Порошок алюминиевый САС-1-50

Спечённый алюминиевый сплав САС-1-50: что это за материал

Порошок алюминиевый САС-1-50 — гранулированный (порошковый) полуфабрикат спечённого алюминиевого сплава системы Al–Si–Ni. По цифровой классификации алюминиевых сплавов ему соответствует обозначение 1319. Альтернативная маркировка того же состава с более крупной фракцией частиц — САС1-400.

Аббревиатура «САС» расшифровывается как «спечённый алюминиевый сплав». Цифра «1» указывает номер марки в семействе САС, а «50» — максимальный размер частиц порошка в микрометрах. Таким образом, САС-1-50 представляет собой мелкодисперсную фракцию (до 50 мкм) пульверизата сплава, а САС1-400 — грубую фракцию того же сплава (до 400 мкм).

По металлургической природе сплав является заэвтектическим силумином с добавкой никеля. Именно заэвтектический характер обеспечивает формирование большого количества первичных кристаллов кремния, которые после спекания создают дисперсно-упрочнённую структуру.

Нормативная база

Химический состав и требования к полуфабрикатам сплава регламентируются отраслевыми стандартами:

Документ	Область действия
ОСТ 1 90048-90	Состав, общие технические требования к спечённым алюминиевым сплавам
ОСТ 1 90203-75	Полуфабрикаты из спечённых алюминиевых сплавов
ОСТ 1 90204-75	Прутки прессованные из сплавов типа САС
ОСТ 1 92093-83	Сортовой и фасонный прокат

Порошковая форма (пульверизат для последующего брикетирования и спекания) поставляется по техническим условиям, в том числе ТУ 48-0107-42-80 и ТУ 1-4-055-79.

Химический состав сплава САС-1-50 по ОСТ 1 90048-90

Элемент	Содержание, % масс.
Кремний (Si)	25,0–30,0
Никель (Ni)	5,0–7,0
Железо (Fe)	≤ 0,5 (примесь)
Алюминий (Al)	Основа

Высокая концентрация кремния (значительно выше эвтектической точки ~12,6 % в системе Al–Si) — определяющая особенность сплава. Никель вводится для образования интерметаллидной фазы NiAl₃, которая дополнительно стабилизирует структуру и повышает модуль упругости. Содержание железа ограничено как примеси.

По ОСТ 1 90048-90 допускается содержание оксида алюминия (Al₂O₃) на 1,5 % выше верхнего предела — при условии гарантии механических свойств, указанных в отраслевой документации на полуфабрикаты.

Физические свойства порошка и спечённого сплава

Параметр	Значение	Условия
Плотность	2730 кг/м³	20 °C, спечённый полуфабрикат
Модуль нормальной упругости (E)	100 ГПа	20 °C
Удельное электросопротивление	10,5 × 10⁻⁸ Ом·м	20 °C
ТКЛР (20–100 °C)	14,5 × 10⁻⁶ K⁻¹	—
ТКЛР (100–200 °C)	15,8 × 10⁻⁶ K⁻¹	—
ТКЛР (200–300 °C)	17,0 × 10⁻⁶ K⁻¹	—
Удельная теплоёмкость (100 °C)	712 Дж/(кг·К)	—
Удельная теплоёмкость (200 °C)	755 Дж/(кг·К)	—
Удельная теплоёмкость (300 °C)	797 Дж/(кг·К)	—

Ключевая особенность сплава — низкий коэффициент термического линейного расширения (ТКЛР). При 14,5 × 10⁻⁶ K⁻¹ в диапазоне 20–100 °C он заметно ниже, чем у большинства деформируемых алюминиевых сплавов (типичные значения 22–24 × 10⁻⁶ K⁻¹). Это обусловлено большим объёмным содержанием кристаллов кремния, ТКЛР которого составляет около 2,6 × 10⁻⁶ K⁻¹.

