Алюминиевая плита

Алюминиевая плита

Больше, чем просто лист

Плита - символ надежности и основательности. Недаром слово «плита» часто используют геологи, оперируя без всякого преувеличения планетарными масштабами.

Согласно Толковому словарю Даля плита - это «плющеная или плоская по себе вещь, толстый лист… из камня, металла, а реже из дерева». Некоторые словари уточняют — не только плоская, но и прямоугольная.

Технические нормативы определяют алюминиевую плиту как плоский полуфабрикат прямоугольного сечения, изготовленный прокаткой или литьем из алюминия и его сплавов. Они же отвечают на вопрос, а где, если говорить о толщине материала, заканчиваются листы и начинаются плиты? В производстве алюминия - с толщины 11 мм включительно.

Из чего делают алюминиевые плиты

В соответствии с «ГОСТ 17232-99 Плиты из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» для производства алюминиевых плит используют первичный алюминий марок А7, А6, А5, А0 и алюминий технический марок АД00, АД0, АД, АД1. Они различаются содержанием алюминия: в А0 и АД его минимум 99%, в А5 и АД0 - 99,5%, а в А7 и АД00 - не менее 99,7%.

Кроме того, применяют сплавы алюминия с:

• марганцем (Al-Mn);
• магнием (Al-Mg);
• магнием и кремнием (Аl-Мg-Si);
• медью и магнием (Al-Cu-Mg);
• медью и марганцем (Al-Сu-Mn);
• медью, магнием, железом и никелем (Al-Сu-Mg-Fe-Ni);
• цинком и магнием (Al-Zn-Mg);
• цинком, магнием и медью (Al-Zn-Mg-Сu).

«ОСТ 1 92063-78 Плиты из алюминиевых сплавов для судостроения. Технические условия» дополняет список перечисленных выше материалов сплавами марок 1561 (АМг61), 1980 (В48-4), К48-1 и К48-2.

Помимо этих нормативно-технических документов производство алюминиевых плит регламентируют (регламентировали): «ОСТ 1 90089-73. Плиты из алюминиевого сплава марки В93пч», «ОСТ 1 90117-83. Плиты авиационные из алюминиевого сплава марки АК4-1ч», «ОСТ 1 90124-74. Плиты авиационные из алюминиевых сплавов», «ОСТ 1 90217-76. Плиты из алюминиевого сплава марки АЛБА-1», «ОСТ 1 90272-78. Плиты из алюминиевого сплава. Марка 1201».

Поскольку в алюминиевых плитах металла много (все-таки это не тонкая фольга!), статья о них – хороший повод подробнее остановиться на свойствах алюминиевых сплавов. По крайней мере, тех, которые используют при изготовлении плит.

алюминий-марганец (Al-Мn)

Это сплав системы Al-Мn. В сплаве марки АМцС марганца примерно столько же, зато несколько меньше железа, меди, кремния и магния.

Сплавы алюминия с марганцем отличаются пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Используются в отожженном, нагартованном и полунагартованном состояниях.

В отожженном состоянии их коррозионная стойкость почти такая же, как у чистого алюминия. Но все-таки несколько ниже из-за присутствия марганца (своеобразная дань этой добавке за ее вклад в увеличение прочности).

Сплавы АМц и АМцС широко применяются в автомобильной промышленности и строительных технологиях. Так, благодаря высокой теплопроводности они используются в производстве различных радиаторов.

алюминий-магний (Al-Mg)

Появление хорошо свариваемых, способных долго работать при температурах до 100 °C сплавов алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6) во многом было продиктовано потребностями набиравших в 1950-х годах XX столетия стремительный ход аэрокосмических технологий. Высокая коррозионная устойчивость, в т. ч. к морской воде, сделала их востребованными судостроительной отраслью.

По сравнению с другими термически неупрочняемыми сплавами, они обладают относительно высокой прочностью. Из них изготавливают почти все виды полуфабрикатов: листы, поковки, штамповки, прессованные изделия, проволоку и плиты.

