Кованый алюминиевый сплав

Вот что обычно не говорят про кованый алюминиевый сплав: если пережать давление пресса — получится не деталь, а учебное пособие по трещинообразованию. Сейчас объясню на пальцах, без учебников.

Почему кузнечная обработка — это не штамповка

Когда в 2018 году мы запускали линию горячей объемной штамповки для кованого алюминиевого сплава 6061, три технолога спорили до хрипоты. Один доказывал, что можно просто взять параметры для стали и уменьшить на 30%. Результат? Партия опорных кронштейнов пошла под списание — появились микротрещины, которые видны только после анодирования.

Запомните раз и навсегда: алюминий ведет себя не как сталь при деформации. Он 'течет' по-другому, особенно сплавы серии 7ххх. Наш технолог из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' как-то показал эксперимент: при одной и той же температуре 450°C два разных кованых алюминиевых сплава дают разную зернистость. Один — мелкозернистую равномерную структуру, второй — словно манную кашу с комочками.

Кстати, про температуру. Многие до сих пор греют заготовки 'на глазок', ориентируясь на цвет. С алюминием этот номер не проходит — он не краснеет. Пришлось внедрять пирометры на каждый пресс, хотя сначала бригадир кричал, что это деньги на ветер.

Ошибки, которые дорого стоят

В прошлом году один завод заказал у нас кованый алюминиевый сплав для высоконагруженных кронштейнов в авиакосмической отрасли. Техзадание было на сплав 7075, но поставщик (не мы!) подсунул 2024 — видимо, со склада решили очистить. Разницу заметили только когда детали пошли в термообработку.

Здесь важно вот что: 7075 после закалки и старения дает предел прочности до 570 МПа, а 2024 — около 480. Разница кажется небольшой? Но при вибрационных нагрузках это приводит к усталостным разрушениям в 3 раза быстрее. Пришлось переделывать всю партию.

Сейчас мы в Ляньсинь для ответственных применений всегда делаем экспресс-анализ химсостава — даже если материал идет от проверенного поставщика. Оборудование стоит дорого, но дешевле, чем компенсировать ущерб от отказа детали в собранном узле.

Нюансы термообработки

Многие думают, что главное в кованом алюминиевом сплаве — выдержать температуру ковки. На самом деле, последеформационный отжиг не менее важен. Особенно для толстостенных поковок.

Помню, делали массивный фланец из сплава 6082. Отковали красиво, но при отпуске недосмотрели — температура в печи 'плавала' на 20 градусов. Вроде мелочь? Но при механической обработке резец шел рывками — оказалось, неравномерность твердости по сечению достигла 15 HB.

Сейчас для таких случаев мы используем ступенчатый режим термообработки: сначала выдержка при 350°C, потом медленный нагрев до 530°C. Да, дольше, зато структура получается однородной. Как говорил наш старый мастер: 'Алюминий любит, когда с ним не торопятся'.

Проблемы с контролем качества

Ультразвуковой контроль для кованого алюминиевого сплава — отдельная головная боль. Крупное зерно в литых заготовках иногда дает ложные сигналы. Приходится постоянно калибровать оборудование и делать эталоны с искусственными дефектами.

Однажды мы полгомали голову над странными сигналами в зоне перехода от тела поковки к фланцу. Оказалось — не дефект, а особенность текстуры деформации. Металлограф показал, что волокна идут под углом 45 градусов — именно так и должно быть при правильной ковке.

Сейчас мы для каждого нового типа детали разрабатываем отдельную методику контроля. Да, трудоемко, но зато не бракуем годные детали и не пропускаем настоящий брак.

Перспективы и ограничения

Сейчас многие пытаются применять кованый алюминиевый сплав там, где раньше использовали титан. Например, в робототехнике для несущих конструкций. Но есть нюанс: ударная вязкость у алюминия все-таки ниже.

Мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' экспериментировали со сплавом 7050 для шасси дронов. Прочность достаточная, вес отличный, но после нескольких жестких посадок появляются вмятины — титан вел бы себя лучше.

Зато где алюминий точно нет равных — это сложные по геометрии кованые детали. Шестерни, рычаги, кронштейны со сложными переходами сечения. Здесь ковка позволяет получить волокнистую структуру, повторяющую контур детали — литье так не может в принципе.

Оборудование и оснастка

Горячая штамповка кованого алюминиевого сплава требует специальных пресс-форм. Обычные стальные быстро покрываются алюминиевым нагаром — каждые 50-60 поковок приходится чистить.

Мы перепробовали разные покрытия — от нитрида титана до керамики. Лучше всего показали себя композитные покрытия на основе хромирования с добавлением вольфрама. Срок службы увеличился в 4 раза, правда, и стоимость оснастки выросла на 60%.

Еще важный момент — система охлаждения пресс-форм. Для алюминия перегрев опаснее, чем для стали — начинается пережог и окисление поверхности. Пришлось проектировать сложные каналы охлаждения с точным поддержанием температуры.

Экономика процесса

Когда считают стоимость кованого алюминиевого сплава, часто забывают про коэффициент использования материала. У нас в среднем 1.8-2.2 — то есть из килограмма заготовки получается 450-550 грамм готовой детали.

Обрезь и облой идут в переплавку, но здесь есть тонкость: каждый раз добавлять более 30% возврата в шихту нельзя — свойства сплава ухудшаются. Приходится тщательно следить за балансом.

Сейчас рассматриваем возможность внедрения изотермической ковки. Оборудование дорогое, но зато можно снизить припуски на механическую обработку и получить более точные поковки. Для серийных деталей может окупиться за 2-3 года.