АЛЮМИ́НИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ

АЛЮМИ́НИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве алю­ми­ния; об­ла­да­ют ма­лой плот­но­стью (до 3000 кг/м³), вы­со­ки­ми элек­тро- и те­п­ло­про­вод­но­стью, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью и удель­ной проч­но­стью. Пер­вые А. с. – спла­вы алю­ми­ния с крем­ни­ем, по­лу­чен­ные в 50-х гг. 19 в., име­ли ма­лую проч­ность и низ­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость. По­во­рот­ным мо­мен­том в ис­то­рии раз­ви­тия А. с. ста­ли ис­сле­до­ва­ния А. Виль­ма (Гер­ма­ния, 1903–11), ко­то­рый об­на­ру­жил в за­ка­лён­ном А. с., со­дер­жа­щем медь и маг­ний, по­вы­ше­ние проч­но­сти в про­цес­се вы­лё­жи­ва­ния, т. н. эф­фект ста­ре­ния (см. Ста­ре­ние ме­тал­лов). В 1921 А. Пач (США) мо­ди­фи­циро­вал сплав Al – Si пу­тём вве­де­ния в не­го мик­ро­ско­пич. доз Na, что при­вело к зна­чит. улуч­ше­нию его свойств. Поз­же для по­лу­че­ния А. с. с оп­ре­де­лённы­ми свой­ст­ва­ми ста­ли при­ме­нять ле­ги­ро­ва­ние разл. ме­тал­ла­ми (Cu, Mg, Mn, Si, Zn, Ni, Li, Be и др.). В Рос­сии в 1930–40-х гг. раз­ра­бот­ку А. с. и вне­дре­ние их в про­из-во осу­ще­ст­в­ля­ли Ю. Г. Му­за­лев­ский, С. М. Во­ро­нов, И. Н. Фрид­лян­дер и др.

До 1940-х гг. при­ме­ня­лись гл. обр. спла­вы на ос­но­ве сис­тем Al – Si (си­лу­ми­ны), Al – Mg (маг­на­лии), Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны), Al – Mg – Si (авиа­ли). Впо­след­ст­вии так­же по­лу­чи­ли раз­ви­тие вы­со­ко­проч­ные (на ос­но­ве сис­тем Al – Zn – Mg, Al – Zn – Mg – Cu, Al – Mg – Si – Cu), жа­ро­проч­ные (Al – Cu – Mn, Al – Mg – Li, Al – Cu – Mg – Fe – Ni), по­ни­жен­ной плот­но­сти (Al – Be – Mg, Al – Mg – Li, Al – Cu – Li) и др. А. с. В за­ви­си­мости от спо­со­ба про­из-ва по­лу­фаб­рика­тов и из­де­лий А. с. де­лят на де­фор­ми­руе­мые, ис­поль­зуе­мые для из­го­тов­ле­ния лис­тов, плит, про­филей, труб, по­ко­вок, про­во­ло­ки пу­тём де­фор­ма­ции (про­кат­ки, ков­ки, штам­пов­ки и др.), и ли­тей­ные – для из­го­тов­ле­ния фа­сон­ных из­де­лий лить­ём. Со­став и не­ко­то­рые свой­ст­ва наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных А. с. при­ве­де­ны в таб­ли­цах 1, 2 (см. стр. 578).

