No Image

Алюминиевые сплавы их свойства и применение

СОДЕРЖАНИЕ
61 просмотров
15 ноября 2019

Алюминий — один из наиболее распространенных и легких конструкционных материалов. Плотность его 2,7 г/см 3 , температура плавления около 660 °С. Это пластичный металл се­ребристо-белого цвета, обладает высокой теплопровод­ностью и электропроводностью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается; на воздухе покрывается тон­кой оксидной пленкой, защищающей металл от дальней­шего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах.

1 Недостатками алюминия являются плохая обраба­тываемость на металлорежущих станках и низкие ли­тейные свойства.

Основными рудами для выплавки алюминия служат бокситы, алуниты, каолины и др. Наиболее богатые алюминием руды — бокситы — содержат до 50—60% оксида алюминия (глинозема А1203), а также оксиды железа, кремния, титана, кальция и других метал­лов.

Наша промышленность в зависимости от содержа­ния примесей выпускает около тридцати марок алюминия составляющие группы особой, высокой и техниче­ской чистоты. Причем чистота алюминия всех марок превышает 99%. Превышение чистоты на десятые или сотые доли процента указывается в марке после на­чальной буквы А. Так, в алюминии особой чистоты А999 содержится 0,001% примесей, высокой, чистоты А995, А99, А97, А95—от 0,005 до 0,05% примесей и техниче­ской чистоты А 85, А 8, А 7, А 6, А 5, АЕ — от 0,15% до 1,0% примесей. Буква Е в марке АЕ показывает, что данный алюминий предназначен для изготовления элек­трических проводов.1

Алюминий отливают в виде чушек массой 5,15 и 1000 кг и плоских слитков различной длины толщиной 140—400 мм и шириной 560—2025 мм.

Алюминий имеет самое разнообразное применение в промышленности. Значительная часть его расходуется на изготовление электрических проводов взамен более дорогой меди. Алюминий широко используется в быту, в пищевой промышленности, в электронике и ядерной энергетике. Из алюминия и его сплавов изготавливают корпуса самолетов, блоки, коробки передач, моторы,на­сосы, детали для искусственных спутников и космиче­ских кораблей, цистерны для перевозки и хранения хими­ческих продуктов, различные трубопроводы, рамы и двери; его применяют как антикоррозионное покрытие," а также в качестве легирующего элемента в различных сплавах и активного раскислителя при выплавке сталей.

Сплавы алюминия. Сплавы алюминия делятся на две основные груп­пы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы легируются медью, магнием, мар­ганцем, цинком, железом, кремнием и другими элемен­тами, имеют высокую пластичность, выпускаются в виде листов, полос, плит, прутков, проволоки, труб и т. д.

Эти сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые алюминиевые сплавымогут повышать свою прочность при термической обработке. Наиболее распространенным упрочняемым сплавом является дюр­алюминий — сплав алюминия с медью, кремнием и же­лезом, а иногда с марганцем и магнием.

Дюралюминиймаркируется буквой Д и цифрой, указывающей номер сплава. Химический состав дюралюминия при марки­ровке не отражается.

Промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия: Д1, Д16, Д18, Д19 и Д20, в которых со­держится меди 2,2—7,0%, кремния и железа 0,6—1,4%, марганца и магния 0,4—2,5%.

Однако дюралюминий имеет низкую коррозионную стойкость и для защиты от коррозии подвергается плакированию — нанесению на поверхность деталей и изделий тонкого защитного слоя из чистого алюминия.

Наиболее распространенны­ми неупрочняемыми сплавами алюминия являются сплавы на основе алюминия и марганца, алюминия и магния. Эти сплавы маркируются буквами АМц и АМг, за которыми следуют цифры, указывающие номер спла­ва.

Промышленность выпускает сплавы алюминия с марганцем марки АМц, содержащей от 1,0 до 1,6% марганца, и сплавы с магнием марок AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, содержащие от 0,5 до 6,8% магния.

Неупрочняемые сплавы алюминия отличаются высокой коррозионной стойкостью; повышение проч­ности этих сплавов достигается в результате пластиче­ской деформации.

Литейные сплавы алюминияобладают высокой жидкотекучестью. Применяемые литейные сплавы в зави­симости от основного легирующего элемента делятся на пять групп.

