Механические свойства алюминиевых сплавов – Механические свойства алюминия

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;
• σт — предел текучести (условный) — напряжение при котором остаточная деформация после снятия нагрузки составляет 0,2%;
• σв — 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).

Что такое механические свойства?

Механические свойства алюминия, как и других материалов – это свойства, которые связаны с упругой и неупругой реакцией материала на приложение к нему нагрузки, в том числе, зависимость между напряжениями и деформациями. Примерами механических свойств являются:

• модуль упругости (при растяжении, при сжатии, при сдвиге)
• предел прочности (при растяжении, при сжатии, при сдвиге)
• предел текучести
• предел усталости
• удлинение (относительное) при разрыве
• твердость.

Механические свойства часто ошибочно относят к физическими свойствам.

Механические свойства материалов, в том числе, алюминия и его сплавов, которые получают путем испытания материала на растяжение, например, модуль упругости при растяжении, прочность при растяжении, предел текучести при растяжении и относительное удлинение называют механическими свойствами при растяжении.

Вопрос 7. Алюминиевые сплавы, и их состав, свойства и особенности работы

Для строительных конструкций применяются алюминиевые сплавы с содержанием легирующих компонентов и примесей 5-7 % (технический алюминий с примесями до 1 % ввиду малой прочности применяется очень редко и только для декоративных и ограждающих элементов). Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые

(обрабатываемые
давлением
: прессованием, вытяжкой, прокаткой, штамповкой и т.д.), применяемые в строительных конструкциях, и на
литейные
, применяемые в основном в машиностроении.

Алюминиевые сплавы легируют

марганцем, магнием, кремнием, цинком, медью, хромом, титаном или одновременно несколькими этими компонентами, в зависимости от чего система сплава получает наименование и марку с условным обозначением.

Алюминиевые сплавы поставляют в различных состояниях термической

обработки и нагартовки (наклеп, вытяжка).

Технический алюминий

обладает очень высокой коррозионной стойкостью, но малопрочен и пластичен.

Алюминиево-марганцевые и алюминиево-магниевые

сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, сравнительно высокой прочностью и хорошо свариваются.

Многокомпонентные сплавы

обладают средней и высокой коррозионной стойкостью, средними и высокими показателями прочности и могут применяться в сварных и клепаных несущих и ограждающих конструкциях.

Чтобы повысить коррозионную стойкость, алюминиевые сплавы могут быть плакированными

(покрытыми тонкой пленкой чистого алюминия при изготовлении полуфабриката).

Структура алюминиевых сплавов состоит из кристаллов алюминия, упрочненных легирующими элементами (легирующие элементы входят в твердый раствор с алюминием и упрочняют его).

На рис. 1 приведены диаграммы работы некоторых алюминиевых сплавов на растяжение (там же для сравнения дана кривая для стали 3).

Рисунок 1

1-технический алюминий АД1М; 2- сплав 1915Т; 3- сталь 3
Механические свойства
алюминиевых сплавов зависят не только от химического состава, но и от условий их обработки. У алюминиевых сплавов модуль упругости при растяжении Е=0,7∙104 кН/см2, а модуль упругости при сдвиге G=0,27∙104 кН/см2 что почти в 3 раза меньше, чем у стали; поэтому при равных напряжениях прогибы алюминиевых конструкций в 3 раза больше. Коэффициент Пуассона =0,3. На диаграмме растяжения алюминиевых сплавов нет площадки текучести. За предел текучести условно принимается напряжение  при котором относительная остаточная деформация достигает =0,2 %. При температурах свыше 100 °С наблюдается некоторое снижение прочностных характеристик, а начиная примерно с 200 °С появляется ползучесть. Коэффициент температурного расширения алюминия =0.000023, что в 2 раза больше чем у стали. При пониженных температурах все механические показатели алюминиевых сплавов улучшаются. Ударная вязкость сплавов при нормальной температуре ниже чем у стали (около 3,0 кг∙м/см2), и почти не снижается при отрицательных температурах.

