Алюминий 2018: Полное руководство по свойствам, высокотемпературным характеристикам и применению в аэрокосмической отрасли.

 

 

Возможно, вам знакомы многие высокопрочные, легкие алюминиевые сплавы аэрокосмического класса, такие как... 7050, 7075 или 2024При таком обилии доступных аэрокосмических материалов, почему же стоит выбрать алюминий 2018 года? — этот легко поддающийся ковке и обработке на станках с ЧПУ металл широко используется в оборонной и аэрокосмической отраслях.

 

Это термообрабатываемый материал аэрокосмического класса, относящийся к серии 2000, определенной [название серии]. Алюминиевая ассоциация (АА)— Алюминий марки 2018 сохраняет превосходную механическую прочность при температурах выше 200°C, где начинают разрушаться сплавы 7075 или 2024. Наиболее типичные области его применения — поршни двигателей внутреннего сгорания (подверженные воздействию высокотемпературного воздушного потока) и высокотемпературные впускные коллекторы; среди этих материалов алюминий марки 2018 лучше всего соответствует требованиям.

 

Если вы хотите узнать больше о превосходных механических свойствах, термической стабильности и сопротивлении ползучести алюминия марки 2018, а также о его состояниях термической обработки и рекомендациях по ковке и обработке на станках с ЧПУ, пожалуйста, читайте дальше. Дополнительные физические свойства и эквивалентные марки вы найдете в конце статьи.

 

 

 

 

 

Химический состав алюминия 2018

 

 

Во всех алюминиевых сплавах серии 2000 в качестве основного легирующего элемента используется медь, и алюминий серии 2018 не является исключением. В процессе термообработки медь позволяет... старение закалка За счет образования осажденных фаз повышается механическая прочность алюминия марки 2018. Кроме того, магний в сочетании с медью дополнительно усиливает эффект упрочнения при старении и незначительно улучшает относительно низкую коррозионную стойкость алюминия марки 2018 (коррозионная стойкость сплавов на основе меди серии 2000 и цинка серии 7000 относительно низка среди алюминиевых сплавов).    

 

Еще одним ключевым элементом является добавление никеля, который обеспечивает превосходную высокотемпературную стабильность (200-300 °C) и снижает коэффициент теплового расширения (благодаря чему детали не расширяются при высоких температурах, сохраняя стабильную точность размеров). 

 

В таблице ниже показаны основные компоненты и их роли: 

 

 

Таблица 1: Химический состав алюминия 2018

 

 

 

 

 

 

 

 

Термическая обработка, закалка и механические свойства алюминия, 2018 год.

 

 

Механические свойства алюминия 2018 изменяются в зависимости от... различные термические обработкиКак правило, термообработка 2018-T61 (термическая обработка + искусственное старение) — часто используемая для поршней, лопаток компрессоров, впускных и выпускных каналов, корпусов турбин, кронштейнов и ступиц винтов в аэрокосмической отрасли — обеспечивает хорошую механическую прочность, оптимальное сопротивление ползучести и стабильность размеров. Механические свойства алюминия марки 2018 при различных термообработках показаны ниже:

 

 

Таблица 2: Механические свойства алюминия 2018 при различных температурах

 

 

 

 

 

 

 

Сравнение алюминия и других алюминиевых сплавов, используемых в аэрокосмической отрасли (2018 год).

 

 

В таблице ниже также наглядно демонстрируются преимущества алюминия марки 2018 в отношении сопротивления ползучести при высоких температурах (где прочность не снижается при высоких температурах, что делает его более безопасным):

 

 

Таблица 3: Свойства алюминия 2018 года по сравнению с другими алюминиевыми сплавами, используемыми в аэрокосмической отрасли.

 

 

 

 

 

 

 

Ковка алюминиевого сплава 2018 года

 

 

 

Алюминиевый сплав 2018 года изначально был разработан для ковки поршней и деталей авиационных двигателей. Для ковка алюминия 2018 годаНеобходимо уделять внимание контролю температуры, чтобы избежать плавления границ зерен (также известного как перегрев). Детали, подвергшиеся перегреву, склонны к хрупкому разрушению под давлением, что, по сути, делает деталь непригодной для использования.

