастроения / Под ред. А.Г. Братухина
и Ю.Л. Иванова. М.: Машиностроение, 1999. 832 с.
190. Сварка в самолетостроении / Под ред. акд. П.Е. Патона. Киев.:
МИИВЦ, 1998. 696 с.
191. Справочник в 2-х томах. Защита от коррозии, старения и повреж-
дения машин, оборудования и сооружений. / Под ред.. А.А. Герасименко.
М.: Машиностроение, 1987. Т. 1. 686 с. Т.2. 675 с.
192. Скляров Н.М. Качество авиационных материалов, его критерии
и оценка // Сб. научн.-тр. ВИАМ. М.: ОНТИ ВИАМ. С. 41-51.
361
193. Технологические проблемы производства сварного самолета из
алюминиевого сплава 1420 / А.Г. Братухин, П.С. Денисов, В.И. Рязанцев
и др. // Авиац. Пром-сть, 1994, №7. С. 3-8.
194. Технология и оборудование контактной сварки / Б.Д. Орлов,
А.А. Чакалев, Ю.В. Дмитриев и др. М.: Машиностроение, 1986. 352 с.
195. Технология самолетостроения / Абибов А.Л., Бирюков Н.М.,
Бойцов В.В. и др. под ред. Абибова А.Л. 2 изд. М.: Машиностроение,
1982. 551 с.
196. Технологические процессы и оборудование для выполнения болто-
вых и заклепочных соединений в конструкциях самолетов / Григорьев В.П.,
Ярковец А.И., Догмабырский Б.А. и др. Ташкент.: ФАН, 1971. 95 с.
197. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением
/ Под. ред академ. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение. 1974. 768 с.
198. Ромашов ИД., Чернова И.П. Пассивность и защита металлов от
коррозии. — М.: Наука, 1968. 208.
199. Туманов А. Т, Романова О.А., Колобнев И.А., Альтман М.Б. В
кн.: Применение алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1972. С. 197-218.
200. Труды научно-технической конференции / Вотинов С. Н., Ша-
ров П.В., Цыканов В.А. и др. Т. 3. М.: СЭВ, 1971. 663 с.
201. Трофимов В.И. Ограждение сооружений из растянутых алюми-
ниевых поверхностей. М.: Стройиздат, 1975. 155 с.
202. Ткаченко Е.А. Филипова З.Г., Хольнова В.И. Высокопрочные
деформируемые сплавы // МиТОМ. 1983, № 7. С. 13-16.
203. Технологичность механообрабатываемых деталей, подвергаемых
упрочняющей обработки / Г.К. Леонов, А.А. Ерохин, Л.Д.Брондз,
В.В. Зотов / Руководство по технологичности самолетных конструкций.
М.: ОНТИ НИАТ, 1983. С. 27-338.
204. Фридляндер И.Н., Дриц М.Е. Сплавы на основе алюминия.
Применение и перспективы использования в народном хозяйстве. М.:
Наука, 1959. 59 с.
205. Фридляндер И.Н. Высокопрочные деформируемые алюминиевые
сплавы. М.: Оборонгиз, 1966. 291 с.
206. Фридляндер И.Н., Кантер Г.Г., Белецкий В.М. Перспективы
применения алюминиевых деформируемых сплавов в конструкции
самолетов // Авиац. пром-сть, 1967. № 9. С. 6-10.
207. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкцион-
ные сплавы. М.: Металлургия. 1979. 208 с.
208. Фридляндер И.Н., Квасов Ф.И. Алюминиевые сплавы типа
дуралюминия. М.: Металлургия, 1984. 240 с.
209. Фридляндер И.Н., Братухин А.Г., Шалин Р.Е. Техника без стали.
Композиционные материалы. М.: Сов. Россия, 1989. 79 с.
210. Фридляндер И.Н., Николаев Г.А., Арбузов Ю.П. Сварочные
алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1990. 296 с.
362
211. Фридляндер И.Н., Чуистов К.В., Березина А А., Колобнев Н.И.
Алюминий—литиевые сплавы: Структура и свойства. Киев.: Наукова
думка, 1992. 253 с.
212. Фридляндер И.Н., Белецкий В.М., Кривов ГА. Алюминиевые сплавы
в авиационных конструкциях // Технолог, системы, 2000. №1 (3). С. 5-17.
213. Фридляндер И.Н., Непомнящая Э.З., Романова О А. и др. Конст-
рукционные и жаропрочные материалы для новой техники. М.: Наука,
1978. 345 с.
214. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах
в периоды 1970-2000 и 2001-2015 гг. // Технология легких сплавов,
2002. №4. С. 12-17.
215. Фридляндер И.Н., Хохлатое а Л.Б., Колобнев Н.И. и др. Конструк-
ционный сплав 1424 пониженной плотности системы Al-Mg-Li-Zi—Sc
для сварных и клепаных конструкций авиакосмической техники. // Техно-
логия легких сплавов, 2002. №4. С. 20-23.
216. Фридляндер И.Н., Садков В.В., Сандлер В.С., Федоренко Т.П.
Свойства полуфабрикатов из высокотехнологичного Al-Li сплава 1441 //
Технология легких сплавов, 200. №4. С. 24-26.
217. Фридляндер И.Н. Атомные центрифуги для обогащения урана /
/ Проблемы современного материаловедения. Труды VI сессии Научного
совета, по новым материалам Международной ассоциации академий Наук.
Киев: МААН Комитет по естественным наукам, 2000. С. 14-19.
218. Фридляндер И.Н. Новые алюминиевые сплавы для авиаракетной
техники. Проблемы трещиностойкости и вязкости разрушения. М.: НТО
Росавиакосмоса, секция №8А «Авиационное материаловедение», 2002. 30 с.
219. Холънова В.И., Белецкий В.М. Разработка и внедрение высокопроч-
ного алюминиевого сплава В 93 // Авиац. пром-сть, 1964. №5. С. 41-49.
220. Холъцова В.И. Разработка высокопрочного алюминиевого сплава
В 93 и его технологические особенности. / Труды первой Всесоюзной
конференции по высокопрочному сплаву В 93. Ташкент.: Изд. «Узбекистон,
1969. С. 39-48.
221. Харлов А.И., Белецкий В.М. Проблемы и перспективы обеспече-
ния народнохозяйственного комплекса Украины полуфабрикатами из алю-
миниевых сплавов // Технологические системы, 2000. №1. С. 17-22.
222. Чеботпаревский В.В., Кондратов Э.К. Технология лакокрасочных
покрытий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974. 293 с.
223. Чирков Е.Ф. Новый конструкционный деформируемый сваривае-
мый алюминиевый сплав 1151 повышенной жаропрочности // Человек-
Земля-Космос. Труды первой Международной Авиакосмической конфе-
ренции. 1992. М.: РКА и Футурм. 1995. Т. 5. С. 27—35.
224. Чубаров В.М., Салибеков С.Е., Сахаров В.В. и др. // Порошковая
металлургия, 1982. №4. С. 76-79.
225. Шилова Е.И. Технология легких сплавов, 1966. №6. 7 с.
363
226. Шрейбер Г.К., Саакян Л.С., Котов В.А. Коррозионностойкие
насосно-компрессорные трубы из анодированных алюминиевых сплавов.
Серия «Борьба с коррозией в нефтегазодобывающей промышленности»
М.: ВНИИОЭНТ. 1969. 95 с.
227. Шрейбер Г.К, Перлин С.М., Шибряев В.Ф. Конструкционные
материалы в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности.
М.: Машиностроение. 1969. 396 с.
228. Шрейбер А.В., Черепахова ГЛ. Коррозионная стойкость и приме-
нение алюминиевых сплавов на нефтеперерабатывающих и нефтехими-
ческих заводах для изготовления конденсационно-холодильного и тепло-
обменного оборудования. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1966. 61 с.
229. Шмерович В.М. Аппараты воздушного охлаждения нефтегазопере-
рабатывающих и химических заводов. М.: ЦНИНТИнефтехим, 1967. 89 с.
230. Шканов И.Н., Белецкий В.М., Кривов Г.А., Шляпников В.Н. Об
исследовании характеристик прочности и надежности композиционных
материалов с металлической матрицей. // Межвузовая сб. Прогрессивные
методы обработки деталей летательных аппаратов и двигателей, Казань.
Казанский авиац. ин-т, 1978. Вып. №3. С. 94-100.
231. Шалин Р.Е. Авиационные материалы и прогресс авиационно-
космической техники // Сб. Научн. тр. ВИАМ. М.: ОНТИ ВИАМ, 1982.
С. 7-11.
232. Шалин Р.Е. Интенсификация работ по созданию прогрессивных
материалов для авиационной техники // Авиац. пром-сть, 1986. №2.
С. 16-19.