Первая группа сплавов легируется магни­ем, вторая — кремнием, третья — медью, четвертая — кремнием и медью и пятая — несколькими легирую­щими элементами одновременно.

Все литейные сплавы маркируются буквами АЛ (алюминий литейный) и но­мером, который не характеризует ни состав, ни свойст­ва сплавов: АЛ 1, АЛ2, АЛЗО.

Сплавы алюминия с высоким содержанием магния обладают высокими ме­ханическими и антикоррозионными свойствами, но худши­ми литейными свойствами по сравнению с другими груп­пами сплавов.

Сплавы с высоким содержанием кремния, называемые силуминами, содержат 10—13% кремния, характеризуются лучшими литейными свойствами, но недостаточно прочны. Для повышения прочности силу­минов снижают содержание в них кремния и увеличи­вают добавки меди, марганца и магния. Легирование силуминов цинком повышает их жидкотекучесть и кор­розионную стойкость. Литейные сплавы алюминия по­ставляются как в виде готовых отливок, так и в виде чушек.

Лекция №14.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, порядковый номер в Периодической системе Д.И. Менделеева — 13, атомный вес 26,97. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а = 4,0414 Å, атомный радиус 1,43 Å. Плотность — 2,7 г/см 3 , температура плавления 660 0 С. Имеет высокую тепло- и электропроводность. Удельное электросопротивление 0,027 мкОм×м. Предел прочности sв = 100 МПа, относительное сужение y = 40 %.

В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты А999 (99,999 % Аl), высокой чистоты: А995,А99, А97, А95 и технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5 (99,5 % Аl), АО (99,0 % Аl).

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие образования на его поверхности тонкой прочной пленки Аl2О3. Алюминий легко обрабатывается давлением, обработка резанием затруднена, сваривается всеми видами сварки.

Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от металла требуется легкость, высокая электропроводность. Из него изготовляют трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду теплообменники, провода, кабели. Алюминий имеет большую усадку затвердевания (6 %).

Как конструкционный материал значительно чаще применяются алюминиевые сплавы. Они характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Предел прочности достигает 500…700 МПа. Большинство обладают высокой коррозионной стойкостью (за исключением сплавов с медью). Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сu, Mg, Si, Mn, Zn, реже Li, Ni, Ti. Многие образуют с алюминием твердые растворы ограниченной переменной растворимости и промежуточные фазы СuAl2, Mg2Si и др. Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термической обработке. Она состоит из закалки на пересыщенный твердый раствор и естественного или искусственного старения.

Читайте также:  Как подключить реле давления насосной станции

По технологическому признаку алюминиевые сплавы подразделяются на две группы (рисунок 52): деформируемые, литейные.

  1. деформируемые: а — не упрочняемые ТО; б — упрочняемые ТО;
  2. литейные

Рисунок 52 — Диаграмма состояния сплавов алюминий — легирующий элемент

Сплавы левее точки F имеют структуру однофазного a — твердого раствора, который имеет высокую пластичность и не упрочняются термической обработкой. Упрочнить эти сплавы можно холодной пластической деформацией (наклепом). На участке FD’ сплавы имеют предельную растворимость легирующего элемента в алюминии и поэтому упрочняются термической обработкой. Сплавы правее точки D’ имеют в структуре эвтектику, которая придает сплавам высокую жидкотекучесть. Поэтому эти сплавы относятся к литейным.

Старение закаленных сплавов. После закалки алюминиевые сплавы подвергаются старению, которое приводит к дополнительному повышению прочности сплава при некотором снижении пластичности и вязкости.

В зависимости от условий проведения, различают два вида старения:

  1. естественное, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток;
  2. искусственное, при котором сплав выдерживается при повышенной температуре в течение 10…24 ч.

В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, в решетке которого атомы меди располагаются статистически равномерно. В зависимости от температуры и продолжительности, старение протекает в несколько стадий.

Так, например, в сплавах Аl — Сu при естественном или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100…150 0 С) образуются зоны Гинье-Престона 1 (ГП-1). На начальной стадии в пересыщенном a — твердом растворе образуются объемы (сегрегации), обогащенные атомами меди. Они представляют собой пластинчатые или дисковые образования диаметром 4…6 нм и толщиной несколько атомных слоев.

