Деформируемые алюминиевые сплавы по ГОСТ 4784-97

ГОСТ 4784-97 задает химический состав деформируемых алюминия и алюминиевых сплавов.

Кроме него отношение к химическому составу деформируемых сплавов имеют еще два стандарта:

ГОСТ 1131-76 на сплавы алюминиевые деформируемые в чушках
ГОСТ 11069-2001 на алюминий первичный в чушках.

Чушки из первичного алюминия и деформируемых сплавов переплавляют и получают слитки, пригодные для обработки горячей или холодной деформацией.

Марки алюминия и алюминиевых сплавов

Будем для удобства в наименовании алюминиевых сплавов опускать слово «марка», например, «алюминиевый сплав АД33», а не «алюминиевый сплав марки АД33». На мой взгляд, при наименовании сплавов слово «марка» представляется совершенно излишним – совершенно достаточно слова “сплав”.

Чтобы различать различные варианты чистого алюминия применяют термин “марка алюминия”, например, марка алюминия АД00. В этом случае это полезно, потому что марки алюминия не являются по определению алюминиевыми сплавами.

В стандартах стран СНГ применяет три вида обозначений марок алюминия и алюминиевых сплавов: традиционные бессистемные буквенно-цифровые и системные цифровые, а также международные цифровые и химические для имеющихся международных аналогов. Например, для сплава Д1 это: Д1, 1110, AlCu4MgSi и 2017.

Обозначения алюминиевых сплавов

Чисто цифровые обозначения были введены в конце шестидесятых прошлого века и были задуманы как часть общей системы обозначений всех сплавов всех металлов. Первая цифра 1 была закреплена за алюминиевыми сплавами. Вторая цифра должна обозначать систему легирования. Тогда первые две цифры, судя по ГОСТ 4784, обозначают алюминиевые сплавы различных систем легирования, например:

10хх – алюминий технический;
11хх – сплавы алюминиевые системы Al-Cu-Mg;
12хх – сплавы алюминевые системы Al-Cu-Mn;
13хх – сплавы алюминевые системы Al-Mg-Si;
14хх – сплавы алюминевые системы Al-Mn;
15хх – сплавы алюминевые системы Al-Mg;
19хх – сплавы системы Al-Zn-Mg.

Последние две цифры определяют порядковый номер сплава внутри конкретной системы, причем, как будто бы, нечетные числа должны обозначать деформируемые сплавы, а четные – литейные. Однако в ГОСТ 1583-93 на литейные алюминиевые сплавы никаких следов таких цифровых обозначений не видно.

По-существу, эта цифровая система обозначений так полностью и не прижилась и мало употребляется. Большинство сплавов обозначают «старыми», бессистемными буквенно-цифровыми обозначениями, а стандарты, например ГОСТ 4784, дублируют оба варианта. Правда, некоторые сплавы имеют только одно, цифровое обозначение, например, сплав 1105, который применяется для изготовления лент и у которого нет ни «старого» обозначения, ни “официального” международного аналога.

Деформируемые сплавы: ГОСТ 4784-97

ГОСТ 4784-97 распространяется на алюминий и деформируемые алюминиевые сплавы, предназначенные для изготовления полуфабрикатов (лент в рулонах, листов, плит, полос, прутков, профилей, шин, труб, проволоки, поковок и штамповок) методом горячей или холодной деформации, а также слябов и слитков для дальнейшей деформационной переработки.

Железо и кремний являются неизбежными постоянными примесями в алюминии и алюминиевых сплавах. Они образуют с алюминием тройные химические соединения, которые, особенно, если они находятся на границах зерен, снижают пластичность алюминия. Поэтому стандарт требует, чтобы в марках алюминия, а также сплаве АМцС, содержание железа было больше чем кремния.

ГОСТ 4784 относит к деформируемым сплавам легированный алюминий с суммарным содержанием легирующих элементов и примесей более 1,0 %. Таблица ниже представляет собой обзор сплавов ГОСТ 4784. Для большей ясности опущены специфические сварочные сплавы и варианты сплавов для проволоки для холодной высадки.

Мягкие сплавы

Марки алюминия (серия 1ххх)

Содержание примесей (или легирующих элементов) не более 1,00 %.

Алюминиевые сплавы Al-Mn (серия 3ххх)

Термически неупрочняемые сплавы.

(Заметим, что мы применяем слово “неупрочняемые” со слитным написанием частицы “не”. Это слово в данном случае – прилагательное, а не причастие. Прилагательные пишутся с частицей “не” слитно, а вот причастия – раздельно. Это мы помним со школьной скамьи. 🙂 )

Интересно, что эта система формально имеет соединение Al₆Mg с переменной растворимостью и ее сплавы должны бы быть термически упрочняемыми. Однако, оказывается, в присутствии неизбежной примеси – железа – вместо растворимой фазы образуется нерастворимое в алюминии соединение Al₆(Mn, Fe). Марганец, в отличие от других легирующих элементов, не ухудшает, а улучшает коррозионную стойкость сплава. Поэтому эти сплавы превосходят технический алюминий и по прочности, и коррозионной стойкости.

