Что такое алюминий 2024?
Алюминий 2024 Создается путем добавления небольших количеств металлических элементов в базовый металл для улучшения его характеристик. Эти «легирующие» элементы позволяют базовому металлу быть более полезным в различных условиях, и процесс легирования широко использовался для повышения свойств алюминия таким же образом. Алюминиевые сплавы — это самостоятельный класс инженерных материалов, каждый из которых обладает такими характеристиками, как высокая прочность, электропроводность и даже устойчивость к воздействию окружающей среды. Существует так много типов алюминиевых сплавов, что была разработана система нумерации Ассоциацией алюминия, главным органом по алюминию и его производным, для их организации. Эта система нумерации разделяет алюминиевые сплавы с помощью четырехзначных обозначений (1xxx, 2xxx, 3xxx и т.д.), где первая цифра обозначает конкретные легирующие элементы и общие характеристики группы, или «серии» (не стесняйтесь прочитать нашу статью о алюминиевом сплаве 6061 для объяснения последних трех цифр). Основной фокус этой статьи — алюминий 2024, относящийся к серии 2xxx алюминиевых сплавов, содержащих медь в качестве основного легирующего элемента. Алюминий 2024 широко используется благодаря своей высокой прочности, и в этой статье будут освещены свойства, позволяющие ему превосходить в таких применениях.
Физические свойства алюминия 2024
Каждый сплав содержит определенный процент легирующих элементов, которые придают базевому алюминию определённые полезные свойства. В алюминиевом сплаве 2024 эти процентные соотношения элементов составляют примерно 4,41% меди, 1,51% магния и 0,61% марганца. Эта разбивка объясняет, почему алюминий 2024 известен своей высокой прочностью, поскольку медь, магний и марганец значительно увеличивают прочность алюминиевых сплавов. Однако эта прочность достигается за счет недостатка; высокий процент меди в алюминии 2024 значительно снижает его коррозионную стойкость. Обычно присутствуют следовые количества примесных элементов (кремний, железо, цинк, титан и др.), но они указываются только в пределах заданных допусков по запросу заказчика. Его плотность составляет 2,77 г/см³, что немного выше чистого алюминия (2,7 г/см³). Алюминий 2024 очень легко обрабатывается и обладает хорошей обрабатываемостью, что позволяет как резать, так и экструдировать его при необходимости.
Коррозионная стойкость и покрытие
Как уже упоминалось, голый Алюминий 2024 сплав более подвержен коррозии, чем большинство других алюминиевых сплавов. Производители решили эту проблему, покрывая эти уязвимые сплавы слоем коррозионностойкого металла (называемым «гальванизацией» или «обкладкой»). Этот слой иногда состоит из высокочистого алюминия или даже другого сплава, и наиболее популярен в облицованной листовой металлопрокатной продукции, где исходный сплав может быть зажат между слоями облицовки. Облицованный алюминий настолько популярен, что была разработана серия продуктов AlClad, которые широко используются для придания коррозионно-устойчивых свойств сплавам, таким как 2024, сочетая лучшие качества обоих. Это развитие делает алюминий 2024 особенно полезным, поскольку его прочность может реализовываться там, где необработанный сплав обычно деградирует.
Термическая обработка для повышения прочности
Некоторые алюминиевые сплавы, такие как серии 2xxx, 6xxx и 7xxx, можно упрочнить с помощью процесса, известного как термическая обработка. Этот процесс включает нагрев сплава до определенной температуры, чтобы позволить легирующим элементам смешаться или «гомогенизироваться» в базовом металле, а затем быстро охладить его в растворе, чтобы зафиксировать эти элементы на месте. Этот этап называется «растворная термическая обработка». Эти элементы нестабильны, и при охлаждении детали они выпадают из алюминиевого «раствора» в виде соединений (например, атомы меди выпадают в виде Al2Cu). Эти соединения увеличивают общую прочность сплава за счет взаимодействия с микроструктурой алюминия, и этот процесс называется «старение». Процессы растворной термической обработки и старения важны для понимания, поскольку существует множество типов алюминия 2024, основанных на способе выполнения этих этапов, и они имеют такие обозначения, как 2024-T4, 2024-T59, 2024-T6 и т.д.
