Какие бывают алюминиевые сплавы

Когда спрашивают про алюминиевые сплавы, многие сразу вспоминают про дюралюминий — и на этом всё. А на самом деле там целое море вариантов, причём с такими нюансами, что иногда даже опытные технологи путаются в маркировках и свойствах. Вот, к примеру, в нашей практике на Lianxin Metal регулярно сталкиваемся с ситуациями, когда клиент просит ?просто алюминий?, а потом выясняется, что ему нужен конкретный сплав с определённым модулем упругости или стойкостью к межкристаллитной коррозии. И это я ещё не говорю про термообработку — там вообще отдельная история, где каждая десятая партия может преподнести сюрприз.

Основные системы легирования

Если брать по-простому, то все алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Но это слишком грубое деление — на практике важнее смотреть на систему легирования. Магний с кремнием дают нам алюминиевые сплавы серии 6ххх — это, условно, АД31 или АД33, которые идут на профили. Но вот нюанс: если кремния больше расчётного, появляются крупные включения Mg2Si, которые при прессовании превращаются в внутренние дефекты. Мы как-то получили партию профилей с микротрещинами именно из-за этого — пришлось разбираться с поставщиком шихты.

Медь — это уже алюминиевые сплавы типа Д16, они же дюралюмины. Но мало кто учитывает, что после закалки у них очень узкое окно искусственного старения — если промахнуться на 20-30 градусов, прочность упадёт на 15-20%. Один наш заказчик как-то решил сэкономить и провёл старение в цеху без термостата — в итоге вся партия крепежа пошла в брак. Пришлось объяснять, что экономия на печи выходит боком.

Цинковая группа — В95, В96ц — это вообще отдельная тема. Казалось бы, высокая прочность, но с коррозионной стойкостью вечные проблемы. Мы обычно рекомендуем их только под обязательное защитное покрытие, хотя знаю случаи, когда эти алюминиевые сплавы пытались использовать в морской атмосфере без защиты — через полгода появлялись первые очаги коррозии.

Литейные сплавы — тонкости модифицирования

С литейными история ещё интереснее. Вот, например, АК7ч (А356) — вроде бы базовый сплав, но его свойства сильно зависят от модифицирования стронцием. Если переборщить — получается крупнозернистая структура, если недодать — пористость. Мы как-то проводили эксперименты с разными модификаторами и выяснили, что оптимальная дозировка плавает в зависимости от температуры расплава. Пришлось разработать целую методику контроля для литейного цеха.

АК5М2 — тут уже медь влияет на жаропрочность, но появляется склонность к усадочным раковинам. На Lianxin мы отработали технологию литья под давлением с прецизионным контролем температуры формы — это позволило снизить брак на 30%. Хотя сначала были сомнения, стоит ли вкладываться в дорогое оборудование — оказалось, что окупается за два года.

Силлумины — АК12, АК9 — казалось бы, простые сплавы, но именно с ними чаще всего возникают проблемы у новичков. Главное — не гнаться за высокой жидкотекучестью за счёт перегрева, иначе потом трещины по границам зёрен гарантированы. Лучше добавить флюсы для рафинирования, но тут важно не убить модификатор.

Влияние примесей на свойства

Железо — вот главный враг многих алюминиевые сплавы. В деформируемых сплавах даже 0.3% Fe уже могут приводить к образованию хрупких фаз. Как-то раз мы получили партию ленты с повышенным содержанием железа — при гибке пошли микротрещины. Пришлось срочно искать замену, а ту партию пустили на менее ответственные детали.

Марганец часто добавляют для нейтрализации железа, но здесь важно соблюсти баланс — если Mn будет больше расчётного, начинает расти предел прочности, но падает пластичность. Для штамповки это критично. Мы обычно рекомендуем клиентам делать пробную партию перед крупным заказом — особенно если речь идёт о глубокой вытяжке.

Цирконий и скандий — это уже для премиальных сплавов. Добавка скандия резко повышает прочность и свариваемость, но стоимость получается запредельной. В нашей компании есть опыт работы с такими материалами для аэрокосмической отрасли — там каждый процент легирования просчитывается до мелочей.

Термообработка — где кроются подводные камни

Закалка — кажется, что всё просто: нагрел до температуры, выдержал, охладил. Но скорость охлаждения часто недооценивают. Для сплавов типа Д16 минимальная скорость охлаждения должна быть не менее 50°C/сек, иначе растворение неполное. Мы как-то видели цех, где закалку проводили в обычной воде без перемешивания — в результате по сечению профиля были разные механические свойства.

Искусственное старение — тут вообще целая наука. Для сплавов 6ххх обычно применяют T6, но если нужна высокая пластичность, лучше T5. Один наш клиент долго не мог понять, почему его кронштейны ломаются при монтаже — оказалось, перестарили материал. Снизили температуру старения на 20 градусов — проблема исчезла.

Отжиг после холодной деформации — многие забывают, что режим отжига зависит от степени деформации. Если прокатка была 50%, а отжиг провели как для 20%, рекристаллизация будет неполной. Мы обычно рекомендуем делать пробный отжиг для каждой партии — особенно если металл поставляется из разных плавок.

Практические случаи из нашего опыта

Был у нас проект по алюминиевым радиаторам — клиент хотел сочетание высокой теплопроводности и прочности. Перебрали несколько вариантов, остановились на сплаве АД31 с модифицированной термообработкой. Но главной проблемой оказалась пайка — пришлось подбирать флюс, который не вызывал коррозию в дальнейшем. В итоге разработали собственную технологию, которую теперь используем для подобных заказов.

Ещё запомнился случай с алюминиевыми профилями для морских платформ. Требовалась стойкость к солёной воде — пробовали разные варианты от анодирования до полимерных покрытий. В итоге оказалось, что лучше всего работает комбинация — хроматирование плюс двухкомпонентная краска. Хотя изначально скептически относились к такому решению.

Сейчас в Lianxin Metal активно экспериментируем с алюминиево-магниевыми сплавами для 3D-печати — там свои особенности. Порошок должен быть определённой гранулометрии, иначе появляются поры. Да и режимы спекания отличаются от традиционных сплавов — пока нарабатываем статистику, но уже есть обнадёживающие результаты.

Что чаще всего упускают из виду

Многие забывают про остаточные напряжения после обработки — они могут проявляться уже при эксплуатации. Мы всегда рекомендуем проводить отдых после механической обработки, особенно для прецизионных деталей. Как-то раз игнорировали эту рекомендацию для ответственного узла — потом пришлось переделывать всю партию из-за деформаций.

Состояние поставки — это отдельная тема. Например, полутвёрдое состояние (Н2) для сплавов 3ххх часто указывается неточно. Мы разработали собственную методику контроля твёрдости, которая позволяет точнее определять состояние материала — это помогло избежать нескольких конфликтных ситуаций с поставщиками.

И главное — не бывает универсальных алюминиевые сплавы. Каждый случай требует индивидуального подхода, от выбора марки до режимов обработки. То, что идеально подходит для одних условий, может полностью провалиться в других. Поэтому мы в Lianxin всегда настаиваем на пробной обработке и тестировании — это экономит время и нервы в дальнейшем.