Легкие сплавы

Область применения легких сплавов весьма обширна.

• Авиационная и космическая промышленность.
• Станко- и машиностроение.
• Энергетика.
• Нефтеперерабатывающая отрасль.
• Судостроение.

Получение легких сплавов возможно с использованием алюминия, магния, титана и бериллия. Каждая категория продуктов обладает собственными особенностями.

Алюминиевые сплавы

Легкие сплавы металлов, получившие наибольшее распространение. При изготовлении продукции используются бокситы: минеральная порода, насыщенная оксидами алюминия. Материал дробят, после чего подвергают просушиванию. Полученную субстанцию обрабатывают щелочью, что приводит к извлечению алюминиевых оксидов.

Рис. 1 Алюминиевый боксит

Щелочной раствор, обогащенный алюминиевой составляющей, перемешивают и подвергают воздействию тока. В результате нарушается связь алюминий – кислород, что приводит к появлению чистого металла. Последний используется для производства легких и прочных сплавов.

Рис. 2 Слитки алюминия

Получение и классификация алюминиевых сплавов

Технология легких сплавов предусматривает смешивание алюминия с легирующими компонентами: марганец, цинк, кремний, магний, титан и т.д. В результате удается создать материал с заданными свойствами.

Получаемые продукты подразделяются на две группы.

• Литейные. Расплавленную смесь алюминия и присадок заливают в форму, после чего отправляют потребителю в виде слитков.
• Деформированные. Деформированные. Из сплава получают прокат, подвергаемый механической деформации для создания элементов нужной формы.

Во втором случае используются прокатные станки, прессы и формовочные установки. В исключительных случаях производитель прибегает к ковке.

Рис. 3 Схема прессования алюминиевого проката

Выделяют несколько марок чистого алюминия, используемых при производстве сплавов.

• 2011. Крайне мягкий материал, прекрасно поддающийся деформации. При этом обязательно дополнительное анодирование ввиду уязвимости к окислению.
• 2024. Универсальное решение с выверенным балансом прочность – вес. Марка имеет низкую коррозионную стойкость, а для ее качественной обработки требуется отжиг.
• 5052. Еще один материал с повышенной эластичностью. Ключевой недостаток – налипание на инструмент при обработке.
• 6061. Твердая марка алюминия, хорошо поддающаяся резанию. Показатель обрабатываемости достигает 90%.
• 6063. Аналог 6061 с меньшим уровнем жесткости. Хороший вариант для штамповок.
• 7075. Наиболее прочная марка из всех представленных. Основная область применения – авиация.

Состав легких сплавов определяется пропорцией алюминия и легирующих присадок. В продаже представлены следующие категории продуктов.

Категория сплавов	Описание	Структура
Алюминиево-магниевые	Сплавы, содержащие до 6% магния. Материал имеет относительное удлинение до 30%, характеризуется высокой усталостной прочностью и коррозионной стойкостью. В качестве дополнительного усиливающего элемента в продукт добавляют титан.
Алюминиево-марганцевые	Сплавы с повышенным содержанием марганца, прекрасной свариваемостью и окислительной стойкостью. Для создания мелкозернистой структуры материал легируется титаном.
Алюминиево-медно-кремниевые	Легкие цветные сплавы, именуемые алькусинами. Продукция обладает высокой прочностью, хорошо переносит охлаждение и нагрев. С ее помощью выпускают подшипники и смежные детали.
Алюминиево-медные	Решения на базе обозначенных компонентов, используемые после термической обработки. Материал достигает прочности углеродистых сталей, при этом уязвим к окислению. Для его защиты используют специальные покрытия.
Алюминиево-кремниевые	Легкие и твердые сплавы, классифицируемые как силумин. С целью повышения эксплуатационных характеристик состав усиливается натрием и литием. Продукция обладает прекрасными литейными свойствами, используется при изготовлении декора и радиаторов охлаждения.
Алюминиевые сплавы, усиленные цинком и магнием	Легкие металлические сплавы, хорошо поддающиеся обработке. Материал уязвим к окислению, что компенсируется добавлением меди.
Сплавы алюминия с магнием и кремнием	Легкие алюминиевые сплавы для авиационного использования. Продукция получила название авиаль (авиационный алюминий), характеризуется пластичностью и коррозионной стойкостью. С ее помощью изготавливаются лонжероны, лопасти вертолетов и прочие компоненты авиационной техники.