Де­фор­ми­руе­мые спла­вы по объ­ё­му про­из-ва со­став­ля­ют ок. 80% всех А. с. Хи­мич. и фа­зо­вый со­став, ре­жи­мы тер­мич. об­ра­бот­ки де­фор­ми­руе­мых А. с. оп­ре­де­ля­ют­ся не­об­хо­ди­мо­стью по­лу­чения оп­тим. ком­плек­са экс­плуа­тац. и тех­но­ло­гич. свойств. Спла­вы сис­те­мы Al – Mg (маг­на­лии) име­ют вы­со­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но не уп­роч­ня­ют­ся тер­мич. об­ра­бот­кой; для по­вы­ше­ния проч­но­сти в эти спла­вы вво­дят Sc. Спла­вы Al – Zn – Mg об­ла­да­ют вы­со­кой проч­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но при зна­чит. кон­цен­тра­ции Zn и Mg склон­ны к за­мед­лен­но­му кор­ро­зи­он­но­му рас­трес­ки­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si (авиа­ли) со­че­та­ют хо­ро­шую кор­ро­зи­он­ную стой­кость с вы­ра­жен­ным эф­фек­том ста­ре­ния; хо­ро­шо под­да­ют­ся ано­ди­ро­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si – Cu силь­но уп­роч­ня­ют­ся в ре­зуль­та­те ста­ре­ния, но от­ли­ча­ют­ся по­ни­жен­ной кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью. Спла­вы Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны) име­ют ср. проч­ность, но вы­со­кие пла­стич­ность и вяз­кость раз­ру­ше­ния, ма­лую ско­рость раз­ви­тия ус­та­ло­ст­ных тре­щин. Спла­вы Al – Zn – Mg – Cu ха­рак­те­ри­зу­ют­ся са­мы­ми вы­со­ки­ми проч­но­стью и пре­де­лом те­ку­че­сти. Спла­вы Al – Mg – Li име­ют та­кие же, как и у ду­ра­лю­ми­на, ме­ха­нич. свой­ст­ва, но по­ни­жен­ную (на 11%) плот­ность и боль­ший мо­дуль уп­ру­го­сти. Спла­вы Al – Be – Mg об­ла­да­ют вы­со­ки­ми удель­ной проч­но­стью и мо­ду­лем уп­ру­го­сти, хо­ро­шей кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, пла­стич­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но из-за ток­сич­но­сти их при­ме­не­ние ог­ра­ни­че­но. По­лу­фаб­ри­ка­ты из де­фор­ми­ро­ван­ных А. с. для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки по­лу­ча­ют из слит­ков про­стой фор­мы – круг­лых, пло­ских, по­лых.

Таблица 1. Химический состав и механические свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов

К де­фор­ми­руе­мым А. с. от­но­сят так­же спе­чён­ные спла­вы (вме­сто слит­ка для фор­мо­ва­ния из­де­лий ис­поль­зу­ют бри­кет, спе­чён­ный из по­рош­ков): спе­чён­ная алю­ми­ние­вая пуд­ра (САП) и спе­чён­ные алю­ми­ние­вые спла­вы (САС). САП, уп­роч­нён­ная дис­перс­ны­ми час­тица­ми ок­си­да алю­ми­ния, пре­вос­хо­дит все А. с. по жа­ро­проч­но­сти. САС, ле­ги­ро­ван­ные Si, Fe, Ni, от­ли­ча­ют­ся очень низ­ким ко­эф. ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния.

Таблица 2. Химический состав и механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов

Для ли­тей­ных спла­вов, осо­бен­но важ­ны та­кие ха­рак­те­ри­сти­ки, как вы­сокая жид­ко­те­ку­честь, ма­лая склон­ность к об­ра­зо­ва­нию уса­доч­ных и га­зо­вых пус­тот, тре­щин, ра­ко­вин. На­и­бо­лее вы­со­кие ха­рак­те­ри­сти­ки до­сти­га­ют­ся при ли­тье в ме­тал­лич. фор­мы (в ко­киль, под дав­ле­ни­ем, при жид­кой штам­пов­ке). Важ­ней­шие ли­тей­ные А. с. – си­лу­ми­ны – со­дер­жат св. 4,5% Si, к ним от­но­сят­ся спла­вы сис­те­мы Al – Si и бо­лее слож­ных сис­тем: Al – Si – Mg, Al – Si – Cu – Mg; об­ла­да­ют хо­ро­ши­ми ли­тей­ны­ми свой­ст­ва­ми, не­пло­хой кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, ср. проч­но­стью, в от­лив­ках не об­ра­зу­ет­ся уса­доч­ной по­рис­то­сти. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Mg св. 5% (спла­вы сис­тем Al – Mg, Al – Mg – Si с до­бав­кой Mn, Be и Ti) кор­ро­зи­он­но­стой­ки, вы­со­ко­проч­ны, вы­со­ко­пла­стич­ны и об­ла­да­ют по­ни­жен­ной плот­но­стью. Дли­тель­ные низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные (60–80 °C) на­гре­вы при­во­дят к ухуд­ше­нию кор­ро­зи­он­ной стой­ко­сти ли­тей­ных А. с. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем Mg. Тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния этих спла­вов слож­на, из­де­лия от­ли­ва­ют­ся гл. обр. в зем­ля­ные фор­мы. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Cu св. 4% (спла­вы сис­тем Al – Cu, Al – Cu – Mn с до­бав­кой Ti, Cd) по жа­ро­проч­но­сти пре­вос­хо­дят дру­гие ли­тей­ные спла­вы, но име­ют по­ни­жен­ные кор­ро­зи­он­ную стой­кость и ли­тей­ные свой­ст­ва. Ли­тей­ные спла­вы (кро­ме си­лу­ми­нов) в прин­ци­пе ана­ло­гич­ны де­фор­ми­руе­мым спла­вам со­от­вет­ст­вую­щих сис­тем, но от­лича­ют­ся бо­лее вы­соким со­дер­жа­ни­ем ле­ги­рую­щих ком­по­нен­тов (Cu, Mg), до­ба­вок (Ni, Ti) и при­ме­сей (Fe).

