Алюминиевые сплавы подразделяются на три основные категории: кованые алюминиевые сплавы, литейные алюминиевые сплавы и кованые алюминиевые сплавы. К кованым сплавам относятся сплавы серий от 1xxx до 7xxx, в которых различные легирующие элементы обеспечивают уникальные свойства, такие как прочность, коррозионная стойкость, обрабатываемость и качество поверхности. Такие распространённые марки, как 6061, 5052, 7075 и 2024, широко используются в машиностроении и производстве. Литейные алюминиевые сплавы подходят для изготовления деталей сложной формы, в то время как кованые алюминиевые сплавы обеспечивают высокую прочность и лёгкость, что является преимуществом для применения в аэрокосмической и автомобильной отраслях, а также в строительстве. Выбор подходящего алюминиевого сплава зависит от механических требований, технологических процессов и условий конечного использования.
Алюминиевые сплавы, как правило, можно разделить на три основные категории в зависимости от способа изготовления и характеристик материала: кованые алюминиевые сплавы, литые алюминиевые сплавы и штампованные алюминиевые сплавы.
Каждая категория включает в себя несколько серий сплавов, отличающихся механическими свойствами, обрабатываемостью, коррозионной стойкостью, характеристиками при обработке поверхности и типичными областями применения.
Алюминиевые сплавы для механической обработки — это алюминиевые сплавы, которые подвергаются механической обработке с целью получения таких изделий, как листы, пластины, прутки, трубы и профили, посредством прокатки, экструзии, волочения или ковки.
В зависимости от основных легирующих элементов алюминиевые сплавы для ковки обычно подразделяются на серии от 1xxx до 7xxx.
Серия 1xxx состоит преимущественно из коммерчески чистого алюминия. Эти сплавы, как правило, содержат очень высокую долю алюминия и отличаются превосходной коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью, относительно низкой механической прочностью, а также превосходной пластичностью и формуемостью.
Однако их токарные и фрезерные характеристики оставляют желать лучшего, поскольку материал мягкий и при обработке может прилипать к режущим инструментам. Их прочность можно в некоторой степени повысить путем деформационного упрочнения.
К типичным областям применения относятся оборудование для химической переработки, отражатели, теплообменники, электропроводники, конденсаторы, упаковочная фольга, архитектурные элементы и декоративная отделка.
Коммерчески чистый алюминий, как правило, обладает превосходными характеристиками при текстурном травлении. Хорошую текстуру поверхности можно получить как с помощью кислотных, так и щелочных систем травления.
Для задач, требующих более высокой шероховатости поверхности, двухэтапный процесс кислотно-щелочного травления позволяет получить чрезвычайно однородную текстуру поверхности.
Среди широко используемых материалов корейский алюминий, как правило, обеспечивает мелкую текстуру, тогда как материалы из Тайваня и Китая часто дают мелкую и однородную матовую поверхность. Чистый алюминий с высоким блеском, поставляемый японской компанией «Сумитомо», после травления может приобретать отчетливо видимую матовую текстуру. Некоторые немецкие материалы из чистого алюминия также позволяют добиться аналогичной матовой поверхности.
Коммерчески чистый алюминий также хорошо поддается химической и электролитической полировке, а после анодирования на его поверхности можно добиться высокой степени блеска.
Медь является основным легирующим элементом в алюминиевых сплавах серии 2xxx. В качестве второстепенных легирующих элементов также часто добавляют магний и марганец.
К типичным системам сплавов относятся алюминий-медь-магний, алюминий-медь-магний-марганец, алюминий-медь-магний-железо-никель и алюминий-медь-марганец.
Эти сплавы поддаются термической обработке и отличаются высокой прочностью, поэтому их часто называют высокопрочными алюминиевыми сплавами или сплавами типа дуралюминия.
Они обладают хорошей термостойкостью и превосходной обрабатываемостью. Однако их коррозионная стойкость относительно низкая, а некоторые марки могут быть подвержены межкристаллитной коррозии.
По этой причине алюминиевые листы серии 2xxx часто покрывают слоем алюминия высокой чистоты или алюминиево-магниево-кремниевым сплавом серии 6xxx для повышения коррозионной стойкости.
Алюминиевые сплавы серии 2xxx особенно подходят для изготовления деталей, требующих высокого соотношения прочности к весу.