Коррозионностойкий, легкодеформируемый, обладающий высокими механическими качествами сплав 1561 (АМг61) - один из наиболее популярных материалов в судостроении.

алюминий-магний-кремний (Al-Мg-Si)

Дополнение «союза» алюминия и магния кремнием позволяет получить обладающие высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью с помо¬щью точечной, шовной и аргонодуговой сварки сплавы системы Al-Мg-Si. Из наиболее прочного представителя этой группы (сплава АВ) изготавливают в т. ч. плиты.

Сплав АВ можно подвергать термообработке - закаливанию, естественному или искусственному старению. В закаленном и состаренном состоянии он удовлетворительно обрабатывается резанием.

алюминий-медь-магний (Al-Cu-Mg)

Широкое распространение получили сплавы системы Al-Cu-Mg. Они превосходят сплавы Al-Mg по прочности и температурному пределу эксплуатации, но уступают по свариваемости и коррозионной стойкости. При средней прочности имеют высокую вязкость разрушения и малую скорость развития усталостных трещин. Эти качества очень важны для фюзеляжа и крыльев самолета, испытывающих целый букет нагрузок: динамических и акустических от работы двигателей; при полетах в неспокойном воздухе; при каждом взлете, когда внешнее атмосферное давление понижается, и посадке, когда оно повышается.

Листы и плиты из сплавов типа дуралюмин пока вне конкуренции при изготовлении обшивки фюзеляжей и нижней поверхности крыльев пассажирских и транспортных самолетов.

Плиты изготавливают из сплавов марок Д1, Д16, Д19. Термоупрочняющая обработка (закалка в воде и старение) позволяет значительно улучшить их механические свойства. В закаленном и состаренном состояниях они удовлетворительно обрабатываются резанием.

Не самый сильный аргумент этих сплавов - невысокая коррозионная стойкость. Эффективный способ повысить ее - плакирование — нанесение на поверхность защитного слоя из чистого алюминия. Неплакированные детали защищают с помощью анодно-окисных, химических и лакокрасочных покрытий.

Жаропрочный свариваемый сплав ВАД1 был разработан в самом начале 1960-х годов XX столетия. Отличается статической прочностью и вязкостью разрушения. Применяется в авиационной промышленности и специальных отраслях машиностроения. Может использоваться для изготовления сварных конструкций, работающих при низких и повышенных температурах. Упрочняется термообработкой (закалка и естественное старение).

алюминий-медь-марганец (Al-Сu-Mn)

Используемый для изготовления плит сплав Д20 по сравнению с «классическими» дуралюминами имеет более высокую концентрацию меди и очень низкую магния. Обладает вы¬сокой пластичностью и жаро¬прочными свойствами (длительная прочность при 300 °C за 100 часов в два раза выше, чем у жаропрочного сплава АК4-1), технологичен (хорошо сваривается всеми видами сварки, в т. ч. аргонно-дуговой).

алюминий-медь-магний-железо-никель (Al-Сu-Mg-Fe-Ni)

Начало разработке жаропрочных деформируемых алюминиевых сплавов положили потребности производителей двигателей, в т. ч. совершивших настоящую революцию в авиации - реактивных. Результатом этой работы стало появление жаропрочных сплавов типа АК4-1 системы Al-Сu-Mg-Fe-Ni. Затем в процессе работ по созданию первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144 на его основе был создан использованный в конструкции этого лайнера сплав АК4-2ч.

Сплав АК4-1 по химическому и фазовому составам близок к дуралюминам, но в качестве легирующих элементов содержит еще железо и никель. Он отличается высокой износостойкостью, хорошо деформируется, обрабатывается резанием в горячем состоянии, обладает удовлетворительными свариваемостью и коррозионной стойкостью. Для лучшей защиты от коррозии сделанные из него детали можно анодировать, оксидировать, покрывать лакокрасочными материалами.

