Первичные алюминиевые сплавы

Вот что сразу отмечу — многие путают первичные сплавы с обычным ломом, и это фатально для точных производств. Наш опыт с ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? показывает: если в алюминиевых сплавах для авиакосмических профилей попадается даже 0.3% посторонних включений, трещины при холодной штамповке гарантированы.

Химия против реалий цеха

Сплав АД31 — классика, но его вариативность сводит с ума. В теории — кремний 0.2-0.6%, магний 0.5-0.9%. На практике же, если плавку вести без аргонирования, магний выгорает до 0.3% за 20 минут, и потом профиль гнётся как пластилин. Однажды пришлось перерабатывать 4 тонны полос только из-за этого нюанса.

Запомнился случай с заказом на радиаторы для микроэлектроники. Использовали первичные алюминиевые сплавы марки АД33, но не учли, что термообработка при 450°C в конвейерной печи даёт разброс твёрдости до 15 HB по длине партии. Клиент вернул 60% продукции — теплоотдача ?плыла? на 20%.

Сейчас для ответственных деталей добавляем скандий через модификатор СЦ-01. Дорого, но для титано-алюминиевых гибридов, которые мы делаем для медицинских имплантов, это единственный способ избежать межкристаллитной коррозии. Хотя скандий иногда ведёт себя непредсказуемо — в прошлом месяце из-за его неравномерного распределения в слитке пришлось списать 12 заготовок.

Литьё vs деформация

Для листового проката, который мы поставляем в автопром, важно не столько содержание магния, сколько история деформации. Если обжатие на стане падает ниже 40% за проход, в алюминиевых сплавах типа АМг6 начинается текстуризация — анизотропия прочности достигает 30%. Проверяли на образцах после отжига — предел текучести вдоль проката был 280 МПа, а поперёк едва 190.

Особенно проблемно с тонкостенными трубами для гидравлики. При диаметре 8 мм и стенке 0.6 мм даже следы натрия выше 5 ppm приводят к разрывам при волочении. Пришлось разработать двухстадийную дегазацию — сначала флюс АФ-31, потом роторный диспергатор. Брак упал с 12% до 1.5%, но себестоимость выросла на 18%.

Кстати, о браке. В прошлом квартале получили рекламацию по партии прутков из АД35 — микротрещины в зоне термоупругого эффекта. Разбирались неделю. Оказалось, проблема в скорости охлаждения на выходе из пресса — превысили 120°C/мин, хотя по технологии максимум 80. Перегрели воду в охладительном контуре всего на 7 градусов, а результат — 3.2 тонны в утиль.

Маркировка и её подводные камни

Сплав 1560 — казалось бы, всё просто: алюминий-магний-марганец. Но когда закупаем чушки у разных поставщиков, видим разброс по железу от 0.15 до 0.35%. Для штамповки это критично — при Fe>0.25% образуются интерметаллиды Al9Fe2, которые рвут матрицу при глубокой вытяжке. Теперь каждый слиток проверяем портативным спектрометром, отбраковываем до 30%.

С бериллиевыми бронзами, которые мы тоже обрабатываем, история иная — там хоть и добавка бериллия всего 2%, но она даёт упрочнение на 40% после старения. А вот с первичными алюминиевыми сплавами упрочнение достигается в основном за счёт магния и кремния, но их избыток ведёт к хрупкости. Оптимальный баланс — 0.8% Mg и 0.4% Si для большинства конструкционных применений.

Интересно, что для медно-алюминиевых композитных материалов, которые производит наша компания, приходится использовать особые марки — с пониженным содержанием меди (не более 0.1%), иначе на границе раздела фаз образуются хрупкие фазы CuAl2. Пробовали добавлять никель — помогает, но удорожает композит на 25%.

Технологические компромиссы

При производстве шин для электротранспорта используем сплав АД0 — низкое сопротивление, но прочность недостаточная. Пришлось разрабатывать гибрид: сердечник из АД31 с 0.6% Fe для прочности, оболочка из чистого алюминия. Проблема — разная скорость ползучести при нагреве. Решили диффузионным отжигом при 420°C, но это добавило ещё одну операцию.

Вакуумное литьё для аэрокосмических деталей — отдельная история. Здесь первичные алюминиевые сплавы должны иметь содержание водорода не более 0.1 мл/100г. Достигаем этого только криолиновыми покрытиями, хотя они и дают шлаковые включения. Пробовали заменять на керамические фильтры — дороже в 3 раза, но брак по пористости упал с 8% до 0.5%.

Сейчас экспериментируем с добавкой стронция для модификации эвтектического кремния в сплавах типа АК12. Результаты неоднозначные — структура становится мельче, но предел прочности при растяжении падает на 5-7%. Возможно, нужно точнее дозировать — в пределах 0.008-0.012%, а не 0.01-0.02% как по стандарту.

Практические наблюдения

За 11 лет работы с алюминиевыми сплавами понял главное — не существует универсального решения. Для теплообменников нужны одни марки (с высоким кремнием), для несущих конструкций — другие (с магнием и марганцем), для электротехники — третьи (минимум примесей).

Сейчас на сайте https://www.lianxin-metal.ru мы указываем конкретные применения для каждой марки, но клиенты всё равно часто ошибаются в выборе. Недавно был случай — заказали АМг5 для деталей, работающих при 250°C, хотя этот сплав теряет прочность выше 150°C. Пришлось переделывать на АК4-1ч с медью и никелем.

Вывод простой: первичные алюминиевые сплавы требуют не только знания химического состава, но и понимания их поведения в реальных условиях. Иначе даже идеальный по ГОСТу материал приведёт к браку. Собственно, поэтому мы в ООО ?Сучжоу Ляньсинь? для каждого заказа проводим технологические испытания — лучше потратить неделю на тесты, чем потом разбираться с рекламациями.