Понимание различных типов алюминия: Марки, свойства и применение

Введение

Алюминий - один из самых популярных материалов в современном дизайне и строительстве благодаря таким преимуществам, как высокое соотношение прочности и веса, устойчивость к коррозии, легкость придания формы и эстетически привлекательный внешний вид. Благодаря этим качествам за последние несколько лет он получил огромное распространение практически во всех отраслях промышленности, что говорит о его важности в современном мире.

Хотя чистый алюминий обладает некоторыми полезными свойствами, его применение на практике несколько ограничено. Обычно его сплавляют с кремнием, магнием и марганцем, чтобы получить материалы, обладающие улучшенными и особыми свойствами для различных областей применения. В результате этого процесса образуется множество различных марок алюминиевых сплавов, обладающих разными физическими и химическими характеристиками, что делает их пригодными для использования.

Алюминиевые сплавы в основном делятся на две большие категории, основанные на процессе производства: кованые алюминиевые сплавы и литые алюминиевые сплавы. Эти два типа изготавливаются в ходе различных промышленных процессов, которые определяют их характеристики в твердой форме конечного продукта. В этой статье мы расскажем о критериях классификации алюминиевых сплавов, их отличительных ключевых физических свойствах и наиболее частых областях применения.

Обзор кованого алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы - это сплавы алюминия, которые образуются в результате механической обработки в твердом состоянии. К этой категории относится подавляющее большинство видов алюминия, около 85% всего используемого алюминия. Обработка металла путем прокатки, экструзии, ковки, волочения и т.д. изменяет зернистую структуру металла и в большинстве случаев повышает его прочность и другие механические характеристики. Различные типы алюминиевых сплавов классифицируются четырехзначным номером, где первая цифра обозначает основной легирующий элемент, а вторая - конкретный сплав или чистоту алюминия в случае серии 1xxx, что облегчает специалистам определение их основных свойств и областей применения.

Обзор литого алюминия

В отличие от кованого алюминия, литые алюминиевые сплавы изготавливаются путем заливки жидкого алюминия в формы нужной формы. Этот метод особенно полезен для создания геометрических форм и замысловатых частей модели. Литые сплавы содержат больше кремния, чем кованые, поэтому они обладают лучшими характеристиками текучести при литье. Они также нумеруются по четырехзначной системе, но с десятичной точкой после первых трех цифр, чтобы указать, что это литой сплав. Хотя кованые сплавы гораздо более долговечны, для некоторых применений гораздо более выгодна гибкость конструкции, которую обеспечивают литые сплавы.

Кованый и литой алюминий: Основные различия

Кованый и литой алюминий - оба эти материала являются жизненно важными в современной обрабатывающей промышленности, но они различаются по составу, обработке и эксплуатационным характеристикам.

Легирующие элементы

Первое различие основано на элементах, используемых в сплавах, и их процентном соотношении.

Деформируемые сплавы производятся путем правильного сочетания и пропорционирования таких элементов, как медь, марганец, кремний, магний и цинк, для получения желаемых механических свойств, таких как прочность, пластичность и коррозионная стойкость. Для литых сплавов выбираются элементы, повышающие их литейную способность, особенно кремний, но для точной настройки свойств сплава добавляются и другие элементы.

Методы изготовления

Как уже упоминалось, кованый алюминий - это алюминий, которому придают форму в твердом состоянии с помощью таких процессов, как прокатка для получения листов, экструзия алюминия для получения профилей или ковка для получения трехмерных форм. Литой алюминий, с другой стороны, формируется в полости формы, когда он находится в расплавленном состоянии, а затем застывает. Это различие в способах производства влияет на достижимые формы, зернистую структуру металла и прочностные характеристики.

Структурные и эксплуатационные характеристики

В широком смысле кованые алюминиевые сплавы прочнее, пластичнее и обладают лучшей усталостной прочностью по сравнению с литыми сплавами тех же элементов благодаря процессам механической обработки, в ходе которых выравнивается структура зерен. Хотя литые сплавы могут быть более слабыми, они лучше подходят для применения в тех случаях, когда требуется большая геометрическая сложность, благодаря возможности создания замысловатых деталей.