Термообработка горячекатаных плит из сплава АК-4 осуществляется по следующей технологии: закалка при температуре 525-535 OС и старение на протяжении 7-9 часов при температуре 190-200 OС.

алюминий-цинк-магний (Al-Zn-Mg)

Сплав 1915 используется для изготовления деталей в различных отраслях машиностроения, в т. ч. в авиастроении, а также в строительстве. В частности, для различных профилей постоянного сечения, применяемых в ограждающих строительных конструкциях.

Сплав 1980 (В48-4) обладает высокой прочностью (предел текучести не менее 300 МПа), высокой коррозионной стойкостью в морской воде и удовлетворительной свариваемостью.

Используется в судостроении, авиастроении и других отраслях машиностроения.

Специальные низкотемпературные режимы термической обработки позволяют повысить прочность и коррозионную стойкость сварных соединений из этого сплава.

Перспективным является его применение для обшивки и набора судовых корпусов глубоководных аппаратов поискового, спасательного и исследовательского назначения.

алюминий-цинк-магний-медь (Al-Zn-Mg-Сu)

Алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg-Сu наряду с дуралюминами являются основными конструкционными материалами в авиастроении и других отраслях, при изготовлении конструкций, от которых одновременно требуются высокая прочность и небольшой удельный вес материала.

Их применяют для изготовления высоконагруженных конструкций, работающих в основном в условиях напряжений сжатия. Достоинство таких сплавов - высокая прочность.

В95 - самый распространенный сплав этой группы, появился в 40-х гг. XX столетия. Использовался при производстве первого реактивного пассажирского самолета ТУ-104. Выгодно отличается от сплава Д16 механическими свойствами: временное сопротивление разрыву у него выше на 20%, а предел текучести - на 40%.

Технологический цикл производства плит из термически упрочняемых сплавов Al-Zn-Mg-Сu включает упрочняющую термическую обработку - закалку и старение, а также отделку.

Сплавы К48-1 и К48-2 применяются для изготовления прессованных профилей, неплакированных плит; клепаных конструкций морских судов на подводных крыльях и воздушной подушке, катеров, яхт.

Применение алюминиевых плит

Свойства алюминиевых плит определяются качествами используемых при их изготовлении марок алюминия и его сплавов, способами термообработки и отделки поверхности, технологией производства. Обобщая и с поправкой на конкретные марки, можно утверждать, что алюминиевые плиты обладают очень хорошими, просто хорошими или, по меньшей мере, удовлетворительными свариваемостью, пластичностью, стойкостью к коррозии, прочностью.

Прочность алюминиевых плит в совокупности с пластичностью позволяет изготовленным из них изделиям выдерживать значительные нагрузки без остаточных деформаций.

Плиты из алюминиевых сплавов нечувствительны к воздействию воды, кислорода, кислот и других химически активных, как правило, откровенно «недружественных» к металлам веществ. Благодаря этому они сами и изделия из них могут использоваться в агрессивных средах или в условиях высокой влажности.

Сегодня алюминиевые плиты (непосредственно или в качестве полуфабрикатов) широко применяются во многих отраслях, включая определяющие развитие научно-технического прогресса авиастроение, судостроение, атомную энергетику, производство топливного и гидравлического оборудования и др. А также в отраслях, во многом определяющих уровень и качество жизни людей, - строительстве и производстве товаров народного потребления.

Размеры алюминиевых плит: главное – толщина

«Главный» геометрический параметр алюминиевой плиты - толщина. В соответствии с ГОСТ 17232-99 толщина плит составляет от 11 до 200 мм. (В соответствии с ОСТ 1 92063-78 - от 11 до 150 мм).

В зависимости от толщины и материала (марки металла) ширина плиты составляет 1200, 1500, 1800, 2000 мм. Предельное отклонение по ширине должно быть не более +100 мм.

Ряд значений ширины плит, установленный в ОСТ 1 92063-78, почти такой же: 1000, 1200, 1400, 1500 (1600), 1800 (2000) мм.