При более высоких температурах нагрева образуются крупные зоны ГП-2. Выдержка в течение нескольких часов приводит к образованию в зонах ГП-2 дисперсных частиц q — фазы (СuAl2). Образование зон ГП-1, ГП-2 и q- фазы приводит к повышению прочности и твердости закаленных алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термообработкой. Эти сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Пластическая деформация упрочняет сплавы почти в 2 раза.

К этой группе сплавов относятся марки АМц (1,1…1,6 % Мn), АМг2, АМг3, АМг5, АМг6 (цифра показывает содержание магния в процентах).

Они применяются для сварных элементов конструкций, испытывающих сравнительно небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Из сплавов АМц, АМг2, АМг3 изготовляют емкости для хранения нефтепродуктов, трубопроводы для масла и бензина, палубные надстройки, в строительстве — витражи, перегородки, двери, оконные рамы и др. Сплавы АМг5, АМг6 применяются для средненагруженных деталей и конструкций: рамы и кузова вагонов, перегородки зданий переборки судов, кабины лифтов.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой. Наиболее распространенными представителями группы алюминиевых сплавов, применяемыми в деформированном виде и упрочняемыми термической обработкой, являются дуралюмины (от французского dur- твердый). К ним относятся сплавы системы Al — Cu – Mg — Mn. Типичными дуралюминами являются марки Д1 и Д16. Их химический состав приведен в таблице 18.

Таблица 18 — Химический состав дуралюминов, %

Марка Cu Mn Mg Si Fe
Д1
Д16
3,8…4,8
3,8…4,5
0,4…0,8
0,3…0,9
0,4…0,8
1,2…1,8
0 С, а Д16 — до 485…503 0 С. Нагрев до более высоких температур вызывает пережог. Охлаждение производится в во де.

Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, т.к. при этом обеспечивается более высокая коррозионная стойкость. Время старения 4…5 суток. Иногда применяют искусственное старение при температуре 185…195 0 С. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей, шпангоуты, стрингера, лонжероны самолетов и т.д.

Сплавы авиаль (АВ) уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии, имеют высокий предел усталости. Упрочняющей фазой является соединение Мg2Si.

Авиаль закаливается при 515…525 0 С с охлаждением в воде, а затем подвергается естественному старению (АВТ) или искусственному при температуре 160 0 С в течение 12 часов (АВТ1). Изготовляют листы, трубы, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери.

Высокопрочные алюминиевые сплавы. Прочность этих сплавов достигает 550…700 МПа, но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов. Они, кроме Сu и Mg содержат Zn. К ним относятся сплавы В95, В96. Упрочняющими фазами являются MgZn2, Al3Mg3Zn3, Al2CuMg. С увеличением содержания цинка прочность повышается, но снижается пластичность и коррозионная стойкость.

Сплавы закаливают при 465…475 0 С с охлаждением в воде и подвергают искусственному старению при 135…145 0 С в течение 16 ч. Они более чувствительны к концентратам напряжений и имеют пониженную коррозионную стойкость под напряжением. Применяются там же, где и дуралюмины.

Ковочные алюминиевые сплавы отличаются высокой пластичностью при температурах ковки и штамповки (450…475 0 С) и удовлетворительными литейными свойствами. Закалка проводится при 515…525 0 С с охлаждением в воде, старение при 150…160 0 С в течение 4…12 ч. Упрочняющими фазами являются Mg2Si, CuAl2.

Сплав АК6 используют для деталей сложной формы и средней прочности (sв = 360 МПа) — крыльчатки, качалки, крепежные детали.

Сплав АК8 с повышенным содержанием Сu хуже обрабатываются давлением, но более прочный и применяется для изготовления подмоторных рам, лопастей винтов вертолетов и др.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы применяются для деталей, работающих до 300 0 С (поршни, головки цилиндров, обшивка самолетов, лопатки и диски осевых компрессоров, крыльчатки и т.д.). Эти сплавы дополнительно легируют Fe, Ni, Ti.

Сплав АК4-1 закаливают при 525…535 0 С, а сплав Д20 — при 535 0 С в воде и подвергают старению при 200…220 0 С. Упрочняющими фазами являются СuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al9FeNi. При частичном распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц, устойчивых к коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропрочность.

Литейные алюминиевые сплавы. Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии.