Изменение механических свойств алюминиевых сплавов при старении происходит более интенсивно, чем у стали, и увеличение пределов текучести и прочности значительно выше. Увеличение прочности алюминиевых сплавов при старении учитывают при назначении их расчетных сопротивлений. Расчетные формулы для алюминиевых конструкций при различных силовых воздействиях имеют такой же вид, как и для стальных конструкций. Значения различных коэффициентов принимают в зависимости от марок сплавов по нормам проектирования алюминиевых конструкций СНиП II-24-74.

К достоинствам алюминиевых сплавов

можно отнести: относительно высокую прочность при малой плотности самого материала; высокую технологичность при обработке прессованием, прокаткой или ковкой, позволяющую изготовлять изделия сложной формы; высокую стойкость против коррозии, высокие механические характеристики при отрицательных температурах; отсутствие искрообразования при ударных воздействиях.

Недостатки алюминиевых сплавов:

относительно небольшой модуль упругости; высокий коэффициент температурного расширения; относительная сложность выполнения соединений; дефицитность и пока ещё высокая стоимость; малая огнестойкость.

Профили из алюминиевых сплавов для алюминиевых конструкций получают прокаткой, прессованием или гнутьем

. Прокатывают только плоские профили: листы полосы, ленты. Прессованные профили могут быть самого различного очертания, поперечное сечение их должно вписываться в круг диаметром матрицы размером 320 мм (имеются отдельные прессы с диаметром матрицы 530мм). Эти профили изготавливают на специальных прессах. Цилиндрическая, нагретая примерно до 400°С заготовка из алюминиевого сплава продавливается через стальную матрицу с отверстием по форме сечения профиля. Матрица удерживается держателем. Прессоваться могут как сплошные так и пустотелые (трубчатые) профили.

Гнутые профили изготавливают путём гибки тонких листов или лент на роликогибочных станах или гибочных прессах.

ВОПРОС 8.
Основы расчета металлических конструкций. Расчетная схема, опорные закрепления элементов. Предельные состояния. Группы предельных состояний. Расчет конструкций по допускаемым напряжениям и сопоставление его с расчетом по предельным состояниям
Основы расчета металлических конструкций

Цель и назначение расчета конструкций –

проверка прочности, устойчивости и жесткости предварительно намеченной конструктивной схемы сооружения, позволяющая уточнить размеры и обеспечить надежность сооружения при наименьших затратах металла. Расчёт сооружений и их конструктивных элементов производится на основе методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной целью этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под действием приложенных нагрузок.

Расчет начинают с составления расчетной схемы сооружения, временно отвлекаясь от действительной формы сечения элементов. Опорные закрепления элементов наделяют, при этом некоторыми теоретическими свойствами (шарнирные опоры, опоры с упругими и жесткими защемлениями и т. п.). Определив по принятой расчетной схеме усилия в элементах, производят подбор сечений, проверяют несущую способность и конструируют закрепления так, чтобы удовлетворить поставленным задачам. Иногда бывают необходимы более точные методы определения напряжений с учетом развития пластических деформаций. Однако математическая сложность этих методов вынуждает часто применять в формулах ряд коэффициентов, значения которых приводятся в таблицах. Согласно СНиП II-23-81*, строительные конструкции рассчитывают на силовые другие воздействия по предельным состояниям.

За предельное состояние

принимается такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявленным к ней эксплуатационным требованиям, т.е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

studfiles.net

Модуль упругости

Модуль упругости, который часто называют модулем Юнга – это отношение напряжения, которое приложено к материалу, к соответствующей деформации в том интервале, когда они являются прямо пропорциональными друг к другу.

Различают три типа напряжений и соответственно три типа модулей упругости для любого материала, в том числе для алюминия:

• модуль упругости при растяжении
• модуль упругости при сжатии
• модуль упругости при сдвиге (сдвиговый модуль упругости).

