Предел прочности алюминиевых сплавов

Основные характеристики механических свойств сплавов цветных металлов

• E — модуль упругости — коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и относительным удлинением;
• G — модуль сдвига (модуль касательной упругусти) — коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и относительным сдвигом;
• μ — коэффициент Пуассона — абсолютное значение отношения поперечной деформации к продолной в упругой области;
• σ_т — предел текучести (условный) — напряжение при котором остаточная деформация после снятия нагрузки составляет 0,2%;
• σ_в — временное сопротивление (предел прочности) — прочность на разрыв;
• δ — относительное удлинение — отношение абсолютного остаточного удлинения образца после разрыва к начальной расчётной длине;
• твёрдость (HB, HRC, HV).

Механический свойства алюминиевых сплавов

Для обозначения состояний деформируемых сплавов приняты следующие обозначения: М — мягкий, отожжённый; П — полунагартованный; Н — нагартованный; Т — закалённый и естественно состаренный; Т1 — закалённый и искусственно состаренный на высокую прочность; Т2 — закалённый и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему по сравнению с режимом Т1 более высокие значения вязкости разрешения и сопротивления коррозии под напряжением; Т3 — аналогично Т2 с улучшенными свойствами. Буква "ч" в обозначении марки сплава указывает на повышенную чистоту сплава (по содержанию примесей).

Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов

E = 70. 72 ГПа, G = 27. 28 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31. 0,33.

Система легирования	Сплав, состояние	Полуфабрикат	Предел прочности σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Твёрдость HB, МПа
Al — Mg	АМг5М	Пруток, штамповка	300	160	HB 650
Al — Mg	АМг6М	Поковка	300	150	—
Al — Mg	АМг6Н	Лист	400	300	—

Механические свойства титановых сплавов

E = 110. 120 ГПа, G = 42. 45 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31. 0,34.

Система легирования	Сплав	Полуфабрикат	Предел прочности σв, МПа	Предел текучести σт, МПа
ВТ1-1	99,04% Ti	Сплав малой прочности после отжига.	450-600	380-500
Ti — Al	ВТ5	Среднепрочный сплав после отжига.	750-950	650-700
Ti — Al — V	ВТ6	Высокопрочный сплав после закалки и старения.	1150	1050

Механический свойства медных сплавов

Медные сплавы разделяются на две основные группы: латуни и бронзы. Латуни — сплавы, легированные цинком. Различают простые и специальные латуни.

Простые латуни (двойные сплавы) маркируют буквой Л, за которой следует содержание меди в процентах. В обозначении специальных латуней после буквы Л следуют заглавные буквы легирующих элементов и содержание меди в процентах, затем через тире — процентное содержание каждого легирующего элемента. Бронзы — сплавы, легированные различными элементами за исключением цинка. Маркируют бронзы буквой Бр, в остальном повторяется система маркировки латуней. Сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель, именуются медно-никелевыми и имеют специальные названия. Деформируемые медные сплавы поставляются в мягком (отожженном и закаленном), полутвердом (обжатие 10-30%), твердом (обжатие 30-50%) и особо твердом (обжатие более 60%) состояниях. Сплавы на основе олова или свинца — баббиты, маркируются буквой Б, за которой следует цифра, обозначающая содержание олова в сплаве.

Алюминиевый переплет окон в нашей стране появился только в 70 – х годах 20 столетия при строительстве института автоматики и телемеханики в Москве.

Алюминий (Al) – металл серебристо – белого цвета. Относится к группе легких цветных элементов. Если сравнивать со сталью, алюминий является мягким пластичным материалом.

Плотность его составляет p = 2700 кг/м3, модуль упругости Е = 71 000 Н/мм2, что почти в три раза меньше плотности и модуля упругости стали. Алюминий очень пластичен, удлинение при разрыве составляет 40 – 50%., но прочность его весьма низка. Предел прочности Gв чистого алюминия составляет 60 — 70 МПа.

Коэффициент теплопроводности составляет λ = 220 Вт/м град С, что почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности стали.

Вследствие низкой прочности технически чистый алюминий используется в строительных конструкциях редко. Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки – магний, марганец, медь, кремний, цинк и др. Легирование повышает прочность алюминия, но снижает его пластичность и коррозионную стойкость.

Алюминий AlMg 0.7Si 6063 Т6 (для профиля системы АлюТех) согласно ГОСТ 22233 – 2001. Модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава 6063 Т6, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Временное сопротивление при растяжении 215 МПа, предел текучести при растяжении 170 МПа.

Алюминий, профили прессованные из алюминиевого сплава (АГРИСОВГАЗ) – АД31 Т1 (6063 Т6) согласно ГОСТ 4784-97, ГОСТ 22233-2001. Модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Временное сопротивление при растяжении 196 МПа, предел текучести при растяжении 147 МПа.