 

 

Советы по ковке:

 

• Температура предварительного нагрева заготовки: 480–520 °C. Строго запрещено превышать 530 °C, иначе произойдет «перегорание», которое повредит сплав.
  
• Температура предварительного нагрева кристалла: 315–425 °C. Это предотвращает образование трещин, вызванных поверхностной закалкой, и обеспечивает текучесть металла.
  
• Скорость деформации при ковке: Средне-низкая скорость. Гидравлические прессы рекомендуются вместо ковочных молотов для предотвращения образования трещин от высокоскоростного сдвига.
  
• Метод смазки: Смазочные материалы на основе графита. Они предотвращают прилипание алюминия к стальной матрице (заедание).
  

 

 

 

 

Обработка на станках с ЧПУ, алюминиевый сплав, 2018 год.

 

 

 

 

Обрабатываемость алюминиевого сплава 2018 достаточно хорошая; показатель обрабатываемости для сплава 2018-T6 составляет 70-75% (при этом за эталон принимается сплав 2011-T3 со 100% обрабатываемостью).

 

Благодаря высокой твердости (особенно в состоянии Т61), он обладает превосходными режущими свойствами. Легко отслаивается стружка, а качество поверхности высокое, что делает его очень подходящим для... прецизионное фрезерование и токарная обработка на станках с ЧПУ.

 

Такие детали, как ступицы винтов (черновая обработка с высокой подачей), поршни (микронная точность канавки кольца), рабочие колеса (чистота поверхности) и корпуса датчиков (тонкая резьба, уплотнительные поверхности), могут подвергаться вторичной обработке с помощью токарной и фрезерной обработки на станках с ЧПУ после ковки для обеспечения высоких требований к точности и герметичности. Ковка, как правило, не обладает точностью, присущей обработке на станках с ЧПУ. но при этом обеспечивает хорошее качество поверхности, более быструю формовку и экономию материала.

 

 

Советы по обработке на станках с ЧПУ:

 

• Материал инструмента: Карбид. Содержание никеля делает материал абразивным, и карбид более износостойкий, чем быстрорежущая сталь (HSS).
  
• Скорость резания: Высокая скорость. Высокоскоростная резка позволяет уменьшить образование нароста на кромке и улучшить качество поверхности.
  
• Охлаждающая жидкость: Охлаждение под высоким давлением/заливная вентиляция. Это смывает стружку и предотвращает изменение размеров, вызванное нагревом.
  
• Геометрия инструмента: Большой угол заточки и острые режущие кромки. Необходимо "врезаться" в матрицу с высоким содержанием меди, а не проталкивать материал.
  

 

 

 

 

Дополнительные физические свойства алюминия 2018 года

 

 

Таблица 4: Физические свойства алюминия марки 2018

 

 

 

 

 

 

Таблица эквивалентных марок алюминия 2018 года

 

 

Таблица 5: Другие названия алюминия 2018 года

 

 

 

  

 

Заключение

 

 

Алюминий 2018 — это сплав, подходящий как для обработки на станках с ЧПУ, так и для ковки, идеально подходящий для производства поршней или компонентов двигателей, работающих при высоких температурах и нагрузках. Несмотря на некоторые ограничения в коррозионной стойкости, алюминий 2018 (особенно 2018-T61) превосходит другие аэрокосмические материалы, такие как 7075, 7050 и 2024, при работе при высоких температурах. Его превосходная механическая прочность, термическая стабильность размеров и сопротивление ползучести при высоких температурах делают его лучшим выбором для легких материалов, которые должны сохранять структурную целостность при 200-300°C.