Таблица – Модули упругости при растяжении алюминия и других металлов [1]

Предел текучести

Напряжение, которое необходимо для достижения заданной малой пластической деформации в алюминии или другом материале при одноосной растягивающей или сжимающей нагрузке.

Если пластическая деформация под воздействием растягивающей нагрузки задается как 0,2 %, то применяется термин «предел текучести 0,2 %» (Rp0,2).

Рисунок 4 – Типичная диаграмма напряжение-деформация для алюминиевых сплавов

АЛЮМИ́НИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ

АЛЮМИ́НИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве алю­ми­ния; об­ла­да­ют ма­лой плот­но­стью (до 3000 кг/м3), вы­со­ки­ми элек­тро- и те­п­ло­про­вод­но­стью, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью и удель­ной проч­но­стью. Пер­вые А. с. – спла­вы алю­ми­ния с крем­ни­ем, по­лу­чен­ные в 50-х гг. 19 в., име­ли ма­лую проч­ность и низ­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость. По­во­рот­ным мо­мен­том в ис­то­рии раз­ви­тия А. с. ста­ли ис­сле­до­ва­ния А. Виль­ма (Гер­ма­ния, 1903–11), ко­то­рый об­на­ру­жил в за­ка­лён­ном А. с., со­дер­жа­щем медь и маг­ний, по­вы­ше­ние проч­но­сти в про­цес­се вы­лё­жи­ва­ния, т. н. эф­фект ста­ре­ния (см. Ста­ре­ние ме­тал­лов). В 1921 А. Пач (США) мо­ди­фи­циро­вал сплав Al – Si пу­тём вве­де­ния в не­го мик­ро­ско­пич. доз Na, что при­вело к зна­чит. улуч­ше­нию его свойств. Поз­же для по­лу­че­ния А. с. с оп­ре­де­лённы­ми свой­ст­ва­ми ста­ли при­ме­нять ле­ги­ро­ва­ние разл. ме­тал­ла­ми (Cu, Mg, Mn, Si, Zn, Ni, Li, Be и др.). В Рос­сии в 1930–40-х гг. раз­ра­бот­ку А. с. и вне­дре­ние их в про­из-во осу­ще­ст­в­ля­ли Ю. Г. Му­за­лев­ский, С. М. Во­ро­нов, И. Н. Фрид­лян­дер и др.

До 1940-х гг. при­ме­ня­лись гл. обр. спла­вы на ос­но­ве сис­тем Al – Si (си­лу­ми­ны), Al – Mg (маг­на­лии), Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны), Al – Mg – Si (авиа­ли). Впо­след­ст­вии так­же по­лу­чи­ли раз­ви­тие вы­со­ко­проч­ные (на ос­но­ве сис­тем Al – Zn – Mg, Al – Zn – Mg – Cu, Al – Mg – Si – Cu), жа­ро­проч­ные (Al – Cu – Mn, Al – Mg – Li, Al – Cu – Mg – Fe – Ni), по­ни­жен­ной плот­но­сти (Al – Be – Mg, Al – Mg – Li, Al – Cu – Li) и др. А. с. В за­ви­си­мости от спо­со­ба про­из-ва по­лу­фаб­рика­тов и из­де­лий А. с. де­лят на де­фор­ми­руе­мые, ис­поль­зуе­мые для из­го­тов­ле­ния лис­тов, плит, про­филей, труб, по­ко­вок, про­во­ло­ки пу­тём де­фор­ма­ции (про­кат­ки, ков­ки, штам­пов­ки и др.), и ли­тей­ные – для из­го­тов­ле­ния фа­сон­ных из­де­лий лить­ём. Со­став и не­ко­то­рые свой­ст­ва наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных А. с. при­ве­де­ны в таб­ли­цах 1, 2 (см. стр. 578).