Алюминий, профили прессованные из алюминиевого сплава (ШУКО) AlMgSi 6060 Т6 согласно ГОСТ 22233 – 2001. Модуль Юнга 69000 Н/мм2, удельная плотность алюминиевого сплава 6063 Т6, р=2710 кг/м3. Коэффициент Пуассона 0,33. Возможны другие сплавы в зависимости от поставщика. Временное сопротивление при растяжении 170 МПа, предел текучести при растяжении 140 МПа.

Вырезка из статьи журнала «СтройПРОФИЛЬ» №3(81)2010, стр. 25, прогноз прочностных характеристик сплава АД31 Т1 (6063 Т6) показывает, что через 50 лет эксплуатации минимальная остаточная прочность подконструкций навесных фасадов составит 204 – 217 МПа, через 100 лет – 180 – 190 МПа.

Все сплавы на основе алюминия подразделяются на два класса – деформируемые, т.е. обрабатываемые давлением (прокаткой, прессованием, штамповкой, гибкой) и литейные. В строительстве используют деформированные сплавы, из которых изготавливают листы, ленты, профили, трубы и другие полуфабрикаты.

Классификация деформируемых алюминиевых сплавов

Металловедение – наука,. Изучающая строение и свойства металлов и устанавливающая связь между их составом, строением и свойствами.В данном реферате приведены общие и теоретические сведения по деформируемым алюминиевым сплавам и дополнены конкретными данными справочного характера о составе и свойствах.Все алюминиевые сплавы делятся на две группы, применяемые в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом ) и на применяемые в литом виде. Границу между этими двумя группами сплавов определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре.

Классификация деформируемых алюминиевых сплавов По физико-химическим и технологическим свойствам все деформируемые алюминиевые сплавы можно разделить на следующие группы:

1) малолегированные и термически не упрочненные сплавы;

2) Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn (АВ, АК6, АК8);

3) Сплавы типа дуралюмин (Д1, Д6, Д16 и др);

4) Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe (АК2, АК4, АК4-1);

5) Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнатной температуре.

Малолегированные и термически не упрочненные сплавы

Наиболее типичными сплавами, отнесенными к этой группе, являются сплавы группы магналий и АМц.Эти сплавы отличаются наиболее высокой коррозионной стойкостью и пластичностью.Упрочнение этих сплавов достигается нагартовкой. Они нашли наиболее широкое применение в виде листового материала, используемого для изготовления сложных по конфигурации изделий, получаемых путем горячей штамповки, глубокой вытяжке и прокатки.Из этих же сплавов путем прессования изготовляются трубы. Листовые материалы типа магналия обычно подвергаются точечной электросварке, тогда как для марганцовистых материалов можно применять любой вид сварки.Эти сплавы характеризуются сравнительно невысокой прочностью ( не намного превосходящей прочность алюминия.Марганец, в отличие от остальных элементов не только не ухудшает коррозионной стойкости алюминиевого сплава, но даже несколько повышает ее. Магний является полезным легирующим элементом. Не считая повышения коррозионного сопротивления, магний уменьшает удельный вес алюминиевого сплава ( так как он легче алюминия), повышает прочность, не снижая пластичности. Поэтому алюминиевые сплавы получили рспространение ка более прочные и легкие, чем чистый алюминий. Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn Приведенные ниже таблицы показывают , что группа сплавов АВ, АК6, АК8 по химическому составу значительно отличается как от сплавов типа дуралюмин, , так и сплавов типа АК2 иАК4.Сплавы АВ относятся к малолегированным сплавам , но применяются в термообработанном состоянии. Основным упрочнителем их является фаза Mg₂Si, а также фаза CuAl₂.Добавка марганца и хрома способствует измельчению структуры и некоторому повышению температуры рекристаллизации.По прочности сплавы АВ несколько уступают сплавам типа дуралюмин и сплавам АК6, АК8 , а по пластичности превосходят последние.Сплавы типа авиаль нашли наиболее широкое применение для изготовления различных весьма сложных по форме полуфабрикатов, получаемых путем горячей штамповки, ковки, глубокой вытяжки и прокатки.