233. Шавырин В.Н., Рязанцев В.И. Клеесварные конструкции. М.:
Машиностроение, 1981. 166 с.
234. Шавырин В.Н., Рязанцев В.И. Коррозионная стойкость соедине-
ний из алюминиевых сплавов // Автомат, сварка, 1974. №11. С. 56-59.
235. Штрикман М.М. Тенденция развития технологии дуговой сварки
листовых конструкциий летательных аппаратов // Авиац. пром-сть, 1995.
№11-12. С. 19-23.
236. Энциклопедия неорганических материалов. Киев: Гл. редакция
Укр. Сов. Энцикл./ Ответ, ред. И.М. Федорченко. 1977. С. 56-73.
237. Ямпольский А.М. Краткий справочник по гальванотехнике. Л-д:
Машиностроение, 1981. 269 с.
238. Ярема С.Я., Осташ О.П., Рычик В.П., Белецкий В.М. и др. Разви-
тие усталостных трещин в листах из алюминиевых сплавов Д 16А и В95А
// Физико-химическая механика материалов, 1977. №1. С. 46-52.
239. Ярема С.В., Осташ О.П., Белецкий В.М. и др. Об изменении
скорости роста усталостных трещин в листах из сплавов Д 16 и В 95А
при пониженных температурах // Физико-химическая механика материа-
лов, 1977. №2. С. 5-10.
240. Aluminum. Properties and Physical Metallurgy. N. Y.:ASM Metals
Park, 1984. 450 p.
364
241. Aluminum Standards and Data. The Aluminum Association. USA.
1998. 175 p.
242. Aluminum-Lithium Alloys. Proc. 6-th Int. Conf., DGM, Germany,
1992. 1994 p.
243. International Alloy Designations and Chemical Compositions limits.
Aluminum and Wrought Aluminum Alloys. The Aluminum Association. USA,
1998. 21 p.
244. Alcoa Annual Report: 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998,
1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 years.
245. Aluminum und Aluminum legierungen. Springer Verlag, 1965. P.
526-532.
246. Aluminum Statistical Review, 1978. The Aluminum Association. N.Y.:
1978. P. 19-23.
247. Aviation Week and Space Technology, 1996. June 17.
248. Bird R.K, Dicus D.L ., Fridlyander G.N. Al-Zi Alloy 1441 fus Fuse-
lage Applications // Material Science Forum, 2000. V. 331-337. P. 907-
912.
249. Dif R., Becht D., Warner T., Ribes H. 6056T78: A Corrosion Resistante
Copper - Rich 6 XXX Aloy for Aerospace Applications // Proc, bth Int Conf,
on Aluminum Alloys. JCAA, 1998. V 3. P. 1991-1996.
250. Bouley J. Rev. Metallurgie (France), 1981. V. 78. № 4. P. 331-
336.
251. Cayron C., Buffat P.A. Structural Phase Transition in Al~Cu-
Mg-Si Alloys: Ordering Mechanism and Crysstallo-graphic Structures //
Material Science Forum Vols, 2000. V. 331-337.
252. James T. Staley, John Liu, Wazzen H. Hunt, jr. Aluminum Alloys For
Aerostructures // Advanced Materials & Processes. 1997. October. Vol. 152.
Number 4.
253. J. T. Staley and DJ. Lede. Advanced in Aluminum Alloys Product for
Structural Applications in Transportation. Alcoa Technical Center. Alcoa Cen-
ter. Pd 15069. USA. Pittsburgh Preps. 1998. 17 p.
254. Paul Kung. Aluminum Legierungen in Flugzeubau // Sweizer Alumi-
num Rundschau, 1965. Band 16. №5.
255. Alcoa Shows Aluminum Association its concept Vehicle // Automo-
tive engineering International, 1999. January. P. 53 - 55.
256. John Boylan. Semi-Solid Formed Aluminum // Advanced Materials
& Processes, 1997. №10. P. 27-28.
257. Steven Ashley. Building an Aluminum car // Mechanical Engineering,
1949. May. P. 55-58.
258. Erick R. Pickering. Welding Aluminum // Advanced Materials &
Processes, 1997. October. Vol. 152. 4. Number 4.
259. Marcus O., Speidel, Michael V., Hyatt // Advanced in Corrosion
Science and technology, 1972. V. 2. P. 115-325.
С АЛЮМИНИЕВЫЕ
ПЛАВЫ
СПРАВОЧНИК
СОСТАВ • СВОЙСТВА • ТЕХНОЛОГИЯ • ПРИМЕНЕНИЕ