При решении производственных задач может задействоваться несколько сплавов. В результате формируются надежные и долговечные механизмы, адаптированные к целевым условиям.

Магниевые сплавы

Магниевые сплавы легче алюминия. Они характеризуются повышенной удельной прочностью и отличными литейными показателями. Ключевой недостаток продуктов – уязвимость к высоким температурам. Это накладывает определенные ограничения на параметры эксплуатации и обработки.

Легкие сплавы на основе магния классифицируются по аналогии с алюминиевыми.

Тип сплава	Пример структуры	Тип сплава	Пример структуры	Тип сплава	Пример структуры
Литейные		Деформированные		Специальные

Специальные сплавы предназначены для работы в особых условиях. Они усиливаются цинком, алюминием и прочими материалами.

С целью дополнительной защиты поверхностей изготавливаемых деталей возможно нанесение лаков и формирование окисных пленок.

Рис. 4 Корпус редуктора вертолета из магниевого сплава

Титановые сплавы

Одни из самых легких и прочных сплавов. Основу материала составляет титан, в качестве усиливающих элементов выступают: хром, олово, марганец, ванадий, кремний и молибден. Пропорции присадок определяют эксплуатационные свойства продукта и параметры его обрабатываемости. Виды легких сплавов на базе титана классифицируются по следующим категориям.

Упрочнение осуществляется посредством термической обработки, позволяет получить сплавы со следующей структурой.

Тип структуры	Изображение	Тип структуры	Изображение	Тип структуры	Изображение	Тип структуры	Изображение
Пластинчатая		Смещенная		Коррозионное плетение		Равноосная

Ключевые свойства легких сплавов на основе титана:

• устойчивость к намагничиванию;
• износостойкость;
• энергоемкость;
• повышенные прочностные показатели;
• стойкость к воздействию агрессивных сред.

Материал отлично обрабатывается посредством прокатных станков, прессов и гильотин. Он обладает высокой свариваемостью, что упрощает формирование  неразъемных соединений при монтаже и подготовке отдельных компонентов.

Рис. 5 Титановый прокат

Бериллиевые сплавы

Легкие сплавы на основе бериллия устойчивы к интенсивному нагреву. Они обладают значительной жесткостью и высокой температурой плавления. Уникальным свойством продукции является прекрасная светоотражающая способность. Особенность используется при изготовлении деталей космических кораблей, оптических приборов, телескопов, антенн и прочего сложного оборудования.

Рис. 6 Бериллиевые зеркала для нужд космической отрасли

Бериллий имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих область его применения. Во-первых, материал обладает высокой ценой. Это снижает целесообразность его использования при решении типовых задач. Во-вторых, окислы продукта крайне токсичны. В результате увеличивается сложность заготовительных, монтажных и прочих операций.

Состав поставляется в виде слитков или стандартного проката.

Рис. 7 Слитки из сплава бериллия и меди

Авиационный инструмент

Использование в авиации легких сплавов сопровождается не только подбором материала, но и его качественной обработкой. Для этого используется специализированный инструмент, взаимодействующий с цветными металлами и их производными. Продукция представлена сверлами, фрезами, резцами и прочими твердосплавными изделиями. Она обеспечивает высокую эффективность труда с учетом пластичности материала, препятствует избыточному нагреву и стружкообразованию.

Рис.8 Набор сверл для работы с листовыми цветными металлами

Производители предлагают решения для листовых и профильных заготовок, механизированных и ручных операций.

Популярные вопросы об установке станков