Сплавов этой системы в стандарте не так уж много:

ММ,
АМц,
АМцС
Д12.

Все они применяются, в основном, в виде листов и лент в различных нагартованных состояниях.

Обозначения сплавов этой системы пример полной бессистемности (извините за каламбур!) обозначений сплавов в наших стандартах. Похоже на тест для оценки IQ: “Д1, Д16, Д18, Д19 – дюралюмины. Является ли сплав Д12 также дюралюмином?” Правильный ответ – нет.

Умеренно прочные алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы Al-Mg(серия 5ххх)

Термически не упрочняемые.

Магний в количестве до 6 % дает упрочнение твердого раствора сплава и высокую эффективность деформационного упрочнения. Поэтому сплавы серии 5ххх имеют довольно высокие прочностные свойства. Эти сплавы широко имеют хорошую коррозионную стойкость, особенно сопротивление коррозии в морской воде и морской атмосфере, и поэтому широко применяются в судостроении, в основном в виде листов. Из этих сплавов изготавливают штампованные детали корпуса и шасси автомобилей благодаря хорошей комбинации их прочности и формуемости.

Алюминиевые сплавы Al-Mg-Si (серия 6ххх)

Эти сплавы иногда (только у нас) называют «авиалями».

Упрочняющей фазой является соединение Mg₂Si.

Алюминиевый сплав АД31 – полный аналог «американского» сплава 6063 и, частично, «европейского» сплава 6060. Соотношение среднего содержания кремния и магния в нем близко к стехиометрическому соотношению 1:1,73 для соединения Mg₂Si.

АД31 (6060/6063) – самый популярный промышленный алюминиевый сплав. Широко применяется для изготовления алюминиевых профилей для строительных ограждающих конструкций (окон, дверей, фасадов) и других, как правило, не несущих конструкций.
Алюминиевый сплав АД33 – аналог сплава 6061. Большее содержание магния и кремния, чем у АД31 (кремний в избытке), а также добавки меди. Более прочный, чем АД31. Применяется в несущих строительных конструкциях.
Алюминиевый сплав АД35 – аналог сплава 6082. По сравнению со сплавом АД33 магния почти столько же, как и у сплава АД33, а кремния раза в полтора больше и дополнительно до 1 % марганца. Поэтому сплав АД35 еще более прочный, чем АД33. Применяется в несущих строительных конструкциях.

Твердые алюминиевые сплавы

Серия 2ххх – Алюминиевые сплавы Al-Cu-Mg и Al-Cu-Mn

Термически упрочняемые сплавы.

Так называемые дуралюмины или дюралюмины. В зависимости от содержания меди и магния, а также соотношения их концентраций, в них могут образовываться различные упрочняющие фазы: двойные или тройные соединения алюминия с медью, магнием и марганцем.

Алюминиевый сплав Д1 – «классический», нормальный дюралюминий с упрочняющей фазой CuAl2.
Сплав Д16 – более прочный, так называемый «супердюралюмин», по сравнению с Д1 содержит повышенное количество магния (в среднем 1,5 %). Поэтому основной упрочняющей фазой у него является уже тройная фаза CuMgAl2, что и дает более высокую прочность.

Буква Д не обязательно означает “дюралюминий, дюраль”, как это может показаться. Существует алюминиево-марганцевый сплав Д12 – мягкий и пластичный.

Прочность дюралюминиев зависит от вида полуфабриката: в прутках больше, в листах – меньше. Предел прочности нормального листового Д1 достигает 410 МПа, а листового Д16 – 440 МПа.

Алюминиевый сплав Д18 специально предназначен для заклепок, он содержит пониженное количество меди и магния и поэтому имеет существенно более низкую прочность, но и более высокую пластичность, чем, скажем, дюралюминий Д1.
Алюминиевый сплав В65 предназначен для заклепок, которые работают при температуре не выше 100 °С.
Алюминиевые сплавы АК (АК4, АК6 и АК8) – близкие «родственники» дюралюминия — предназначены для поковок и штамповок. Буква К как раз и обозначает: Ковочный.

Серия 7ххх – Алюминиевые сплавы Al-Zn-Cu-Mg

Термически упрочняемые сплавы.

Включают самый прочный алюминиевый сплав – сплав В95. Известен еще более прочный алюминиевый сплав – В96, но он не включен в ГОСТ 4784-97.

Алюминиевый сплав В95 имеет содержание цинка от 5 до 7 %, магния от 1,8 до 2,8 % и меди от 1,4 до 2 % при пределе прочности до 600 МПа. Сплав В96 имеет прочность под 700 МПа при содержании цинка от 8 до 9 % и увеличенном содержании магния и меди.
Алюминиевые сплавы 1915 и 1925 удобны тем, что являются, так сказать, самозакаливающимися. Их прочность мало зависят от вида закалочной среды (вода, воздух). Поэтому при прессовании из них профилей с толщиной полок до 10 мм их охлаждают на воздухе. Старение проводят как при комнатной, так и при повышенных температурах.

Источники:

ГОСТ 4784-97 Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые
Гуляев А.П. Металловедение. М: Металлургия, 1986.