Модуль упругости 100 ГПа — существенно выше, чем у стандартных алюминиевых сплавов (65–72 ГПа). Сочетание высокого модуля с низким ТКЛР делает сплав пригодным для точных приборов, работающих в условиях температурных перепадов.

Механические свойства прессованных прутков

Параметр	Значение
Временное сопротивление разрыву (σ_в)	235–270 МПа
Условный предел текучести (σ_0,2)	≥ 165 МПа
Относительное удлинение (δ)	1–2 %
Относительное сужение (ψ)	≥ 1,4 %
Твёрдость по Бринеллю	80 HB

Данные приведены для прессованных прутков в направлении вдоль оси прессования (состояние поставки по ОСТ 1 90204-75). Значение σ_в варьируется в зависимости от условий консолидации и последующей обработки.

Пластичность сплава невысока (δ = 1–2 %), что является прямым следствием большого количества хрупких кристаллов кремния в структуре. Холодная деформация практически невозможна. Горячее деформирование — допустимо.

Роль легирующих элементов в структуре сплава

Кремний (25–30 %)

При содержании значительно выше эвтектической точки кремний образует крупные первичные кристаллы. В обычных литейных силуминах такие кристаллы грубые и снижают механические свойства. Однако при получении порошка методом пульверизации расплава скорость кристаллизации отдельных капель чрезвычайно высока — кристаллы первичного кремния измельчаются до размеров в единицы микрометров. Такая дисперсная структура при спекании обеспечивает одновременно высокий модуль упругости, износостойкость и низкий ТКЛР.

Никель (5–7 %)

Формирует интерметаллид NiAl₃, который в виде мелких дисперсных частиц воздействует на алюминиевую матрицу и дополнительно снижает ТКЛР. Никель также повышает жаростойкость сплава.

Место САС-1 среди спечённых алюминиевых материалов

Спечённые алюминиевые материалы промышленного значения делятся на две основные группы:

Группа	Расшифровка	Система легирования	Главная особенность
САП	Спечённая алюминиевая пудра	Al + Al₂O₃	Высокая жаропрочность (до 350–500 °C в зависимости от марки)
САС	Спечённый алюминиевый сплав	Al–Si–Ni (Fe)	Низкий ТКЛР и высокий модуль упругости

В группе САП (марки САП1–САП4) упрочнение достигается дисперсными частицами оксида алюминия, которые образуются на поверхности тонкоизмельчённой пудры при помоле. В группе САС упрочнение обеспечивается интерметаллидными и кристаллическими фазами легирующих элементов (Si, Ni, Fe). Эти две группы решают разные задачи: САП — работа при повышенных температурах, САС — размерная стабильность в условиях температурных перепадов.

Технологические особенности порошка САС-1-50

Порошок САС-1-50 получают пульверизацией (распылением) жидкого сплава заданного состава. При распылении капли расплава кристаллизуются с высокой скоростью, что обеспечивает дисперсную структуру частиц. Размер частиц порошка фракции «-50» — до 50 мкм.

Форма частиц порошка, полученного пульверизацией, — преимущественно сферическая или близкая к сферической. Это определяет хорошую текучесть порошка и равномерное заполнение пресс-форм при брикетировании.

После холодного брикетирования и вакуумного отжига брикет подвергается горячей экструзии (прессованию) для получения прутков и других полуфабрикатов. Высокая скорость кристаллизации при пульверизации — ключевой фактор: именно она обеспечивает измельчение кристаллов первичного кремния и интерметаллидов, от чего зависят конечные свойства материала.

Области применения сплава САС-1

Сплав САС-1 (САС-1-50 / САС1-400) применяется в тех конструкциях, где критически важна размерная стабильность при изменении температуры в сочетании с малой массой:

Область	Конкретные применения
Авиационная и космическая техника	Штамповки и прокат для конструкционных деталей
Приборостроение	Детали высокоточных приборов систем воздушной ориентации (гироскопы, инерциальные системы)
Атомная промышленность	Элементы конструкций, работающие в условиях температурных градиентов

Низкий ТКЛР делает сплав незаменимым в приборах, где даже микронные размерные изменения от температуры недопустимы. Высокий модуль упругости (100 ГПа при плотности 2730 кг/м³) обеспечивает жёсткость конструкции при минимальной массе.

