Алюминий редко используют в чистом виде — слишком мягкий и непрочный. В сочетании с другими элементами он становится материалом для авиации, строительства, машиностроения и электроники. Разные добавки дают разные свойства, поэтому прежде чем выбирать сплав, стоит разобраться, чем они отличаются и как ведут себя при обработке.
Как классифицируют алюминиевые сплавы
Все алюминиевые сплавы делятся на две группы: деформируемые и литейные. Из деформируемых прокаткой, ковкой, прессованием и вытяжкой получают листы, профили, трубы, поковки. Литейные заливают в формы — для отливок сложной геометрии.
Деформируемые сплавы бывают термически упрочняемыми и нет. Серии 1ххх, 3ххх и 5ххх набирают прочность только за счёт холодной деформации. Серии 2ххх, 6ххх и 7ххх поддаются закалке и искусственному старению, что существенно повышает их механические характеристики.
Литейные сплавы по отечественной классификации обозначаются АЛ или АК. Наиболее распространены силумины — сплавы алюминия с кремнием. Они хорошо заполняют форму, дают минимальную усадку и без труда поддаются механической обработке после литья.
Основные легирующие элементы и их роль
Медь увеличивает прочность и твёрдость, но снижает коррозионную стойкость. Сплавы серии 2ххх — дюралюминий — применяют в авиационных конструкциях и силовых элементах.
Магний обеспечивает хорошее сочетание прочности и пластичности при сохранении коррозионной стойкости. Сплавы серии 5ххх на его основе востребованы в судостроении, транспортном машиностроении и производстве резервуаров.
Кремний улучшает литейные свойства и снижает коэффициент теплового расширения. В деформируемых сплавах серии 6ххх кремний работает в паре с магнием: при термообработке они образуют упрочняющую фазу Mg₂Si.
Цинк в сочетании с магнием даёт самые прочные из промышленных алюминиевых сплавов — серию 7ххх. Предел прочности некоторых марок превышает 500 МПа, что сопоставимо с конструкционными сталями при втрое меньшей плотности.
Особенности механической обработки
Мягкие сплавы серий 1ххх и 3ххх склонны к налипанию на режущий инструмент: стружка вязкая и длинная. Здесь необходимы острая геометрия инструмента, высокие скорости резания и обильное охлаждение. Без этого поверхность получается рваной, а инструмент быстро теряет режущую кромку.
Высокопрочные сплавы серии 7ххх обрабатываются легче, чем можно ожидать от их прочности, — алюминий остаётся значительно мягче стали. Проблема иная: склонность к деформации при зажиме и остаточные напряжения после термообработки. Детали из таких сплавов нередко «ведёт» при снятии с оправки, если не учитывать это на этапе проектирования технологии.
Литейные силумины хорошо фрезеруются и сверлятся, однако содержат твёрдые включения кремния, которые ускоряют износ инструмента. Для их обработки рекомендуют твердосплавный или поликристаллический алмазный инструмент.
Ключевые параметры при обработке алюминиевых сплавов:
Скорость резания — значительно выше, чем для стали: от 200 до 1500 м/мин в зависимости от сплава и операции.
Передний угол инструмента — от 10° до 20°, для лёгкого отвода стружки.
Охлаждение — эмульсия или сжатый воздух; при сухой обработке мягких сплавов высок риск налипания.
Шероховатость — при правильно выбранных режимах достижима Ra 0,4 и ниже.
Сварка алюминиевых сплавов
Оксидная плёнка на поверхности алюминия плавится при температуре около 2050 °C, тогда как сам металл — уже при 660 °C. Если плёнку не разрушить, она останется в шве и резко снизит его прочность. Поэтому применяют аргонодуговую сварку — TIG или MIG: защитный газ препятствует повторному окислению, а переменный ток в режиме TIG разрушает оксидный слой.
Термически упрочняемые сплавы после сварки теряют часть прочности в зоне термического влияния: металл разупрочняется из-за нагрева. Для восстановления свойств иногда проводят повторную термообработку, но это возможно не всегда. Поэтому сварные соединения в таких сплавах проектируют так, чтобы шов не попадал в зону максимальных нагрузок.
Сплавы серии 5ххх считаются наиболее сварными среди деформируемых: они практически не склонны к горячим трещинам и хорошо держат прочность шва.
Где найти нужный сплав
ТД Пако работает с алюминиевыми сплавами в виде листов, плит, профилей, труб и прутков. Если технические требования ещё не сформулированы, специалисты компании готовы разобрать задачу и предложить варианты с учётом условий применения.