Алюминий 2024 в своем оптимальном прочностном состоянии приобретает не только за счет состава, но и благодаря процедуре термической обработки. Существует множество различных процедур или «твердых состояний» алюминия (обозначаемых как -Tx, где x — однозначное или многозначное число), каждая из которых обладает своими уникальными свойствами, несмотря на одинаковый сплав. Первая цифра после «T» указывает на основной метод термической обработки, а вторые-пятые цифры — на конкретные производственные характеристики. Например, в твердом состоянии 2024-T42 цифра «4» означает, что сплав упрочнен решеточной термической обработкой и естественным старением, а цифра «2» указывает, что покупатель должен провести термическую обработку металла самостоятельно. Эта система может быть довольно запутанной, поэтому в течение этой статьи мы приведем значения прочности только для одного из более простых твердых состояний — 2024-T4 алюминия.
Механические свойства
Существуют определённые механические свойства, которые можно использовать для характеристики алюминиевого сплава. Для сплава, такого как алюминий 2024, важными показателями являются предел прочности, предел текучести, сдвиговая прочность, усталостная прочность, а также модуль упругости и сдвиговая модуль. Эти значения дадут представление о обрабатываемости, прочности и возможных сферах применения материала и приведены ниже в Таблице 1.
Предел прочности и предельная прочность — это максимальные уровни напряжения, при которых образец сплава не деформируется постоянно и постоянно соответственно. Для более подробного обсуждения этих значений вы можете ознакомиться с нашей статьей о алюминиевом сплаве 7075. Они важны при использовании сплава в статических приложениях, где не должна происходить постоянная деформация, например, в зданиях или средствах безопасности. Алюминий 2024 обладает впечатляюще высокими предельной и предельной прочностью — 469 МПа (68 000 psi) и 324 МПа (47 000 psi), что делает его привлекательным для высокопрочных конструкционных материалов, таких как алюминиевые трубы.
Прочность на срез и усталость — это показатели сопротивляемости материала определённым нагрузкам. Для прочности на срез это означает сопротивление срезающим напряжениям, также известным как «разрезающим» напряжениям (в нашей статье о алюминии 6061 приводится интуитивное объяснение этих сил). Прочность на срез алюминия 2024 составляет 283 МПа (41 000 psi), что является умеренно прочным, при этом его всё ещё можно разрезать из обычного стержня. Прочность на усталость, с другой стороны, — важный показатель для сплавов, используемых в аэрокосмической промышленности, таких как алюминий 2024. Самолёты подвергаются периодическим нагрузкам (например, при взлёте, посадке и т.д.), которые изначально могут не деформировать сплав; однако при многократном воздействии этих меньших нагрузок сплав может микроскопически ослабевать, а затем в конечном итоге — макроскопически, при достаточном времени. Прочность на усталость — это показатель того, насколько материал устойчив к разрушению при такой усталости, и она составляет 138 МПа (20 000 psi), рассчитанная при 500 000 000 циклов нагрузки под пределом текучести.
Наконец, модуль упругости и сдвиговый модуль являются параметрами, показывающими, насколько «эластичным» является данный материал при деформации. Они дают хорошее представление о сопротивлении материала постоянной деформации. Для алюминиевого сплава 2024 модуль упругости составляет 73,1 ГПа (10 600 ksi), а сдвиговый модуль — 28 ГПа (4 060 ksi), что даже больше, чем у других высокопрочных авиационных сплавов, таких как алюминий 7075.
Резюме механических свойств алюминиевого сплава 2024.
| Механические свойства | Метрическая система | Английский |
| Максимальная прочность на растяжение | 469 МПа | 68000 psi |
| Предел текучести при растяжении | 324 МПа | 47000 psi |
| Сдвиговая прочность | 283 МПа | 41000 psi |
| Предел усталости | 138 МПа | 20000 psi |
| Модуль упругости | 73,1 ГПа | 10600 ksi |
| Коэффициент сдвига | 28 ГПа | 4060 ksi |
Применение алюминия 2024
Алюминий типа 2024 обладает отличной обрабатываемостью, хорошей свариваемостью, высокой прочностью и может быть защищен от коррозии с помощью накладок, что делает его оптимальным выбором для авиационной и автомобильной промышленности. Алюминий 2024 широко используется во многих отраслях, но наиболее распространенные области применения этого отличного сплава следующие:
Автомобильные колеса
Конструкционные части самолетов
Шестерни
Цилиндры
Поршни
Резюме
В этой статье представлен краткий обзор свойств, прочности и применений алюминия 2024.
XTJ — ведущий OEM-производитель, который занимается предоставлением комплексных решений от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся сертифицированной системой управления качеством ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.