К типичным областям применения относятся детали колес грузовых автомобилей и самолетов, элементы подвески грузовых автомобилей, обшивка фюзеляжа самолетов, а также конструктивные элементы, которые должны сохранять высокую прочность при температурах до примерно 150 °C (302 °F).
За исключением сплава 2219, большинство сплавов этой серии обладают ограниченной свариваемостью. Однако многие сплавы серии 2xxx отличаются превосходной обрабатываемостью.
Одним из наиболее широко используемых марок этой серии является алюминий марки 2024, который примерно соответствует китайской марке 2A12.
После одноэтапного травления щелочным раствором для придания текстуры поверхность алюминиевого листа марки 2024 приобретает шероховатость, превышающую Ra 1,5, при этом сохраняя превосходную блеск и однородность поверхности.
Анодируемость алюминия серии 2xxx относительно низкая. При увеличении толщины анодной оксидной пленки на поверхности может появиться желтоватый оттенок, из-за чего эти сплавы менее подходят для окрашивания в светлые декоративные цвета.
В аэрокосмической отрасли после обезжиривания, как правило, не рекомендуется проводить щелочное травление. Для удаления пассивного слоя с поверхности предпочтительна кислотная обработка.
Обычно применяется анодирование в растворе борной и серной кислот или в растворе хромовой кислоты с последующей герметизацией разбавленной хромовой кислотой. Если требуется окрашивание в светлые тона, может использоваться модифицированный процесс анодирования в растворе борной и серной кислот.
Марганец является основным легирующим элементом в серии 3xxx.
Эти сплавы, как правило, не поддаются термообработке, однако их прочность примерно на 20% выше, чем у алюминия серии 1xxx.
Поскольку в алюминий можно эффективно вводить лишь ограниченное количество марганца — как правило, около 1,5%, — марганец используется в качестве основного легирующего элемента лишь в относительно небольшом числе промышленных сплавов.
Тремя наиболее широко используемыми сплавами общего назначения в этой серии являются 3003, 3004 и 3105. Китайский сплав марки 3A21 примерно соответствует сплаву 3003.
Алюминиевые сплавы серии 3xxx обладают более высокой механической прочностью по сравнению со сплавами серии 1xxx, сохраняя при этом хорошую пластичность и свариваемость. Их коррозионная стойкость лишь незначительно уступает коррозионной стойкости коммерчески чистого алюминия.
К типичным областям применения относятся банки для напитков, кухонная посуда, теплообменники, резервуары для хранения, маркизы, мебель, дорожные знаки, кровельные панели и панели для фасадных конструкций.
После текстурного травления алюминий серии 3xxx часто приобретает сочетание матовой, напоминающей песок, текстуры и линейной текстуры, характерной для брашированной поверхности.
Одноэтапное травление щелочной текстурой обеспечивает хорошие декоративные результаты и широко применяется в качестве предварительной обработки для табличек с надписями и панелей перед трафаретной печатью.
Для задач, требующих более высокой шероховатости поверхности, двухэтапный процесс кислотно-щелочного травления обычно позволяет получить как песчанистую, так и матовую текстуру.
Однако из-за различий в методах обработки у разных производителей некоторые схожие алюминиевые сплавы после кислотно-щелочного травления могут приобретать в основном песчанистую текстуру, при этом текстура, полученная в результате браширования, будет практически незаметна.
Кремний является основным легирующим элементом в серии 4xxx и может добавляться в алюминий в относительно больших количествах, которые иногда достигают примерно 12%.
Эти сплавы, как правило, не поддаются термической обработке и широко используются в качестве сварочной проволоки и припоя для алюминиевых изделий.
В процессе анодирования на поверхности сплавов серии 4xxx обычно образуется покрытие от темно-серого до угольно-черного цвета.
Сплав 4032 обладает низким коэффициентом теплового расширения и высокой износостойкостью, благодаря чему он особенно подходит для изготовления кованых поршней двигателей и других деталей, требующих стабильности размеров при повышенных температурах.
Магний является основным легирующим элементом в серии 5xxx.
Когда магний используется в качестве основного легирующего элемента — как самостоятельно, так и в сочетании с марганцем — получаются деформационно-упрочняемые сплавы со средней или высокой прочностью.
Эти сплавы обладают хорошей свариваемостью, превосходной усталостной прочностью и высокой коррозионной стойкостью, особенно в морской среде.
