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.