Длина алюминиевых плит составляет от 2 до 8 метров. Для плит толщиной свыше 60 мм (а для плит из АК4-1, АК4-1Б - свыше 40 мм) длину не нормируют.

В ГОСТ 17232-99 установлено, что плиты толщиной до 60 мм изготовляют мерной длины или кратной ей с интервалами 500 мм.

Предельные отклонения по длине обрезанных плит в зависимости от толщины должны быть:

• для плит толщиной от 11 до 35 мм - 30 мм в сторону увеличения;
• для плит толщиной свыше 35 до 60 мм - 50 мм в сторону увеличения.

Вес плиты алюминиевой можно вычислить, воспользовавшись Приложениями 1 и 2 к ГОСТ 17232-99 (одно обязательное, другое справочное). В силу геометрических размеров цифры весьма «приличные». Например, плита алюминиевая Д16т толщиной 200 мм, длиной 1 м и шириной 2 м весит более тонны.

Стандартная классификация

Стандартная – поскольку, во-первых, прописана в стандартах, а во-вторых, имеет ту же логику, что и классификации других алюминиевых полуфабрикатов.

Алюминиевые плиты подразделяют по способу изготовления - на неплакированные и плакированные. В свою очередь, плакированные - на плиты с технологической плакировкой (обозначается буквой «Б») и с нормальной (А). Неплакированные плиты специально не обозначаются.

Как известно, плакировка - это покрытие тонким слоем алюминия или сплавами на его основе алюминиевых листов или плит, главным образом, для дополнительной антикоррозийной защиты, а также для улучшения декоративного вида. Производится в процессе горячей прокатки.

Химический состав плакирующего сплава для алюминиевых плит приведен в ГОСТ 17232-99. Для подавляющего большинства марок алюминия и его сплавов доля алюминия в плакирующем слое составляет не менее 99,3%. И только для В95 она меньше 99%. Помимо алюминия плакирующие составы АДпл и АЦпл содержат кремний, железо, марганец, цинк и др. Толщина плакирующего слоя на каждой стороне плиты должна составлять: для технологической плакировки - не более 1,5%, а для нормальной - не более 2-4% от номинальной толщины плиты.

В соответствии с ОСТ 1 92063-78 для плакировки плит применяется алюминий марки не ниже АД1 с содержанием меди до 0,02%.

По точности изготовления по толщине алюминиевые плиты делятся на плиты: нормальной точности (без дополнительного обозначения) и повышенной точности (П). Отличие между ними заключается в величине значений предельного отклонения.

Структура условного обозначения алюминиевой плиты выглядит следующим образом. Сначала название – «Плита», а затем: марка, способ изготовления (плакировка), толщина плиты, точность по толщине, ширина плиты, длина плиты, обозначение стандарта.

Например, Плита Д16. А 12х1200х3000 ГОСТ 17232-99: плита из алюминиевого сплава марки Д16 с нормальной плакировкой, толщиной 12 мм, шириной 1200 мм, длиной 3000 мм, нормальной точности изготовления по толщине. Или Плита Д16. Б 40Пх1200х3000 ГОСТ 17232-99: плита из алюминиевого сплава марки Д16 с технологической плакировкой, толщиной 40 мм, шириной 1200 мм, длиной 3000 мм, повышенной точности изготовления по толщине.

Как и в случае других видов алюминиевого проката, при покупке алюминиевой плиты важно не только принимать во внимание имя и репутацию (а, самое главное, качество продукции) производителя, но и правильно выбрать поставщика. Хотя бы потому, что резка алюминиевых плит - непростая задача, и самостоятельно справиться с ней достаточно сложно. Качественный и экономичный с минимумом отходов распил алюминиевых плит под необходимые нестандартные размеры возможен только на соответствующем оборудовании, обслуживаемом квалифицированным персоналом.

Алюминиевая плита – это не просто толстый лист. Несколько миллиметров, отличающих ее от полуфабриката, называемого в нормативно-технических документах листом, не только дают ей другое имя, но и определяют новое качество.