Алюминиевые сплавы серии 5xxx не поддаются термообработке, но, как правило, обладают более высокой прочностью, чем сплавы серий 1xxx и 3xxx.
К типичным областям применения относятся строительные материалы, архитектурные и декоративные элементы отделки, банки и крышки для банок, бытовая техника, компоненты уличного освещения, морские сооружения, резервуары для криогенного топлива, детали кранов и несущие элементы автомобилей.
Характеристики текстурного травления алюминия серии 5xxx аналогичны характеристикам сплавов серии 3xxx.
Кроме того, они обладают хорошими характеристиками анодирования. Некоторые марки после соответствующей обработки поверхности позволяют получить блестящую зеркальную поверхность, благодаря чему они подходят для изготовления декоративных деталей автомобилей.
Алюминиевые сплавы серии 6xxx содержат магний и кремний в качестве основных легирующих элементов и поддаются термической обработке.
Эти сплавы обладают средней прочностью, хотя их прочность, как правило, ниже, чем у большинства сплавов серий 2xxx и 7xxx.
Одним из основных преимуществ серии 6xxx является сбалансированное сочетание формуемости, свариваемости, обрабатываемости, коррозионной стойкости и механической прочности.
К типичным областям применения относятся строительные материалы, рамы велосипедов, транспортное оборудование, перила мостов, сварные конструкции, детали машин и экструдированные алюминиевые профили.
Наиболее широко используемыми сплавами этой серии являются 6061 и 6063.
Алюминий марки 6061 часто используется для изготовления механических и конструкционных деталей благодаря своей высокой прочности, обрабатываемости, коррозионной стойкости и универсальным эксплуатационным характеристикам.
Алюминий марки 6063 широко используется для изготовления экструдированных профилей и архитектурных элементов благодаря своим превосходным экструзионным характеристикам и привлекательному внешнему виду после анодирования.
Сплав 6463 был разработан для таких областей применения, как экструдированные элементы отделки автомобилей, рамки цифровых устройств и окантовка телевизоров. После анодирования сплав 6463 позволяет получить блестящую зеркальную поверхность.
Однако содержание примесей железа в алюминии следует поддерживать на как можно более низком уровне. Чрезмерное содержание железа может значительно снизить блеск поверхности после анодирования.
Цинк является основным легирующим элементом в алюминиевых сплавах серии 7xxx; его содержание, как правило, колеблется в диапазоне от примерно 1% до 8%.
Эти сплавы поддаются термической обработке и могут обеспечивать прочность от средней до чрезвычайно высокой.
Благодаря отличному соотношению прочности к весу алюминиевые сплавы серии 7xxx широко применяются в конструкционных элементах, подвергающихся высоким нагрузкам.
К типичным областям применения относятся конструктивные элементы самолетов, мобильная техника, детали для аэрокосмической отрасли, высокопрочные механические узлы, а также другие области, в которых изделия подвергаются высоким нагрузкам и напряжениям.
Литейные алюминиевые сплавы специально разработаны для изготовления деталей методами литья.
В зависимости от основных легирующих элементов литейные алюминиевые сплавы, как правило, можно разделить на четыре основные категории:
В разных странах используются разные системы обозначения сплавов.
В Китае литейные алюминиевые сплавы обычно обозначаются буквами ZL за которым следуют три цифры.
Первая цифра обозначает основную систему сплава:
Вторая и третья цифры обозначают конкретный сплав в рамках данной серии.
Для производства высококачественных прецизионных отливок самых разных форм и размеров алюминиевые литейные сплавы, как правило, обладают рядом важных характеристик.
Литейные алюминиевые сплавы обладают превосходными литейными свойствами и могут использоваться для изготовления деталей сложной геометрии.
Кроме того, они обеспечивают такие преимущества, как экономия материалов, снижение производственных затрат, сокращение сроков изготовления и уменьшение потребности в дополнительном производственном оборудовании.
В результате литейные алюминиевые сплавы широко используются в аэрокосмической, автомобильной и машиностроительной отраслях, а также в других отраслях промышленности.
К типичным изделиям относятся балки, лопатки газовых турбин, корпуса насосов, кронштейны, колеса, впускные кромки и корпуса двигателей.
Кроме того, они широко используются для изготовления головок цилиндров автомобилей, корпусов коробки передач, поршней, корпусов приборов и корпусов насосов нагнетателей.
Кованые алюминиевые сплавы разработаны с целью обеспечения хорошей пластичности и формуемости при повышенных температурах, что делает их пригодными для процессов ковки.