Высокие литейные свойства имеют сплавы, содержащие в структуре эвтектику. Содержание легирующих элементов в этих сплавах больше предельной растворимости их в алюминии и больше, чем в деформируемых. Чаще применяют сплавы Al — Si, Al — Cu, Al — Mg. Для измельчения зерна, а следовательно улучшения механических свойств, в сплавы вводят модифицирующие добавки (Ti, Zr, B, V, Na и др.). Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. Например: отжиг при 300 0 С в течение 5… 10 ч; закалка и естественное старение tзак = 510…520 0 С и охлаждение в горячей воде (40…100 0 С) выдержка до 20 часов.

Читайте также:  Литье стали под давлением

Сплавы Al — Si (силумины) содержат много эвтектики, поэтому обладают высокими литейными свойствами отливки, более плотные. К ним относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9.

АЛ2 содержит 10-13% Si и является эвтектическим сплавом, упрочняющей термической обработке не подвергается.

АЛ4, АЛ9 — доэвтектические и дополнительно легированы Мg. Могут упрочняться термообработкой. Упрочняющей фазой служат Mg2Si. Эти сплавы применяют для изготовления крупных нагруженных деталей: корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей.

Сплавы Al — Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) имеют более низкие литейные свойства, чем силумины. Поэтому их применяют, как правило, для отливок небольших деталей простой формы (арматура, кронштейны и т.д.). Имеют большую усадку, склонность к образованию горячих трещин и к хрупкому разрушению.

Сплавы Аl — Mg. Эти сплавы (АЛ8, АЛ27) имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Они предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере. Сплавы марок АЛ13 и АЛ22 имеют более высокие литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.

Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275…300 0 С. Структура литого сплава АЛ1 состоит из a- твердого раствора, содержащего Cu, Mg, Ni, и избыточных фаз Al2CuMg, Al6CuNi.

Более жаропрочными являются сплавы АЛ19 и АЛ33. Это достигается добавками в сплавы Mn, Ti, Ni, Zn, Ce и образованием нерастворимых интерметаллидных фаз Al6Cu3, Al2Ce, Al2Zr и др.

Для крупногабаритных деталей работающих при 300…350 0 С применяют сплав АЛ21.

Сплавы на основе алюминия

Термины и определения

Алюминиевый сплав – сплав на основе алюминия — это алюминий, который [1]:

  • содержит один или более легирующих элементов, а также некоторые примеси;
  • алюминий преобладает по массе по каждому из других химических элементов;
  • содержание алюминия не превышает 99,00 %.

Легирующий элемент — это металлический или неметаллический элемент, который контролируется в определенных верхних и нижних пределах для целей придания алюминиевому сплаву определенных специальных свойств [1].

Примесь — металлический или неметаллический элемент, который присутствует в сплаве, минимальное содержание которого не контролируется. В алюминиевых сплавах, как правило, контролируется максимальная концентрация примеси [1].

Легирование в алюминиевых сплавах

Наиболее важными легирующими элементами, которые применяют для превращения алюминия в сплавы с особыми свойствами – и деформируемые, и литейные (конечно, в разных количествах) — являются:

Влияние, например, содержания меди в алюминиевом сплаве на его механические свойства показано на рисунке 1.

Рисунок 1- Влияние легирования алюминиевого сплава медью на механические свойства [3]

Железо в алюминиевых сплавах

Деформируемые алюминиевые сплавы содержат примерно 0,1 – 0,4 % (по массе) железа (Fe). Железо обычно рассматривается как нежелательная примесь. Его содержание зависит от качества исходной руды (бокситов) и технологии электролитического восстановления. Иногда легирование железом применяют для получения особых свойств материала, например, для изготовления алюминиевой фольги.

Модифицирование сплавов

В комбинации с основными легирующими элементами часто применяют другие легирующие элементы: висмут (Bi), бор (B), хром (Cr), свинец (Pb), никель (Ni), титан (Ti) и цирконий (Zr). Эти элементы обычно применяют в небольших количествах (до 0,1 % по массе, хотя B, Pb и Cr могут составлять до 0,5 %), чтобы придать им особые свойства, модифицировать сплавы для специальных целей, таких как литейные качества, обрабатываемость, теплостойкость, коррозионная стойкость, прочность и т.п.