Сплавы типа дуралюмин

Наиболее типичным представителем сплавов типа дуралюмин является сплав Д1.К этой же группе относятся сплавы Д6, Д16 и др. Следует отметить, что сплавы Д6 и Д16 обладают более высокой прочностью , чем сплав Д1. Большинство сплавов типа дуралюмин применяется в закаленном и естественно состаренном состоянии. Все эти сплавы имеют наибольшее распространение для изготовления труб, прутков, профилей и листов.По своей природе сплавы ДЗП и Д18П также относятся к числу сплавов типа дуралюмин , но они менее легированы и отличаются весьма высокой пластичностью. Поэтому сплавы Д3П и Д18П нашли широкое применение в основном, для изготовления заклепок. Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe К этой группе относятся прежде всего сплавы АК3, АК4, АК4-1, которые по фазовому составу, следовательно и по свойствам, резко отличаются от сплавов типа дуралюмина.Эти сплавы нашли наиболее широкое применение для ковки штамповки поршней, картеров и др. деталей, работающих при повышенных температурах.Из сплавов АК4, АК4-1 изготавливают детали колес компрессоров, воздухозаборников, крыльчатки мощных вентиляторов, лопасти и другие детали, работающие при повышенных температурах. Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнатной температуре. Из всех деформируемых сплавов наибольшую плотность имеют сплавы В95, хотя этим сплавам присущи следующие недостатки:

1. Пониженная пластичность;

2. Повышенная чувствительность к коррозии под напряжением;

3. Большая чувствительность к повторным нагрузкам и действию острых надрезов, чем у сплава типа дуралюмин;

4. Склонность к резкому снижению прочностных характеристик с повышением температуры выше 140 0 С.Сплав В95 применяется в виде прессованных профилей, прутков, различных штамповок.

Все эти полуфабрикаты поставляются как в отожженном, так и в закаленном и искусственно состаренном состояниях.Сплавы типа В95 путем термической обработки получают упрочнение в большей мере, чем другие алюминиевые сплавы.Время выдержки как при температуре закалки, так и при искусственном старении может резко изменяться в зависимости от толщины и структуры сплава.Эти сплавы после закалки получают значительное упрочнение, но еще сохраняют достаточно высокую пластичность, благодаря чему поддаются хорошей деформации. Поэтому способом штамповки или выколотки из полуфабрикатов свежезакаленного состояния можно получать детали за одну операцию.Необходимо учитывать, что деформирование, выполненное в процессе естественного старения, у многих сплавов вызывает снижение предела прочности на 2 кГ/мм 2 по сравнению с пределом прочности, получаемым при старении сплавов после деформирования. Поэтому рекомендуется производить деформирование сплавов Д1 только в свежезакаленном состоянии в течение 2 час. После закалки, а сплавов Д6 и Д16 в течение 30 мин. Таблица 1.Типичный химический состав и области применения алюминиевых деформируемых сплавов

Марка сплава	Номинальный химический состав в % (алюминий – остальное)							Состояние поставки	Типичные полуфабрикаты и области применения
	Cu	Mg	Mn	Ni	Fe	Si	Ti
АМц	—	—	1,4	—	—	—	—	Отожженные и полу-нагартованные	Листы, трубы, прутки и другие полуфабрикаты, применяемые в сварных конструкциях
АМг	—	2,5	0,25илиCr	—	—	—	—	Отожженные и полу-нагартованные, нагартованные	То же
АМг3	—	3,5	0,45	—	—	0,65	—	То же	—
Амг5	—	5,0	0,45	—	—	—	—	Отожженные и полу-нагартованные, нагартованные, горячепрессованные	Листы, трубы, прутки, профили
Д1	4,3	0,6	0,6	—	—	—	—	Отожженные , закаленные и естественно состаренные	То же
Д6	4,9	0,8	0,8	—	—	—	—	То же	—
Д16	4,4	1,5	0,6	—	—	—	—	—	—
В95	1,7	2,2	0,4	Zn6,0	Cr0,2	—	—	Отожженные , закаленные и естественно состаренные	Листы, трубы, прутки, профили и шпамповки
АК8	4,4	0,6	0,6	—	—	0,9	—	Закаленные и искусственно состаренные	Штамповки и поковки
В94	2,2	1,4	—	Zn6,4	—	—	0,05	Закаленные	Заклепки
Д3П	3,1	0,5	0,5	—	—	—	—	—	—
Д18П	2,6	0,35	—	—	—	—	—	Закаленные и состаренные	—
В65	4,2	0,22	0,4	—	—	—	—	То же	—
ВД17	2,9	2,2	0,55	—	—	—	—	Закаленные и искусственно состаренные	Полосы, прутки
Д20	6,5	—	0,4	—	—	—	0,15	То же	Листы, трубы, прутки и другие полуфабрикаты, применяемые в сварных конструкциях
АК2	4,0	0,6	—	2,0	0,75	0,75	—	—	Поковки и шпамповки
АК4	2,2	1,6	—	1,2	1,3	0,9	0,1	—	Крыльчатки, лопасти и другие детали, работающие при повышенных температурах
АК4-1	2,2	1,6	—	1,2	1,3	0,35	0,1
АВ	0,4	0,7	0,25илиCr	—	—	0,9	—	—	Листы, профили
АК6	2,2	0,6	0,6	—	—	0,9	—	—	Штамповки и поковки

Таблица 2.

Механические свойства листов из алюминиевых сплавов