Де­фор­ми­руе­мые спла­вы по объ­ё­му про­из-ва со­став­ля­ют ок. 80% всех А. с. Хи­мич. и фа­зо­вый со­став, ре­жи­мы тер­мич. об­ра­бот­ки де­фор­ми­руе­мых А. с. оп­ре­де­ля­ют­ся не­об­хо­ди­мо­стью по­лу­чения оп­тим. ком­плек­са экс­плуа­тац. и тех­но­ло­гич. свойств. Спла­вы сис­те­мы Al – Mg (маг­на­лии) име­ют вы­со­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но не уп­роч­ня­ют­ся тер­мич. об­ра­бот­кой; для по­вы­ше­ния проч­но­сти в эти спла­вы вво­дят Sc. Спла­вы Al – Zn – Mg об­ла­да­ют вы­со­кой проч­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но при зна­чит. кон­цен­тра­ции Zn и Mg склон­ны к за­мед­лен­но­му кор­ро­зи­он­но­му рас­трес­ки­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si (авиа­ли) со­че­та­ют хо­ро­шую кор­ро­зи­он­ную стой­кость с вы­ра­жен­ным эф­фек­том ста­ре­ния; хо­ро­шо под­да­ют­ся ано­ди­ро­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si – Cu силь­но уп­роч­ня­ют­ся в ре­зуль­та­те ста­ре­ния, но от­ли­ча­ют­ся по­ни­жен­ной кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью. Спла­вы Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны) име­ют ср. проч­ность, но вы­со­кие пла­стич­ность и вяз­кость раз­ру­ше­ния, ма­лую ско­рость раз­ви­тия ус­та­ло­ст­ных тре­щин. Спла­вы Al – Zn – Mg – Cu ха­рак­те­ри­зу­ют­ся са­мы­ми вы­со­ки­ми проч­но­стью и пре­де­лом те­ку­че­сти. Спла­вы Al – Mg – Li име­ют та­кие же, как и у ду­ра­лю­ми­на, ме­ха­нич. свой­ст­ва, но по­ни­жен­ную (на 11%) плот­ность и боль­ший мо­дуль уп­ру­го­сти. Спла­вы Al – Be – Mg об­ла­да­ют вы­со­ки­ми удель­ной проч­но­стью и мо­ду­лем уп­ру­го­сти, хо­ро­шей кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, пла­стич­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но из-за ток­сич­но­сти их при­ме­не­ние ог­ра­ни­че­но. По­лу­фаб­ри­ка­ты из де­фор­ми­ро­ван­ных А. с. для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки по­лу­ча­ют из слит­ков про­стой фор­мы – круг­лых, пло­ских, по­лых.

Таблица 1. Химический состав и механические свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов

К де­фор­ми­руе­мым А. с. от­но­сят так­же спе­чён­ные спла­вы (вме­сто слит­ка для фор­мо­ва­ния из­де­лий ис­поль­зу­ют бри­кет, спе­чён­ный из по­рош­ков): спе­чён­ная алю­ми­ние­вая пуд­ра (САП) и спе­чён­ные алю­ми­ние­вые спла­вы (САС). САП, уп­роч­нён­ная дис­перс­ны­ми час­тица­ми ок­си­да алю­ми­ния, пре­вос­хо­дит все А. с. по жа­ро­проч­но­сти. САС, ле­ги­ро­ван­ные Si, Fe, Ni, от­ли­ча­ют­ся очень низ­ким ко­эф. ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния.

Таблица 2. Химический состав и механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов

Для ли­тей­ных спла­вов, осо­бен­но важ­ны та­кие ха­рак­те­ри­сти­ки, как вы­сокая жид­ко­те­ку­честь, ма­лая склон­ность к об­ра­зо­ва­нию уса­доч­ных и га­зо­вых пус­тот, тре­щин, ра­ко­вин. На­и­бо­лее вы­со­кие ха­рак­те­ри­сти­ки до­сти­га­ют­ся при ли­тье в ме­тал­лич. фор­мы (в ко­киль, под дав­ле­ни­ем, при жид­кой штам­пов­ке). Важ­ней­шие ли­тей­ные А. с. – си­лу­ми­ны – со­дер­жат св. 4,5% Si, к ним от­но­сят­ся спла­вы сис­те­мы Al – Si и бо­лее слож­ных сис­тем: Al – Si – Mg, Al – Si – Cu – Mg; об­ла­да­ют хо­ро­ши­ми ли­тей­ны­ми свой­ст­ва­ми, не­пло­хой кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, ср. проч­но­стью, в от­лив­ках не об­ра­зу­ет­ся уса­доч­ной по­рис­то­сти. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Mg св. 5% (спла­вы сис­тем Al – Mg, Al – Mg – Si с до­бав­кой Mn, Be и Ti) кор­ро­зи­он­но­стой­ки, вы­со­ко­проч­ны, вы­со­ко­пла­стич­ны и об­ла­да­ют по­ни­жен­ной плот­но­стью. Дли­тель­ные низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные (60–80 °C) на­гре­вы при­во­дят к ухуд­ше­нию кор­ро­зи­он­ной стой­ко­сти ли­тей­ных А. с. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем Mg. Тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния этих спла­вов слож­на, из­де­лия от­ли­ва­ют­ся гл. обр. в зем­ля­ные фор­мы. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Cu св. 4% (спла­вы сис­тем Al – Cu, Al – Cu – Mn с до­бав­кой Ti, Cd) по жа­ро­проч­но­сти пре­вос­хо­дят дру­гие ли­тей­ные спла­вы, но име­ют по­ни­жен­ные кор­ро­зи­он­ную стой­кость и ли­тей­ные свой­ст­ва. Ли­тей­ные спла­вы (кро­ме си­лу­ми­нов) в прин­ци­пе ана­ло­гич­ны де­фор­ми­руе­мым спла­вам со­от­вет­ст­вую­щих сис­тем, но от­лича­ют­ся бо­лее вы­соким со­дер­жа­ни­ем ле­ги­рую­щих ком­по­нен­тов (Cu, Mg), до­ба­вок (Ni, Ti) и при­ме­сей (Fe).

На свой­ст­ва ли­тей­ных спла­вов по­ми­мо спо­со­бов ли­тья так­же влия­ют вхо­дя­щие в их со­став ком­по­нен­ты, ко­то­рые для од­них спла­вов яв­ля­ют­ся ле­ги­рую­щи­ми, но ока­зы­ва­ют вред­ное влия­ние на дру­гие: Si сни­жа­ет проч­ность спла­вов Al – Mg; при­месь Zn ухуд­ша­ет ме­ха­нич. свой­ст­ва спла­вов Al – Si и Al – Cu; Sn и Pb да­же в де­ся­тых до­лях про­цен­та зна­читель­но по­ни­жа­ют темп-ру плав­ле­ния спла­вов. Вред­ное влия­ние на си­лу­ми­ны ока­зы­ва­ет Fe, вы­зы­ваю­щее об­ра­зо­ва­ние хруп­ких вклю­че­ний, кри­стал­ли­зую­щих­ся в ви­де пла­стин. Со­дер­жа­ние Fe за­ви­сит от спо­со­ба ли­тья: оно мак­си­маль­но при ли­тье под дав­ле­ни­ем и в ко­киль и ми­ни­маль­но при ли­тье в зем­лю. Ка­че­ст­во фа­сон­ных от­ли­вок из А. с. суще­ст­вен­но по­вы­ша­ет­ся при ис­поль­зо­ва­нии чис­той ших­ты (умень­ше­ние ко­ли­че­ст­ва вред­ных ме­тал­лич. и не­ме­тал­лич. при­ме­сей в спла­вах), мо­ди­фи­ци­ро­ва­нии спла­вов (вве­де­ние ма­лых до­ба­вок Ti, Zr, Be), ис­поль­зо­ва­нии про­грес­сив­ных ме­то­дов ра­фи­ни­ро­ва­ния и тер­мич. об­ра­бот­ки.