Формы поставки

Порошок САС-1-50 поставляется как сыпучий гранулированный материал фракцией до 50 мкм для дальнейшей переработки методами порошковой металлургии. Из порошка изготавливаются следующие виды полуфабрикатов:

Вид полуфабриката	Нормативный документ
Прутки прессованные	ОСТ 1 90204-75
Сортовой и фасонный прокат	ОСТ 1 92093-83
Штамповки	По отраслевой НТД

Порошок поставляется в герметичной таре, предотвращающей увлажнение и окисление. Хранение — в сухих закрытых помещениях.

Сравнение САС-1 с другими спечёнными алюминиевыми материалами

Параметр	САС-1 (САС-1-50)	САП-1	Дюралюминий Д16Т (для сравнения)
Система	Al–Si–Ni	Al–Al₂O₃	Al–Cu–Mg
Плотность, кг/м³	2730	2730	2780
E, ГПа	100	70	72
σ_в, МПа	235–270	300–400	440–470
ТКЛР (20–100 °C), ×10⁻⁶ K⁻¹	14,5	~22	~22,9
Пластичность (δ)	1–2 %	3–8 %	10–12 %
Рабочая температура	До 200–250 °C	До 350–500 °C	До 120–150 °C

Из таблицы видно, что САС-1 уступает САП по прочности и пластичности, но значительно превосходит его по жёсткости (модуль упругости на 43 % выше) и размерной стабильности (ТКЛР на 34 % ниже). По сравнению с деформируемыми алюминиевыми сплавами, САС-1 выигрывает именно по параметрам, связанным с размерной стабильностью и жёсткостью.

Особенности работы со сплавом САС-1

Механическая обработка

Спечённый полуфабрикат из САС-1 хорошо обрабатывается резанием. Высокое содержание кремния обеспечивает образование ломкой стружки и чистую поверхность реза. Рекомендуется использовать твёрдосплавный инструмент из-за абразивного воздействия кристаллов кремния на режущую кромку.

Ограничения по формовке

Холодная пластическая деформация практически невозможна из-за малого удлинения (1–2 %). Все формообразующие операции выполняются горячим способом: горячее прессование, ковка, штамповка. Сварка затруднена.

Условия хранения и обращения с порошком

Порошок алюминиевого сплава САС-1-50 относится к пожаровзрывоопасным материалам. Тонкодисперсный алюминиевый порошок при взвешенном состоянии в воздухе способен образовывать взрывоопасные аэровзвеси. Хранение и работа с порошком требуют соблюдения правил обращения с горючими металлическими порошками: сухие помещения, отсутствие источников искрообразования, герметичная тара.

При работе с порошком применяются средства индивидуальной защиты органов дыхания. Алюминиевая пыль относится к 3-му классу опасности по степени воздействия на организм.

Порошок алюминиевый САС-1-50 — итоги

Спечённый алюминиевый сплав САС-1 (порошковая фракция САС-1-50, полуфабрикаты САС1-400, цифровое обозначение 1319) — специализированный конструкционный материал для изделий, где критична размерная стабильность при температурных колебаниях. Сочетание низкого ТКЛР (14,5 × 10⁻⁶ K⁻¹), высокого модуля упругости (100 ГПа) и малой плотности (2730 кг/м³) делает его незаменимым в высокоточном приборостроении, авиакосмической технике и атомной промышленности.

Порошковая форма САС-1-50 (фракция до 50 мкм) обеспечивает наиболее мелкую структуру кристаллов кремния после спекания, что положительно сказывается на механических свойствах конечного изделия.

На сайте russkijmetall.ru представлен алюминиевый порошок различных марок, а также порошок алюминия АСД-4 для других промышленных задач.