Серия кованого алюминия

Деформируемый алюминий имеет четкое четырехзначное обозначение, которое указывает на его основной легирующий элемент:

1000

Серия 1xxx состоит из коммерчески чистого алюминия с содержанием алюминия 99% и выше. Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, но в некоторых средах они также проявляют плохую коррозионную стойкость. Они обладают высокой тепло- и электропроводностью, подходят для теплоотводов и хорошо поддаются обработке. Они широко используются в тех областях, где такие характеристики желательны, например, в оборудовании для химической обработки, электрических проводниках и декоративной отделке.

В этой серии выделяются две марки: 1050, которая обладает очень высокой пластичностью и используется в таких областях, как производство полых изделий. Существует 1100, которая характеризуется хорошей формуемостью и свариваемостью в большинстве общих областей применения листового металла и плавника.

2000

Медь является основным легирующим элементом в сплавах серии 2xxx, которая присутствует в количестве от 2,2% до 6,8%. Эти сплавы обычно характеризуются высокой прочностью и хорошо поддаются термообработке. Они широко применяются в аэрокосмической промышленности и других областях с высокими механическими нагрузками. Тем не менее, они менее устойчивы к коррозии по сравнению с другими алюминиевыми сплавами.

Одним из лучших примеров этой серии является алюминий 2024, который известен своим высоким соотношением прочности и веса, что делает его популярным материалом для фюзеляжей самолетов, морского оборудования и каркасов крыльев. Другим важным сортом является 2017, который также широко используется в аэрокосмической промышленности для изготовления таких деталей, как заклепки и структурные элементы, где также желательна хорошая обрабатываемость.

3000

Марганец является основным легирующим элементом в сплавах серии 3xxx, который обычно включается в сплавы в диапазоне 0,3-1,5%. Эти сплавы обладают хорошей формуемостью и умеренной прочностью, примерно на 20% выше, чем сплавы серии 1xxx. Они широко используются в таких областях, как общая обработка листового металла, посуда, используемая в кулинарии, и сосуды под давлением.

Одна из самых популярных марок этой серии - алюминий 3003, который обладает хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью, широко используется для кровли, сайдинга, изготовления резервуаров для хранения химикатов, а также в различных архитектурных целях, но не выдерживает высоких температур.

4000

Кремний является основным легирующим элементом в сплавах серии 4xxx с содержанием от 3,6% до 13,5%. Эти сплавы имеют низкий диапазон плавления и хорошие характеристики текучести, что делает их идеальными для сварки и пайки. Они также используются в строительстве и в качестве присадочных металлов для сварки.

Некоторые сплавы этой серии также отличаются хорошей прочностью и износостойкостью. Одним из самых популярных является алюминий 4043, который используется в качестве присадочного материала для сварки алюминия и особенно подходит для базовых сплавов, поддающихся термообработке.

5000

В сплавах серии 5xxx магний является наиболее значимым легирующим элементом, который может присутствовать в количестве от 0,05% до 5,5%. Эти сплавы обладают высокой свариваемостью и хорошей коррозионной стойкостью, особенно в морских условиях. Они обладают средней и высокой прочностью на разрыв и применяются в судах, резервуарах для хранения и сосудах под давлением.

Среди сплавов серии 5000 алюминий 5052 отличается особой прочностью и легко сваривается, поэтому его используют при строительстве морских судов и сосудов под давлением. Кроме того, алюминий 5083 обладает гораздо более высокой прочностью и отличными характеристиками в тяжелых коррозионных условиях, часто используется в судостроении и морских конструкциях.

6000

Серия 6xxx содержит магний (от 0,35% до 1,5%) и кремний (от 0,2% до 1,8%) в качестве основных легирующих элементов. Они поддаются термообработке и обладают хорошей прочностью, свариваемостью, термообработкой и коррозионной стойкостью. Они используются в архитектурных экструзиях, велосипедных рамах, автомобильных деталях и мебели.

Алюминий 6061 - один из самых популярных сплавов этой серии благодаря своим удовлетворительным характеристикам и широкому спектру применения в различных конструкциях. С ним соседствует алюминий 6063, который используется в экструзионном производстве, где важна чистота поверхности, например, в оконных и дверных коробках.

