Ковочные алюминиевые сплавы

Если честно, когда слышу про ковочные алюминиевые сплавы, первое что приходит в голову — это вечная дилемма между пластичностью и прочностью. Многие до сих пор путают литейные и деформируемые марки, а потом удивляются трещинам в поковках. Сам на этом обжигался лет десять назад, когда пытался адаптировать АК12 для штамповки ответственных деталей.

Что мы вообще куём

В нашей практике на ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? чаще всего идёт серия АК с магнием и кремнием — те самые АК5-АК9. Но вот нюанс: даже в пределах одной марки поведение при горячей объёмной штамповке может отличаться в разы. Например, АК6 после закалки и старения даёт 380 МПа, но если перегреть заготовку выше 480°C — пластичность падает катастрофически.

Как-то раз для авиакомпонента использовали АК8 — вроде бы логичный выбор для высоконагруженных узлов. Но при осадке на кривошипном прессе пошли поверхностные разрывы. Оказалось, проблема в исходной зернистости — поставщик сэкономил на гомогенизации. Пришлось экстренно менять режим подогрева с выдержкой при 420°C.

Сейчас чаще склоняюсь к АК4-1 для температурных нагрузок. Медь и никель там хоть и усложняют технологию, но жаропрочность того стоит. Хотя свариваемость откровенно слабая — это надо учитывать при проектировании сборных конструкций.

Ошибки подготовки заготовок

Самое коварное — это состояние поверхности перед нагревом. Однажды в цеху экономили на травлении прутков, в результате оксидная плёнка вплавилась в поковку. После механической обработки проявились рыхлые участки — брак на 1200 кг деформированного алюминия.

Температурные интервалы — отдельная песня. Для АК6 рекомендуют 380-450°C, но на практике нижний предел опасен. При 380 пресс мощностью 6300 тс едва справляется с заполнением ручьёв штампа. Лучше работать в диапазоне 410-430, особенно для сложнопрофильных поковок.

Скорость деформации — параметр, который часто недооценивают. На гидравлических прессах получается качественнее, но дороже. А на молотах иногда возникает перегрев из-за слишком интенсивной обработки. Видел как за три удара заготовка из серого раскачивалась до белого каления — естественно, потом пошла крупнозернистость по всему объёму.

Нюансы термички

После ковки всегда остывание на воздухе — это база. Но вот с закалкой вечные мучения: если для АК8 допускается задержка до 3 часов, то для магниевых сплавов типа АМг6 интервал сокращается до 1.5 часов. Пропустил — и всё, передел.

Старение — казалось бы, простая операция, но здесь тоже подводные камни. Для АК4-1 применяем двухступенчатое старение: сначала 165°C на 10 часов, потом 220°C на 8. Если сократить вторую ступень до 6 часов — прочность пажет на 12-15%.

Контроль твёрдости после старения — обязательный этап. Но вот что заметил: показания по Бринеллю часто дают разброс до 15 единиц в пределах одной поковки. Поэтому теперь дублируем замеры по Роквеллу в трёх зонах — у основания, в середине и на периферии.

Проблемы с поставками

Сырьё — больная тема. Отечественные слитки АК6 часто имеют ликвацию по кремнию, что вылезает при ковке полосовыми штампами. Китайские аналоги стабильнее по химии, но бывают проблемы с газонасыщенностью. Приходится делать выборочную дегазацию в вакуумных печах.

В Ляньсинь как раз научились контролировать газосодержание на уровне 0.12 см3/100г — это хороший показатель для поковок с последующей герметизацией. Кстати, их ленты из чистого никеля мы иногда используем как прокладки при нагреве — меньше выгорает алюминий с поверхности.

Сейчас пробуем комбинировать — берем российские слитки, но проводим дополнительную электрошлаковую переплавку. Дорого, но для аэрокосмических контрактов оправдано. Особенно когда идёт речь о крупногабаритных поковках весом под тонну.

Перспективные направления

Последние два года экспериментируем с ковочными алюминиевыми сплавами с добавкой скандия. Дорого чертовски, но прочность под 550 МПа при сохранении пластичности — это серьёзно. Правда, для массового применения пока не готовы — проблемы с воспроизводимостью свойств от плавки к плавке.

Интересный опыт получили с медно-алюминиевыми композитами — их у ООО ?Сучжоу Ляньсинь? есть в ассортименте. Правда, ковка таких материалов требует специальных покрытий на инструменте — обычная оснастка из штамповой стали выходит из строя после 200-300 поковок.

Из традиционных марок всё чаще возвращаемся к АК5М2 — медь даёт хорошую стабильность при ковке в горячем состоянии. Хотя коррозионная стойкость ниже, чем у магниевых сплавов — это ограничивает применение в морской атмосфере.

Выводы которые нигде не прочитаешь

Главный урок — не существует универсального ковочного алюминиевого сплава. Каждый раз приходится балансировать между технологичностью, стоимостью и конечными свойствами. Даже проверенная марка может преподнести сюрприз из-за партии сырья.

Сейчас в цеху лежит бракованная поковка АК8 — специально оставил как наглядное пособие. Там классический случай пережога по границам зёрен — видна невооружённым глазом. Новых ребят всегда вожу посмотреть — лучше одного раза увидеть, чем сто раз услышать про температурные режимы.

Если бы лет пятнадцать назад кто-то сказал, что буду разбираться в нюансах старения алюминиевых сплавов — не поверил бы. А теперь вот даже с коллегами из Ляньсинь иногда спорю про оптимальные режимы для биметаллических заготовок. Живой процесс, не стоящий на месте.