А. с. от­но­сят­ся к важ­ней­шим кон­струкц. ма­те­риа­лам. По мас­шта­бам про­из­вод­ст­ва и по­треб­ле­ния за­ни­ма­ют 2-е ме­сто по­сле ста­ли; в пром-сти ис­поль­зу­ют ок. 55 ма­рок А. с. Бла­го­да­ря уни­каль­ным экс­плуа­тац. свой­ст­вам ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся: в авиа- и ра­ке­то­строе­нии – шас­си, ло­па­сти воз­душ­ных вин­тов, си­ло­вые эле­мен­ты ле­тат. ап­па­ра­тов (об­шив­ка, фю­зе­ляж, шпан­го­уты, лон­же­ро­ны, нер­вю­ры, верх­ние и ниж­ние плос­ко­сти крыль­ев), кор­пу­сы ра­кет, то­п­лив­ные и мас­ля­ные ба­ки; в су­до­строе­нии – кор­пу­сы су­дов, па­луб­ные над­строй­ки, разл. су­до­вое обо­ру­до­ва­ние; в ав­то­мо­би­ле­строе­нии – де­та­ли дви­га­те­ля (порш­ни, го­лов­ки, бло­ки ци­лин­д­ров), ра­диа­то­ры ох­ла­ж­де­ния, ото­пи­те­ли, ка­би­ны, са­ло­ны ав­то­бу­сов, цис­тер­ны для пе­ре­воз­ки хи­мич. и неф­те­хи­мич. про­дук­тов, сы­пу­чих гру­зов; в строи­тель­ст­ве – стро­ит. кон­ст­рук­ции, окон­ные ра­мы и две­ри; в пи­ще­вой пром-сти – ­банки для пи­ва, во­ды, пи­ще­вых про­дук­тов, бы­то­вая фоль­га и др.

Удлинение (при разрыве)

Часто называется «относительным удлинением». Увеличение расстояния между двумя метками на испытательном образце, которое возникает в результате деформирования образца при растяжении до разрыва между этими метками.

Величина удлинения зависит от размеров поперечного сечения образца. Например, величина удлинения, которая получена при испытании алюминиевого листового образца будет ниже для тонкого листа, чем для толстого листа. Тоже самое относится и к прессованным алюминиевым профилям.

Рисунок 5 – Влияние легирующих элементов на прочностные свойства и относительное удлинение [4]

Удлинение А

Удлинение в процентах после разрыва образца при исходном расстоянии между метками 5,65 · √ S0, где S0 – исходная площадь поперечного сечения испытательного образца. Устаревшее обозначение этой величины А5 в настоящее время не применяется. Аналогичная величина в русскоязычных документах обозначается δ5.

Легко проверить, что для круглых образцов это расстояние между исходными метками вычисляется как 5·d.

Удлинение А50мм

Удлинение в процентах после разрыва образца по отношению к исходной длине между метками 50 мм и постоянной исходной ширине испытательного образца (обычно 12,5 мм). В США применяется расстояние между метками в 2 дюйма, то есть 50,8 мм.

Алюминий как химический элемент

• Алюминий является третьим по распространенности – после кислорода и кремния – среди около 90 химических элементов, который обнаружены в земной коре.
• Среди элементов-металлов – он первый.
• Этот металл обладает многими полезными свойствами, физическими, механическими, технологическими – благодаря которым он широко применяется во всех сферах человеческой деятельности.
• Алюминий – это ковкий металл, который имеет серебристо-белый цвет и легко обрабатывается большинством методов обработки металлов давлением: прокаткой, волочением, экструзией (прессованием), ковкой.
• Его плотность – удельный вес – составляет около 2,70 граммов на кубический сантиметр.
• Чистый алюминий плавится при температуре 660 градусов Цельсия.
• Алюминий имеет относительно высокие коэффициенты теплопроводности и электропроводности.
• В присутствии кислорода всегда покрыт тонкой, невидимой пленкой оксида. Эта пленка является в значительной степени непроницаемой и имеет довольно высокие защитные свойства. Поэтому алюминий обычно демонстрирует стабильность и длительный срок службы при нормальных атмосферных условиях.