7000

Цинк - основной легирующий элемент в сплавах серии 7xxx, который обычно составляет 0,8-8,2% и может сочетаться с магнием и медью. Это самые прочные алюминиевые сплавы, которые широко используются в аэрокосмических конструкциях, спортивном оборудовании и военной технике. Он может иметь более низкую коррозионную стойкость по сравнению с другими сериями.

Алюминий 7075 хорошо известен своими эксплуатационными характеристиками и используется в авиационной арматуре и редукторах. Другой сплав - алюминий 7050 - имеет схожую с 7075 прочность, но обладает лучшей устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением, что делает его идеальным для использования в обшивке фюзеляжей и крыльев самолетов.

Серия из литого алюминия

Аналогичная схема применяется и к литым алюминиевым сплавам, где первая цифра обозначает основной легирующий элемент:

1xx.x

Как и деформируемая серия 1000, литая серия 1xx.x - это преимущественно алюминиевые литейные сплавы, обладающие хорошей коррозионной стойкостью и электропроводностью, но низкой прочностью.

Они широко используются в химическом оборудовании и в тех областях, где требуется высокая электрическая или тепловая проводимость, например, в некоторых электрических деталях и теплообменниках.

2xx.x

Медь является основным легирующим элементом в этой серии. Эти сплавы могут достигать высокой прочности и часто подвергаются термической обработке. Однако в большинстве случаев они не очень устойчивы к коррозии. Высокая прочность, достигаемая сплавами этой серии, делает их идеальными для конструкционного литья в аэрокосмической и военной промышленности, где прочность является критическим фактором, хотя большинство таких сплавов требуют защитных покрытий в различных средах.

3xx.x

Эти сплавы содержат кремний с медью и/или магнием. Они легко отливаются, прочны и обладают высокой степенью устойчивости к коррозии. Благодаря высокой литейной способности эта серия идеально подходит для сложных отливок, которые используются в автомобильных деталях, таких как блоки и головки цилиндров, а также в аэрокосмических конструкционных деталях.

4xx.x

Кремний является основным легирующим элементом в сплавах серии 4xx.x. Эти сплавы характеризуются хорошей текучестью при литье и обычно используются в областях, требующих высокой износостойкости. Благодаря своей износостойкости они идеально подходят для поршней, корпусов насосов и других деталей, подверженных силам трения.

5xx.x

Магний является основной добавкой в серии литых сплавов 5xx.x. Эти сплавы известны своей хорошей текучестью при литье и часто используются в приложениях, где требуется хорошая износостойкость. Благодаря своей износостойкости они используются в поршнях, корпусах насосов и других деталях, подвергающихся фрикционным нагрузкам.

7xx.x

Цинк является основным легирующим компонентом. Эти сплавы прочны и могут подвергаться термической обработке для улучшения своих характеристик. Благодаря своей прочности они используются в аэрокосмических конструкциях и деталях, подвергающихся высоким нагрузкам, где вес является основным фактором.

8xx.x

Олово является основным легирующим элементом в литье серии 8xx.x. Они применяются реже и в основном используются в специальных подшипниковых приложениях благодаря своим хорошим несущим свойствам и износостойкости.

Популярные виды алюминия для изготовления листового металла

При выборе алюминия для изготовления листового металла некоторые марки алюминиевых сплавов лучше подходят с точки зрения прочности, коррозионной стойкости и простоты обработки. Вот некоторые из наиболее часто используемых в производстве марок алюминия:

Примечание: Все приведенные данные основаны на типичных справочных значениях, а фактические характеристики могут варьироваться в зависимости от партии сплава, производственного процесса и условий эксплуатации. Рекомендуется использовать самую последнюю информацию из технической документации поставщика.

TZR: ваш партнер по изготовлению точных алюминиевых изделий

Компания TZR специализируется на разработке, создании прототипов и производстве высококачественных компонентов из листового металла, обслуживая такие отрасли, как автомобилестроение, медицинское оборудование, 3D-печать и возобновляемые источники энергии. Более чем 20-летний опыт работы, квалифицированные мастера и самое современное оборудование позволяют нам работать с широким спектром материалов, включая алюминиевые сплавы, такие как легкоплавкие 1100 и высокопрочные 6061 и 5052.

