Алюминий и его сплавы

Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например, в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии.

Технические алюминиевые сплавы подразделяют на две группы: применяемые в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом) и в литом. Границу между сплавами этих групп определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре. В соответствии с диаграммой состояния изменение технологических свойств показывает, что сплавы с содержанием компонента меньше предела растворимости при высокой температуре обладают наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью при высокой температуре, следовательно, хорошо подвергаются горячей обработке. Наличие эвтектической структуры резко уменьшает пластичность. Металлы, кристаллизующиеся при постоянной температуре (чистые металлы, эвтектические сплавы) имеют наибольшую жидкотекучесть. От температурного интервала кристаллизации зависит общий объем литейных пор. Все литейные сплавы могут упрочняться с помощью термической обработки. Степень упрочнения будет зависеть от степени легирования, т.е. количества эвтектики.

Деформируемые сплавы подразделяют на упрочняемые (дюралюмин) и не упрочняемые (сплавы систем Al-Mn, Al-Mg) термической обработкой. Термическая обработка дюралюминовых сплавов заключается в закалке примерно с 550⁰С в воде с последующим естественным старением, т.е. с выдержкой при комнатной температуре в течение 5-7 суток.

Сплавы, упрочнение которых термической обработкой не удается, обычно содержат кремний, магний и марганец. Сплавы же, упрочняемые термической обработкой, содержат медь, цинк и определенные сочетания магния с кремнием. Предел текучести сплавов, не упрочняемых термообработкой, составляет 50–280 МПа, а их прочность на растяжение лежит в пределах от 100 до 350 МПа. Предел текучести термообрабатываемых сплавов может превышать 500 МПа, а прочность на растяжение – 550 МПа. Термообрабатываемые сплавы (из которых наиболее известны дуралюмины и авиаль) чаще всего применяются в аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах – легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах.

Магний и его сплавы

Как и алюминий, магний широко применяется в промышленности благодаря своей низкой относительной плотности (около 1,7, меньше, чем у алюминия). Он часто применяется в виде отливок, и в этом случае его предел текучести составляет от 85 до 140 МПа, а прочность на растяжение – от 140 до 280 МПа. У магниевого проката (прутка, профилей, листа) предел текучести и прочность на растяжение несколько выше.

Магниевые сплавы менее пластичны, чем алюминиевые и медные (относительное удлинение составляет 4–15%). Магниевые сплавы, как и алюминиевые, подразделяют на деформируемые и литейные. В качестве легирующих добавок используют алюминий, цинк и марганец.

В магниевых сплавах эффект старения невелик, поэтому ограничиваются закалкой, при которой за счет гомогенизации и растворения пограничных выделений повышаются пластические свойства при одновременном повышении прочностных.

Наиболее важная область их применения – аэрокосмическая промышленность, где большие преимущества дает их легкость. Аэрокосмические магниевые материалы – это по большей части термообрабатываемые специальные сплавы. В сплавах с магнием чаще всего используются алюминий, марганец и цинк (обычно в малых количествах, хотя содержание алюминия может достигать 10%). После термообработки предел текучести таких сплавов может составлять до 310, а прочность на растяжение – до 390 МПа.