Многие алюминиевые сплавы для ковки созданы на основе алюминиево-магниево-кремниевых систем и могут также содержать медь, магний и кремний в качестве важных легирующих элементов.
Их главным преимуществом является превосходная горячедеформируемость, что позволяет изготавливать крупные, сложные и высокопрочные кованые детали.
Замена некоторых стальных деталей на детали из алюминиевых сплавов позволяет значительно снизить общий вес механических изделий при сохранении хороших конструктивных характеристик.
Благодаря превосходному соотношению прочности к весу алюминий и алюминиевые сплавы стали незаменимыми материалами в аэрокосмической, авиационной, автомобильной и оборонной отраслях.
Например, в самолетах используется большое количество кованых алюминиевых деталей.
Алюминий также широко используется в строительстве, автомобилестроении и производстве упаковки, которые стали тремя наиболее важными сферами применения алюминия в современной промышленности.
В последние годы в области производства алюминиевых поковок для автомобилестроения наблюдается бурное развитие.
Глобальное потепление, дефицит энергоресурсов, ужесточение требований к топливной экономичности, а также растущие ожидания потребителей в отношении комфорта езды и управляемости автомобилей ускорили развитие технологий создания облегченных автомобильных конструкций.
Снижение массы автомобиля примерно на 10% позволяет сократить расход топлива примерно на 6%–8%.
Согласно имеющимся отраслевым данным, объем использования алюминиевых сплавов в кованых и штампованных автомобильных деталях в США достиг примерно 36,3%, тогда как доля алюминия в автомобилях, производимых в Европе и Японии, может составлять более 15% от общей массы автомобиля.
Исторически сложилось так, что доля алюминиевых сплавов, используемых в автомобилях, производимых в Китае, была относительно ниже.
Эксперты автомобильной отрасли прогнозируют, что по мере дальнейшего развития тенденции к снижению массы автомобилей всё большее количество поковок из алюминиевых сплавов будет заменять традиционные стальные поковки.
Различные серии алюминиевых сплавов отличаются значительными различиями в сочетании таких характеристик, как прочность, коррозионная стойкость, обрабатываемость, свариваемость, возможности обработки поверхности и технологические свойства.
Алюминий коммерчески чистой серии 1xxx идеально подходит для применений, требующих высокой электропроводности и коррозионной стойкости, тогда как сплавы серий 2xxx и 7xxx предпочтительны для высокопрочных конструкций.
Сплавы серий 3xxx и 5xxx обладают хорошей коррозионной стойкостью и формуемостью, в то время как алюминий серии 6xxx обеспечивает одно из лучших соотношений прочности, обрабатываемости, свариваемости, анодируемости и стоимости.
Литые алюминиевые сплавы подходят для эффективного изготовления деталей сложной формы, тогда как кованые алюминиевые сплавы особенно полезны для изготовления конструкционных элементов, подвергающихся высоким нагрузкам, где прочность и снижение веса имеют решающее значение.
Выбор подходящего алюминиевого сплава всегда должен основываться на требуемых механических свойствах, технологическом процессе, качестве поверхности, коррозионной стойкости, условиях эксплуатации и общей стоимости готовой детали.
Поделитесь своим чертежом, материалом, заданным допуском или вопросом по применению. Наша команда инженеров поможет рассмотреть маршрут обработки и предложит практичный следующий шаг.
Справочник по материалам
Практическое руководство по распространенным алюминиевым сплавам для механической обработки на станках CNC, включая сплавы 6061, 5052, 7075, 2024, 5083, 6063 и литой под давлением алюминий. Сравнение обрабатываемости,...
Читать статьюТехнология обработки
При выборе резьбонарезного инструмента для внутренней резьбы CNC недостаточно просто подобрать размер резьбы. Длина фаски определяет характер резания и программируемую глубину, в то время как...
Читать статьюТехнология обработки
К методам 3D-сканирования относятся контактные измерения, бесконтактное оптическое сканирование и разрушающее сканирование по последовательным срезам. В данной статье объясняется, как системы CMM и шарнирно-сочлененные манипуляторы осуществляют...
Читать статьюТехнология обработки
Реверс-инжиниринг позволяет преобразовать существующий объект в пригодные для использования цифровые данные, а затем — в усовершенствованную модель для производства. В этой статье рассказывается о...
Читать статью