На свой­ст­ва ли­тей­ных спла­вов по­ми­мо спо­со­бов ли­тья так­же влия­ют вхо­дя­щие в их со­став ком­по­нен­ты, ко­то­рые для од­них спла­вов яв­ля­ют­ся ле­ги­рую­щи­ми, но ока­зы­ва­ют вред­ное влия­ние на дру­гие: Si сни­жа­ет проч­ность спла­вов Al – Mg; при­месь Zn ухуд­ша­ет ме­ха­нич. свой­ст­ва спла­вов Al – Si и Al – Cu; Sn и Pb да­же в де­ся­тых до­лях про­цен­та зна­читель­но по­ни­жа­ют темп-ру плав­ле­ния спла­вов. Вред­ное влия­ние на си­лу­ми­ны ока­зы­ва­ет Fe, вы­зы­ваю­щее об­ра­зо­ва­ние хруп­ких вклю­че­ний, кри­стал­ли­зую­щих­ся в ви­де пла­стин. Со­дер­жа­ние Fe за­ви­сит от спо­со­ба ли­тья: оно мак­си­маль­но при ли­тье под дав­ле­ни­ем и в ко­киль и ми­ни­маль­но при ли­тье в зем­лю. Ка­че­ст­во фа­сон­ных от­ли­вок из А. с. суще­ст­вен­но по­вы­ша­ет­ся при ис­поль­зо­ва­нии чис­той ших­ты (умень­ше­ние ко­ли­че­ст­ва вред­ных ме­тал­лич. и не­ме­тал­лич. при­ме­сей в спла­вах), мо­ди­фи­ци­ро­ва­нии спла­вов (вве­де­ние ма­лых до­ба­вок Ti, Zr, Be), ис­поль­зо­ва­нии про­грес­сив­ных ме­то­дов ра­фи­ни­ро­ва­ния и тер­мич. об­ра­бот­ки.

А. с. от­но­сят­ся к важ­ней­шим кон­струкц. ма­те­риа­лам. По мас­шта­бам про­из­вод­ст­ва и по­треб­ле­ния за­ни­ма­ют 2-е ме­сто по­сле ста­ли; в пром-сти ис­поль­зу­ют ок. 55 ма­рок А. с. Бла­го­да­ря уни­каль­ным экс­плуа­тац. свой­ст­вам ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся: в авиа- и ра­ке­то­строе­нии – шас­си, ло­па­сти воз­душ­ных вин­тов, си­ло­вые эле­мен­ты ле­тат. ап­па­ра­тов (об­шив­ка, фю­зе­ляж, шпан­го­уты, лон­же­ро­ны, нер­вю­ры, верх­ние и ниж­ние плос­ко­сти крыль­ев), кор­пу­сы ра­кет, то­п­лив­ные и мас­ля­ные ба­ки; в су­до­строе­нии – кор­пу­сы су­дов, па­луб­ные над­строй­ки, разл. су­до­вое обо­ру­до­ва­ние; в ав­то­мо­би­ле­строе­нии – де­та­ли дви­га­те­ля (порш­ни, го­лов­ки, бло­ки ци­лин­д­ров), ра­диа­то­ры ох­ла­ж­де­ния, ото­пи­те­ли, ка­би­ны, са­ло­ны ав­то­бу­сов, цис­тер­ны для пе­ре­воз­ки хи­мич. и неф­те­хи­мич. про­дук­тов, сы­пу­чих гру­зов; в строи­тель­ст­ве – стро­ит. кон­ст­рук­ции, окон­ные ра­мы и две­ри; в пи­ще­вой пром-сти – ­банки для пи­ва, во­ды, пи­ще­вых про­дук­тов, бы­то­вая фоль­га и др.