Классификация алюминиевых сплавов

Классификацию алюминиевых сплавов — сплавов алюминия — производят по различным критериям, в том числе:

  • по методу обработки — литейные и деформируемые
  • по механизму упрочнения — термически упрочняемые и деформационно упрочняемые
  • по основным легирующим элементам

Две категории: литейные и деформируемые

Две категории алюминиевых сплавов

Литейный алюминиевый сплав — сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства отливок.

Деформируемый алюминиевый сплав — сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства алюминиевых изделий горячей и/или холодной обработкой давлением.

Деформируемые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы сначала разливают в слитки (круглые или прямоугольные), а потом обрабатывают по различным технологиям обработки давлением — горячей и холодной — до придания им нужной формы:

  • прокаткой – для получения листов и фольги;
  • прессованием – для получения профилей, труб и прутков;
  • формовкой – для получения более сложных форм из катанных или прессованных полуфабрикатов;
  • ковкой для получения сложных форм с повышенными механическими свойствами,
    а также:
  • волочением, штамповкой, высадкой, вытяжкой, раскаткой, раздачей, гибкой и т. п.

Популярные деформируемые алюминиевые сплавы серии 6ххх, которые применяют для производства прессованных алюминиевых профилей, представлены ниже на рисунке 7.

Рисунок 7 — Основные алюминиевые сплавы серии 6ххх

Литейные сплавы

Литейные алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии разливают непосредственно в их конечную форму одним из различных методов, таких как, литье в песчаные формы, литье в кокили или литье под давлением. При литье применяют сложные литейные формы. Эти сплавы часто имеют высокое содержание кремния для улучшения их литейных свойств.

У этих двух категорий алюминиевых сплавов классификация по легирующим сплавам различная: в целом в них добавляются одни и те же легирующие элементы, но в разных количествах.

Прочность и другие механические свойства алюминиевых сплавов, как деформированных, так и литейных, определяются в основном их химическим составом, т. е. содержанием в алюминии легирующих элементов, а также вредных примесей. Однако возможно изменение этих свойств для достижения их оптимального сочетания путем дополнительной обработки сплавов – термической или деформационной, или и той, и другой. В результате этого сплав изменяет свои первоначальные механические свойства и получает свое окончательное состояние, в котором и поставляется заказчику. Упрочняющую термическую обработку применяют как к литейным, так и к деформированным сплавам, Они в этом случае называются сплавами, упрочняемыми термической обработкой.

Читайте также:  Пескоструйный аппарат inforce s 4020b

Два механизма упрочнения

Два класса алюминиевых сплавов:

  • термически упрочняемые
  • деформационно упрочняемые (нагартовываемые)

Термически упрочняемые сплавы

Термически упрочняемый сплав — сплав, который может быть упрочнен соответствующей термической обработкой (рисунки 2, 3 и 4).

Рисунок 2 — Закалка и упрочнение старением алюминиевых сплавов [2]

Рисунок 3 — Типичное термическое упрочнение старением [4]

Серии и системы легирования

  • Все алюминиевые сплавы — и деформируемые , и литейные — подразделяются на серии по главным легирующим элементам.
  • Каждая серия алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных, включают одну, две или три различных системы легирования.
  • Система легирования может включать только главный легирующий элемент (выделены ниже жирным шрифтом) или еще дополнительно один или более легирующих элементов.

Серии деформируемых сплавов

  • 2ххх – Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Cu-Li
  • 3xxx – Al-Mn
  • 4xxx – Al-Si
  • 5xxx – Al-Mg
  • 6xxx – Al-Mg-Si
  • 7xxx – Al-Zn, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu
  • 8xxx – Al-Fe, Al-Fe-Ni, Al-Li-Cu-Mg

Серии литейных сплавов

  • 2xx – Al-Cu, Al-Cu-Ni-Mg, Al-Cu-Si,
  • 3xx – Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Mg
  • 4xx – Al-Si
  • 5xx – Al-Mg
  • 7xx – Al-Zn
  • 8xx – Al-Sn

Алюминиевые сплавы в конструкциях

Рейтинг прочности алюминиевых сплавов

Нелегированный алюминий имеет предел прочности на растяжение около 90 МПа. Однако, небольшими добавками легирующих элементов, таких , как медь, магний, марганец, к ремний, цинк, не большого количества некоторых других элементов получают алюминиевые сплавы.

