Алюминий и алюминиевые сплавы
Алюминий и его сплавы рассматривают по химическому составу, способу получения заготовки и состоянию материала. Деформируемый сплав предназначен для продукции, получаемой прокаткой, прессованием или ковкой; литейный выбирают с учётом заполнения формы, затвердевания и дефектов отливки. Обозначение семейства не является гарантией свойств конкретного прутка, листа или корпуса. Требуются стандарт продукции, размеры и состояние поставки.
Основные группы
| Группа деформируемых сплавов | Общий принцип | Что уточнить |
|---|---|---|
| 1xxx | Технически чистый алюминий | Чистоту и степень деформационного упрочнения |
| 3xxx и 5xxx | Обычно не упрочняются закалкой и старением | Наклёп, отжиг и условия применения |
| 2xxx, 6xxx, 7xxx | Многие марки способны к дисперсионному упрочнению | Конкретный сплав и состояние термообработки |
| Литейные сплавы | Отдельная система обозначений и условия получения | Способ литья, пористость и термообработку |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Четырёхзначную систему деформируемых сплавов нельзя механически переносить на литейные обозначения. Состояние поставки необходимо указывать вместе с маркой: буквы O, H и T описывают разные пути формирования структуры. Термообработка способна изменить прочность, но не превращает любой сплав в термически упрочняемый. Подробную последовательность закалки и старения следует рассматривать отдельно для конкретной марки, а не выводить только из номера серии.
Масса при одинаковом объёме
Пусть два условных материала имеют плотности ρ_Al = 2700 кг/м³ и ρ_St = 7850 кг/м³. Для объёма V = 0,001 м³ получаем m_Al = 2,70 кг и m_St = 7,85 кг. Отношение масс равно 0,34395; снижение составляет 65,61%. Это сравнение одинаковой геометрии, а не равноценных по прочности или жёсткости изделий. Значения плотности приняты для вычислительного примера и не заменяют паспорт конкретного сплава.
Масса при равной изгибной жёсткости
Для прямоугольной балки I = b h³/12. При одинаковых длине, ширине, закреплении и нагрузке упругий прогиб определяется изгибной жёсткостью EI. Примем условные модули E_Al = 70 ГПа и E_St = 210 ГПа. Чтобы EI совпадало, алюминиевая балка должна иметь h_Al/h_St = (210/70)^(1/3) = 1,44225. Если стальная высота равна 20 мм, новая высота составляет 28,845 мм.
При неизменных ширине и длине масса пропорциональна плотности и высоте. Поэтому отношение масс при равном EI равно (2700/7850)×1,44225 = 0,49606: снижение уже около 50,39%, а не 65,61%. Для стали массой 7,85 кг соответствующая условная алюминиевая балка имеет массу 3,894 кг. Здесь сравнивается только упругий изгиб; предел текучести, устойчивость стенок и прочность соединений ещё не проверены.
Границы замены материала
Увеличение высоты может быть невозможно из-за габарита. В тонкостенных деталях важно местное выпучивание, в соединениях — смятие и ослабление отверстиями. Контакт с другим металлом требует оценки коррозионной пары и среды. Сварка и нагрев могут изменить локальные свойства; характеристику исходного листа нельзя без проверки переносить на всё сварное изделие.
Рациональное сравнение начинается с одинаковой функции, ограничений по размерам и требуемой долговечности. В расчётной таблице отдельно записывают массу, прогиб и проверку прочности. Высокая прочность конкретного состояния алюминиевого сплава не означает пропорционально высокий модуль упругости. Для конечной спецификации необходимо подтвердить свойства выбранного полуфабриката и технологические изменения после изготовления.
Источники и границы подтверждения
- The Aluminum Association — Standards: серии деформируемых сплавов и способы упрочнения.
- ASM International — Aluminum and aluminum alloys: разделение деформируемых термически упрочняемых, неупрочняемых и литейных сплавов.
- ISO 2107:2023 — Temper designations: система состояний деформируемой алюминиевой продукции.