Используя передовое оборудование и мастерство, мы можем добиться точности допусков до ±0,02 мм, обеспечивая при этом плавные изгибы с минимальной маркировкой. Помимо алюминия, мы также умеем обрабатывать сталь, нержавеющую сталь и медь, предлагая комплексные решения по изготовлению.

Благодаря коэффициенту текучести 98% и 12 вариантам внутренней обработки поверхности мы гарантируем превосходное качество и стабильность продукции. Если вам нужны сложные конструкции или высокопрочные компоненты, компания TZR готова поставлять надежные изделия.

Ключевые факторы для выбора правильного типа алюминия

Выбор правильного алюминиевого сплава очень важен для обеспечения оптимальной производительности и долговечности конечного продукта. Вот ключевые факторы, которые необходимо учитывать:

Требования к заявке

Наиболее важным фактором является предполагаемое использование конечного продукта. Если изделие будет подвергаться воздействию агрессивных сред, таких как влага или химические вещества, выбор коррозионностойкого сплава имеет решающее значение. Для областей применения, требующих высокой прочности, таких как аэрокосмическая или автомобильная промышленность, идеально подходят сплавы с повышенной прочностью на разрыв, например 6061 или 7075.

Соотношение прочности и веса

Алюминий известен своим превосходным соотношением прочности и веса, но для разных сплавов оно различно. В таких отраслях, как аэрокосмическая, где снижение веса имеет решающее значение, предпочтение отдается сплавам типа 7075 благодаря их высокому соотношению прочности и веса. Для общих применений могут потребоваться такие сплавы, как 6061, которые обеспечивают баланс между прочностью и весом, предлагая экономичные решения без ущерба для производительности.

Устойчивость к коррозии

Если применение предполагает воздействие влаги, химикатов или соленой воды, выбор сплава с хорошей коррозионной стойкостью имеет первостепенное значение. Такие сплавы, как 5052 из серии 5xxx, обладают отличной устойчивостью к соленой воде и агрессивным химическим веществам, что делает их идеальными для морской среды. Для менее требовательных наружных применений такие сплавы, как 1xxx и 3xxx, обеспечивают хорошую коррозионную стойкость при меньшей стоимости.

Обрабатываемость

Простота обработки алюминиевого сплава является важным фактором для производственных процессов. Такие сплавы, как 6061, легко поддаются обработке, что позволяет добиться точности и ускорить производство. Однако высокопрочные сплавы, такие как 7075, требуют специализированных инструментов и технологий, что потенциально увеличивает производственные затраты.

Свариваемость

Если в процессе изготовления требуется сварка, то свариваемость выбранного алюминиевого сплава имеет решающее значение. Некоторые сплавы, например серии 5xxx и 6xxx, обычно считаются более свариваемыми, чем другие, например серии 2xxx и 7xxx, для которых могут потребоваться особые процедуры сварки.

Стоимость

Стоимость различных алюминиевых сплавов может значительно отличаться. Важно соблюдать баланс между требуемыми характеристиками и бюджетными ограничениями проекта. Хотя такие сплавы, как 7075, обеспечивают высокую производительность, они стоят дороже. Если бюджет имеет значение, то такие сплавы, как 1100 или 3003, могут лучше подойти для менее требовательных применений.

Отраслевые стандарты

В зависимости от отрасли могут существовать особые правила или стандарты, которым должен соответствовать материал. Например, для аэрокосмических компонентов требуются сплавы, соответствующие строгим нормам для обеспечения безопасности и производительности.

Заключение

В мире алюминия гораздо больше нюансов, чем может показаться на первый взгляд. От сплавов-рабочих лошадок, используемых в повседневных продуктах, до высокопроизводительных материалов, которыми оснащаются самолеты, каждый сорт алюминия обладает уникальной комбинацией свойств, которая делает его пригодным для конкретных применений.

Понимание различий между кованым и литым алюминием, а также уникальных характеристик различных серий и марок сплавов необходимо для того, чтобы сделать правильный выбор. Инженеры и производители, знакомые с этими свойствами, могут принимать более обоснованные решения, гарантируя, что выбранный алюминий соответствует конкретным требованиям проекта. Эти знания ведут к повышению качества продукции и эффективности производственных процессов.