 

 

 

 

 

 

 

Пример из практики работы завода по обработке материалов на станках с ЧПУ VMT

 

 

В рамках недавнего проекта европейский заказчик связался с VMT Для изготовления партии вставок в верхнюю часть поршней двигателя, которые будут подвергаться высоким нагрузкам, заказчик первоначально рассматривал использование алюминия 7075. Однако, поскольку поршни должны выдерживать высокие температуры в течение длительного времени во время работы (в гоночных условиях), алюминий 7075 сопряжен с высоким риском разрушения. Исходя из этого, мы предложили перейти на кованые заготовки из алюминия 2018-T61 в качестве материала для изготовления поршней. вторично-прецизионная обработка на станках с ЧПУ.

 

Поскольку алюминиевый сплав 2018-T61 содержит около 2% никеля, его абразивность предъявляет довольно высокие требования к инструментам. На этапе вторичной обработки компания VMT использовала твердосплавные инструменты с алмазоподобным углеродным (DLC) покрытием в сочетании с системой внутреннего охлаждения высокого давления, что эффективно решило проблему термического износа режущих кромок. Для обработки прецизионных участков, таких как отверстия для поршневых пальцев и канавки для колец, мы применили стратегию обработки «высокоскоростной режим с малой подачей». Благодаря использованию высокой твердости алюминия 2018 и его легко ломающейся стружкообразующей способности, мы достигли превосходного качества поверхности (Ra < 0.8), обеспечив герметичность и долговечность деталей в условиях высоких температур и высокого давления.

 

Благодаря высокоточной вторичной обработке кованых заготовок на станках с ЧПУ, компания VMT успешно обеспечила соблюдение допусков для этой партии в пределах 0.01 мм. На заключительном этапе контроля мы использовали координатно-измерительную машину (КИМ) для проверки критических размеров с помощью термического моделирования. Результаты показали, что детали из сплава 2018-T61 демонстрируют значительно лучшую стабильность расширения после нагрева по сравнению с обычным авиационным алюминием.

 

 

 

 

 

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

 

 

Дорогой ли алюминий 2018 года? 

 

Алюминий марки 2018, используемый в аэрокосмической промышленности, относительно дорог. Его цена обычно в 2-3 раза выше, чем у широко используемого алюминия марки 6061.

 

 

Какова коррозионная стойкость алюминия марки 2018? 

 

По сравнению с алюминием серий 5000 (морской класс) и 6000 (конструкционный класс), алюминий 2018 обладает более низкой коррозионной стойкостью. Из-за высокого содержания меди он подвержен межкристаллитной коррозии. При использовании вне герметичной среды двигателя, анодирование обычно требуется.

 

 

В чем разница между алюминием 2017 и алюминием 2024? 

 

2017 мм 2018 — это самый ранний дюралюминий со средней прочностью; 2024 — это высокопрочный стандартный аэрокосмический алюминий. Хотя оба они прочны, ни один из них не обладает такой превосходной устойчивостью к высоким температурам и ползучести, как 2018 (которая обеспечивается содержанием никеля).

 

 

Что сильнее? алюминий 6061 or 5052? 

 

Алюминий 6061-T6 (предел прочности на растяжение ~310 МПа) значительно прочнее, чем 5052-H32 (предел прочности на растяжение ~230 МПа). Преимущество сплава 5052 заключается в его лучшей формуемости и превосходной коррозионной стойкости.

 

 

Можно ли сваривать алюминий марки 2018? 

 

Сваривать алюминий марки 2018, как правило, не рекомендуется. Как типичный сплав серии 2000 с высоким содержанием меди, он очень склонен к горячему растрескиванию и сильной межкристаллитной коррозии в зоне термического воздействия, что приводит к значительному снижению прочности соединения.

 

 

Что произойдет, если температура предварительного нагрева во время ковки превысит 530 °C? 

 

Когда температура превышает 530 °C, границы зерен с низкой температурой плавления внутри сплава начинают плавиться, образуя микроскопические пустоты в материале. Это «перегрев» приводит к резкому снижению пластичности и усталостной прочности. Это повреждение необратимо (его нельзя исправить повторным нагревом), и деталь приходится утилизировать.