Алюминиевые сплавы, термически не упрочняемые

Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы включают различные марки алюминия и другие сплавы, у которых повышение прочностных свойств достигается за счет:

• легирования твердого раствора и
• деформационного упрочнения (наклепа, нагартовки) от отожженного состояния.

Легирующие элементы

Главные легирующие элементы этих сплавов включают:

• магний,
• марганец и
• кремний.

Дополнительные легирующие элементы:

• хром,
• медь,
• железо и
• цинк.

Свойства термически неупрочняемых сплавов

Алюминиевые сплавы, которые не воспримчивы к термической обработке имеют следующие общие свойства:

• сравнительно невысокую прочность,
• высокую пластичность и
• высокую коррозионную стойкость.

К этой группе относятся сплавы:

• марки алюминия (серия 1ххх);
• системы алюминий-марганец (сплавы АМц – серия 3ххх);
• системы алюминий-магний (сплавы АМг – серия 5ххх);
• некоторые сплавы из серий 7ххх и 8ххх.

Основной механизм упрочнения этих сплавов, при необходимости, не термическая обработка, а нагартовка (наклеп) путем пластического деформирования.

Технический алюминий (серия 1ххх)

Марки технического алюминия могут содержать до 1 % различных примесей или дополнительных добавок.

Структура технического алюминия состоит из малой объемной доли железа и/или кремния, которые образуют нерастворимые частицы в алюминиевой матрице.

Нагартовка алюминия 1100

Упрочнение технического алюминия происходит в основном только за счет деформационного упрочнения – нагартовки (наклепа). Максимальный уровень прочности достигает сплав 1100 (АД), который часто считают “стандартным” техническим алюминием. Полностью нагартованный алюминиевый сплав 1100 достигает прочности при растяжении 165 МПа с пределом текучести 150 МПа и удлинением всего 5 %. Деформированный технический алюминий применяется практически во всех областях промышленности. Больше всего технического алюминия идет на упаковку, в химическом машиностроении, энергетике и строительстве.

Сплавы Аl-Mn и Al-Mn-Mg (серия 3ххх)

Алюминиевые сплав серии 3ххх содержат от 0,3 до 1,5 % марганца.

Единственным бинарным сплавом алюминий-марганец, который представляет промышленный интерес, является сплав 3003 (AlMn). Этот сплав имеет около 1,2 % марганца, который повышает прочность алюминия за счет упрочнения его твердого раствора и дисперсионного упрочнения частицами Al6Mn.

Роль магния в сплавах 3ххх

Добавление магния к сплаву алюминий-марганец значительно повышает его прочностные свойства за счет упрочнения твердого раствора. Например, сплав 3004 (Д12) имеет прочность около 180 МПа в отожженном состоянии по сравнению с 110 МПа сплава 3003.

Содержание марганца в сплавах 3ххх намного ниже его максимальной теоретической  растворимости в алюминии. Дело в том, что неизбежная примесь железо снижает растворимость марганца в алюминии, а образование грубых частиц Al6Mn может неблагоприятно влиять на пластичность  сплава.

Марганец, в отличие от других элементов, не ухудшает коррозионной стойкости алюминия, а даже улучшает ее. Поэтому сплавы 3ххх по сравнению с чистым алюминием более высокую прочность и коррозионную стойкость.

Алюминиевые сплавы 3003 и 3004

Оба сплава 3003 и 3004 имеют высокую коррозионную стойкость и среднюю прочность в комбинации с высокой пластичностью. Эти сплавы применяют там, где требуются умеренная прочность и хорошая свариваемость. Они все шире успешно применяются в тех областях, где раньше применялись различные марки алюминия, обеспечивая более высокую прочность без потери коррозионной стойкости.

В частности, сплав 3004 в больших объемах применяется при производстве алюминиевых банок для пива и прохладительных напитков.

Алюминиевые сплавы 3005 и 3105

Сплавы 3005 (ММ) и 3105 имеют хорошую комбинацию прочности, формуемости и коррозионной стойкости и поэтому широко применяются в строительных отделочных материалах.

Сплавы Al-Mg (серия 5ххх)

Алюминиевые сплавы серии 5ххх содержат от 0,8 до 5 % магния как главного легирующего элемента. Хотя магний со снижением температуры и снижает свою растворимость в алюминии, сплавы Al-Mg не проявляют существенного упрочнения старением при концентрации магния менее 7 %.

Сплавы с содержанием магния с 1 до 6 %

Однако магний обеспечивает значительное упрочнение твердого раствора алюминия и повышает восприимчивость к нагартовке. Например, отожженный сплав Al-1Mg с 1 % магния имеет предел текучести 40 МПа и прочность 125 МПа. При увеличении содержания магния до 6 % предел текучести возрастает до 160 МПа, а прочность – до 310 МПа. Удлинение в этом интервале содержания магния остается высоким и превышает 25 %.

Сплавы Al-Mg сочетают широкий интервал прочностных свойств, хорошую формуемость, хорошую свариваемость и высокую стойкость к коррозии.

Сварка алюминиевых сплавов 5ххх

Наиболее ценным качеством сплавов 5ххх является их поведение при сварке высокопрочных сплавов промышленными методами сварки. Сварной шов имеет прочность отожженного состояния для большинства сплавов и проявляет высокую пластичность.  Высокая прочность этих сплавов и высокое качество их сварных швов обеспечивают им широкое применение в транспортном машиностроении и строительстве.

Криогенные сплавы 5ххх

Хорошие механические свойства сплавов 5хх при низких температурах позволяют применять для различной криогенной техники.

Другие нетермоупрочняемые сплавы

Алюминиевый сплав 8001

Сплав 8001 содержит 1,1 % никеля и 0,6 % железа и имеет хорошее сопротивление коррозии в горячей воде и при высоком давлении. Его механические свойства похожи на свойства сплава 3003. Применяется в атомной промышленности.

Алюминиевый сплав 8011

Сплав 8011 (Al-0,75Fe-0,7Si) применяют для изготовления пробок для бутылок. Он обладает свойствами, которые подходят для больших пластических деформаций, которые происходят при глубокой высадке.

Алюминиевые сплавы 8081, 8280 и 8009

Сплавы 8081 (Al-0,75Fe-0,7Si) и 8280 (Al-6,2Sn-1Cu-1,5Si) имеют отличные антифрикционные свойства и их применяют в подшипниках для автомобилей.