Дана стаття має на меті допомогти зрозуміти основні характеристики алюмінієвих сплавів, визначитися із вибором необхідних матеріалів, для виконання поставлених технічних завдань.
В своїй роботі ми постійно з тикаємося із безліччю однакових питань типу: «а це алюміній твердий чи м’який? Міцний чи не міцний?», «а він буде нормально фрезеруватися?» , «а різьбу тримати буде?» , «а гнутися буде?» і тд.
Тому ми вирішили зробити порівняння основних механічних характеристик, пояснити їх значення простими словами, щоб дати розуміння міцності алюмінієвих сплавів, і викласти його у вигляді блогу, прочитавши який, кожен буде ширші пізнання в даному питанні. На крайній випадок, певне розуміння має з’явитися однозначно. Зверніть увагу дана стаття слугує лише для надання загального ознайомлення про деякі матеріали, для людей які до цього ніколи з даними питаннями не стикалися, і відповідно не може бути використана для проектувань, інженерних вишукувань, слугувати основним джерелом інформації.
Міцність вибраного металу – це мабуть основне питання, яке буде цікавити нас 90% випадків при виборі алюмінієвого прокату для вирішення наших технічних завдань.
Міцність яка складається з комплексу показників:
- твердість, НВ
- межа текучості σт, МПа
- межа міцності на розрив σв, МПа
В нашому випадку ми розглянемо найбільш поширені у використанні алюмінієві сплави та порівняємо їх характеристики із низьковуглецевою сталлю СТ3 (матеріал який більш-менш всім відомий).
Враховуючи поширення використання алюмінієвих сплавів в господарській діяльності і доступності на ринку розглянемо наступні сплави: 1050 (АД0), 6060 (АД31), 6082 (аналог АД35), 5754 (АМг3 ), 5083 (АМг5), 2017 (Д1Т), 2024 (Д16Т), 7075 (В95-В93).
Отже зупинимось детальніше на кожному з понять:
Тведість – здатність металу протидіяти проникненню в нього іншого твердого тіла. В технічних дисциплінах широко використовується твердість по Брінелю (НВ). Вона вказується в заводських сертифікатах, використовується при розрахунках і проектуванні.
Як вона визначається на ділі – беруть кульку діаметром 5 або 10 мм з карбіду вольфраму і вдавлюють в зразок металу продовж певного часу. Співвідношення прикладеного зусилля до площі відбитку кульки і буде показником твердості. Маємо пряму пропорцію: більша сила прикладання і менший відбиток лишається, відповідно більше значення НВ і відповідно більша твердість металу. Твердість металу має пряме відношення до такої механічної обробки як фрезерування і токарна обробка. Відповідно чим більше значення НВ, тим більша твердість тим відповідно краще точиться і фрезерується матеріал. Кому цікаво дізнатися більш детально загугліть в інтернеті безліч інформації де все детально розписано і показано.
В наведеній нижче діаграмі наведена твердість вибраних нами алюмінієвих сплавів в НВ, відповідно до сталі 3.
Зверніть увагу в даній діаграмі приведені найпоширеніші значення твердості для найпоширеніших видів прокату (лист, плита, пруток, профіль) відповідно при термообробці Т, Т4, Т6, Н, Н2. Тобто в кожному окремому випадку значення твердості можуть суттєво відрізнятися від наведених. Але ще раз зазначимо що ми беремо найпоширеніші види прокаті і нашою метою зараз є набуття елементарних узагальнених знань.
В нашому випадку видно, що найбільшу твердість матиме прокат із високоміцних сплавів 7075 Т6 (В95Т) ( AL-Zn-Mg-Cu1.5), іх твердість приблизно дорівнює твердості низьковуглецевих сталей, а іноді і перевищує їх. Потім ідуть дюралі Д16Т та Д1Т відповідно 2024 2017 Т4/Т451.
Як було сказано вище від твердості напряму залежить можливість обробки металу фрезеруванням та токарною обробкою. В наведеному нижче відео, показано фрезерування зразків із деяких сплавів.
На даному відео добре видно, що найкращу якість обробки після фрезерування буде мати сплав 7075, дюраль 2024 та 2017, також задовільно обробляється сплав 5083 в стані Н111. А от зразок сплаву 6060 Т6 (АД31 Т5) вже починає “залипати” , що добре видно по якості обробки матеріалу.
Перейдемо до наступної характеристики – межа текучості до залишкової деформації (σт) в МПа . Простими словами беремо зразок алюмінієвого сплаву, кусок листа, тощо.. і починаємо його розтягувати. Із зростанням навантаження метал почне деформуватися, на перших порах, до досягнення певних навантажень (межі текучості), метал буде тягнутися пропорційно збільшенню навантаження. Але потім, метал різко почне розтягуватися із меншим прикладеним зусиллям “потече”. Найбільше навантаження і буде відповідати межі текучості.
Схожим чином визначають і межу міцності на розрив σв в Мпа – найбільше прикладене навантаження після якого зразок зруйнується. На веденій нижче діаграмі вказано величину межі міцності для вибраних нами сплавів.
Уважно розглянувши дану діаграму можна побачити декілька цікавих моментів: межа міцності сплаву 7075, може істотно перевищувати показники низьковуглецевих сплавів. Наступне межа міцності сплавів 2024 та 2017 (Д16Т – Д1Т) відрізняється майже в 2 раза! Хоча твердість в них майже однакова. І це обов’язково потрібно враховувати при виборі матеріалу.