Сдвиговая прочность

Максимальное удельное напряжение, то есть максимальная нагрузка, разделенная на исходную площадь поперечного сечения, которую выдерживает материал при испытании на сдвиг. Сдвиговая прочность обычно составляет около 60 % от прочности при растяжении.

Сдвиговая прочность является важной характеристикой качества заклепок, в том числе, алюминиевых.

Рисунок 6 – Прочность на сжатие, прочность на сдвиг, несущая прочность и твердость различных алюминиевых сплавов [4]

Правила маркировки сплавов алюминия

Марку материала определить достаточно сложно, поэтому алюминиевые сплавы маркируют таким образом, чтобы было понятно, что это именно они. Номер присваивают каждому составу. Он имеет буквенно-цифровое обозначение.

Существует несколько особенностей, свойственных маркировке:

• В начале номера стоит несколько букв, говорящих о составе материала.
• Затем идет цифровой порядковый код.
• Окончание – цифра, говорящая об особенностях проведения обработки (например, термической).

Для лучшего понимания процесса маркировки рассмотрим пример сплава Д17П. Согласно правилу, первая буква говорит нам о составе сплава. Д – дюралюминий. Химический состав у всего дюралюминия одинаков, различия заключаются в концентрации основных входящих в него элементов. Следующая за буквой Д цифра 17 говорит о порядковом номере материала, имеющего определенные качества. Последняя буква, в данном случае П, указывает на полунагартованный сплав. То есть методом обработки материала является давление без предваряющего его нагрева. Следовательно, прочность материала, полученного в ходе такой обработки, будет в два раза ниже максимальной.

Твердость

Сопротивление металла пластическому деформации, обычно измеряемое путем отпечатка.

Твердость Бринелля (HB)

Сопротивление проникновению сферического индентора при стандартизированных условиях.

Для алюминия и алюминиевых сплавов твердость НВ приблизительно равна 0,3·Rm, где Rm – предел прочности при растяжении, выраженный в МПа [2].

Если применяется индентор из карбида вольфрама, то применяется обозначение HBW.

Твердость Викерса (HV)

Сопротивление проникновению алмазного индентора в виде квадратной пирамиды при стандартизированных условиях. Твердость HV приблизительно равна 1,10·HB [2].

Состав и структура алюминия

Для начала нашему рассмотрению подлежат структура и хим.состав алюминия. Предел прочности чистого алюминия крайне небольшой и составляет до 90 МПа. Если же к его составу добавить в небольшом соотношении марганец, медь, цинк или магний, прочность может возрасти до 700 МПа. К такому же результату приведет использование особой термической обработки.

Металл, обладающий наиболее высокой чистотой (99,99% алюминия), может применяться в специальных и лабораторных целях, в остальных же случаях используется алюминий с технической чистотой. Наиболее распространенными примесями в нем могут выступать кремний и железо, которые практически не растворяются в алюминии. В результате их добавки уменьшается пластичность и повышается прочность конечного металла.

Структура алюминия представлена элементарными ячейками, которые в свою очередь состоят из четырех атомов. Теоретически плотность данного металла составляет 2698 кг/м3.

Теперь поговорим о свойствах металла алюминия.

Данное видео расскажет о структуре алюминия:

Усталость

Тенденция металла разрушаться при длительных циклическом напряжении, которое значительно ниже предела прочности при растяжении.

Рисунок 7 – Различие в усталостном поведении низкоуглеродистой стали иалюминиевых сплавов [3]

Усталостная прочность

Максимальная амплитуда напряжения, которую может выдерживать изделие при заданном количестве циклов нагружения. Обычно выражается как амплитуда напряжения, которая дает 50%-ную вероятность разрушения после заданного количества циклов нагружения [2].

Усталостная выносливость

Предельное напряжение, ниже которого материал будет выдерживать заданного количество циклов напряжения [2].