Алюминиевые сплавы создают для того, чтобы получить алюминий со специальными свойствами, например, с более высокими механическими свойствами (рисунок 8).

Рисунок 8 — Рейтинг прочности деформируемых алюминиевых сплавов [2]

Выбор сплава

При выборе алюминиевого сплава в качестве конструкционного материала, главным фактором является обеспечение прочности изготавливаемого из него конструкционного элемента. Однако конструкционную прочность различных типов элементов обеспечивают различные свойства одного и того же конструкционного материала.

Например, прочность «толстой» колонны будет зависеть в основном от предела текучести металла, тогда как прочность «тонкой» колонны будет зависеть главным образом от модуля упругости материала. Поскольку предел текучести алюминиевых сплавов нередко сравним с пределами текучести рядовых конструкционных сталей, то алюминий мог бы вполне потягаться с ними для «толстых» колонн. С другой стороны, поскольку модуль упругости алюминия и его сплавов составляет всего лишь где-то треть от модуля упругости сталей, то алюминий вряд ли может соперничать со сталями в «тонких» колоннах.

Прочность, однако, не является единственной рабочей характеристикой конструкции или изделия. Такие дополнительные факторы, как коррозионная стойкость, легкость обработки (прессуемость или свариваемость), жесткость (модуль упругости), пластическое разрушение (относительное удлинение), вес (плотность), усталостная прочность, а также стоимость, должны в той или иной мере учитываться при выборе нужного конструкционного материала.

Экономика алюминиевой конструкции

Часто стоимость материала является критическим фактором. Однако сравнение алюминиевых сплавов и сталей на основе стоимости единицы массы или объема может ввести в заблуждение, так как они имеют различные прочности, плотности и другие свойства.

Если бы стоимость материала была единственным фактором и углеродистые стали могли применяться без защитного антикоррозионного покрытия, то всегда и везде применялись бы только они. Однако, при выборе материала в рассмотрение принимаются и другие факторы, такие как стоимость эксплуатации и технического обслуживания в течение всего срока службы конструкции. Кроме того, в некоторых специфических условиях «правило» о том, что алюминиевый элемент в два раза легче стального не всегда справедливо. Например, алюминиевый компонент может весить и значительно меньше, если толщину стального элемента нужно увеличивать с учетом ее возможного уменьшения от воздействия слишком агрессивной коррозии в течение всего срока службы.

Если требуются профили со сложными поперечными сечениями, как, например, в ограждающих фасадных конструкциях, то в таких случаях, стоимость стального элемента намного больше, чем стоимость его материала. Дело в том, что для изготовления этого элемента из стальной заготовки ее надо механически обрабатывать, подвергать холодной штамповке или гибке, а, может быть, и применять сварку. В то же время стоимость изготовления алюминиевого профиля составляет только малую долю стоимости «сырого» алюминия.

Из-за высокой стоимости нержавеющих сталей они применяются только, если вес элемента или конструкции не имеет значения, а важны внешний вид и свариваемость. Обычно, когда нержавеющая сталь применяется вместо алюминия, то причина часто только одна – ограничения алюминиевых сплавов по сварке.

Алюминиевые сплавы по Еврокоду 9

Алюминиевые сплавы предлагают инженерам-конструкторам широкий выбор материалов. Каждый сплав имеет свои особенные характеристики, которые служат для обеспечения заданных свойств. Когда коррозионная стойкость, высокое отношение прочности к весу и легкость изготовления являются существенными конструкционными параметрами, тогда алюминиевые сплавы заслуживают серьезного рассмотрения.

В таблицах 1 и 2 представлены деформируемые алюминиевые сплавы, которые Еврокод 9 рекомендует и разрешает для применения в зданиях и сооружениях (см. подробнее здесь).

Таблица 1 — Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы по Еврокоду 9

Таблица 2 — Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы по Еврокоду 9

1. Guidance GAG Guidance Document 001 Terms and Definitions Edition 2009-01 March 2009
2. The welding of aluminium and its alloys / Gene Mathers — Woodhead Publishing Ltd, 2002
3. Aluminum and Aluminium Alloys / ed. Davis — ASM International, 1996
4. Aluminum and Aluminum Alloys — Subject Guide — ASM International, 2015

Комментировать
61 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
Adblock detector