Сплав АК6ч

Сплав АК6ч — чистая модификация алюминиевого деформируемого сплава АК6 (цифровое обозначение 1360), относящегося к системе Al–Cu–Mg–Si. Обозначение «ч» указывает на пониженное содержание примесей, прежде всего железа, что обеспечивает более высокие показатели пластичности и вязкости разрушения по сравнению с базовой маркой. Химический состав АК6ч регламентирован отраслевым стандартом ОСТ 1 90048-90, а базовая марка АК6 описана в межгосударственном ГОСТ 4784-2019 (заменил ранее действовавший ГОСТ 4784-97).

Сплав разработан для горячей штамповки и ковки деталей сложной формы средней прочности, преимущественно в авиационной промышленности. Благодаря хорошей технологичности при горячей деформации, удовлетворительной обрабатываемости резанием и возможности упрочнения термической обработкой, АК6ч находит применение при изготовлении крыльчаток компрессоров, корпусных агрегатных деталей, крепёжных элементов и силовых конструкций.

Химический состав сплава АК6ч

Основа сплава — алюминий (около 93–97 %). Легирование медью, магнием, кремнием и марганцем обеспечивает возможность термического упрочнения и формирование комплекса прочностных и пластических характеристик. Ниже приведён химический состав для двух нормативных документов.

Состав по ОСТ 1 90048-90 (марка АК6ч)

Al — основа (остальное). Массовая доля каждой нерегламентированной примеси ≤ 0,05 %, суммарная доля прочих примесей ≤ 0,10 %.

Состав по ГОСТ 4784-2019 (базовая марка АК6)

Al — основа. Массовая доля каждой нерегламентированной примеси ≤ 0,05 %, суммарная доля прочих примесей ≤ 0,10 %.

Различие между АК6 и АК6ч

Ключевое отличие — ужесточённый предел содержания железа: в АК6ч он составляет не более 0,4 %, тогда как в базовой марке АК6 допускается до 0,7 %. Снижение содержания железа уменьшает количество грубых интерметаллидных включений фаз типа Al₇Cu₂Fe и Al₁₂(FeMn)₃Si, которые являются концентраторами напряжений и снижают пластичность, ударную вязкость и сопротивление усталости. Поэтому модификация «ч» востребована в авиастроении и других ответственных отраслях, где требуется гарантированный уровень вязкости разрушения.

Роль легирующих элементов в сплаве АК6ч

Медь (Cu, 1,8–2,6 %) — основной упрочняющий элемент. При термической обработке (закалка + старение) медь образует метастабильные фазы θ’ и θ» (Al₂Cu), которые обеспечивают дисперсионное твердение. Повышает прочность и твёрдость, но снижает коррозионную стойкость.

Кремний (Si, 0,7–1,2 %) — совместно с магнием формирует упрочняющую фазу Mg₂Si (β-фаза), участвующую в дисперсионном твердении. Улучшает литейные свойства и технологичность при горячей деформации, расширяет интервал ковочных температур.

Магний (Mg, 0,4–0,8 %) — участвует в образовании фаз Mg₂Si и S (Al₂CuMg), дополнительно упрочняя твёрдый раствор. Повышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.

Марганец (Mn, 0,4–0,8 %) — образует дисперсоиды Al₂₀Cu₂Mn₃ и Al₆Mn, препятствующие рекристаллизации при нагреве. Тормозит рост зерна, повышает температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства при повышенных температурах.

Железо (Fe, ≤ 0,4 %) — неизбежная примесь, попадающая из шихты и футеровки. Образует нерастворимые интерметаллиды, снижающие пластичность и вязкость. Ограничение до 0,4 % в чистом варианте «ч» минимизирует этот негативный эффект.

Физические свойства сплава АК6ч

Физические характеристики АК6ч практически идентичны базовой марке АК6, поскольку разница в составе касается только содержания примеси железа. Данные приведены по справочнику деформируемых алюминиевых сплавов.

Модуль упругости 72 ГПа характерен для большинства алюминиевых деформируемых сплавов и составляет примерно треть от модуля упругости конструкционных сталей. Плотность 2750 кг/м³ — типичное значение для сплавов серии Al–Cu–Mg–Si, что обеспечивает высокую удельную прочность (отношение σ_В/ρ).

Механические свойства сплава АК6ч

Механические характеристики АК6/АК6ч зависят от вида полуфабриката, сечения и режима термической обработки. Типичные значения при температуре 20 °С приведены в таблице ниже.

Твёрдость по Бринеллю для термообработанных поковок и штамповок составляет 95–100 HB. Сплав обеспечивает хорошее сочетание прочности и пластичности, что позволяет применять его для деталей, работающих при динамических и статических нагрузках.

Термическая обработка алюминиевого сплава АК6ч

АК6ч относится к термически упрочняемым сплавам. Упрочнение достигается закалкой с последующим старением — естественным или искусственным. Также применяется отжиг для снятия нагартовки и перевода материала в мягкое состояние.

Закалка сплава АК6ч

Нагрев под закалку производится при температуре 505–525 °С. Интервал нагрева узкий (около 20 °С), что требует точного контроля температуры печи. Превышение температуры солидуса приводит к пережогу — необратимому браку, характеризующемуся оплавлением границ зёрен и резким падением механических свойств (контролируется по ГОСТ 27637-88).

Охлаждение при закалке — в воде при температуре не выше 40 °С. Время переноса из печи в закалочный бак не должно превышать 15–30 секунд. Для массивных деталей и полуфабрикатов сложной конфигурации допускается закалка в горячей воде: при толщине стенки до 30 мм — в воде 80–90 °С, при толщине до 150 мм — в воде 70–80 °С. Закалка в горячей воде снижает прочностные характеристики не более чем на 5 %, но уменьшает закалочные напряжения и коробление, а также несколько повышает сопротивление коррозионному растрескиванию.

Старение после закалки

Естественное старение — выдержка при температуре 20 °С в течение более 96 часов (4 суток). Обеспечивает высокую пластичность и сопротивление коррозионному растрескиванию при пониженных прочностных характеристиках по сравнению с искусственным старением.

Искусственное старение — выдержка при температуре 160–165 °С в течение 10–15 часов. Для сплава АК6 перерыв между закалкой и началом искусственного старения должен составлять не более 6 часов, так как при больших перерывах часть зон Гинье–Престона успевает сформироваться при комнатной температуре и последующее искусственное старение даёт неоптимальную структуру упрочняющих выделений.

Отжиг

Полный отжиг для снятия нагартовки и возврата в мягкое состояние выполняется при 380–420 °С с выдержкой 10–60 минут (в зависимости от толщины сечения). Охлаждение — со скоростью не более 30 °С/час до 260 °С, далее на воздухе.

Технологические свойства и обработка сплава АК6ч

Горячая деформация — ковка и штамповка

АК6ч является одним из основных ковочных алюминиевых сплавов. Ковка и штамповка проводятся при температуре 450–475 °С. Сплав отличается высокой технологичностью при горячей деформации: хорошо заполняет сложные штамповые полости, допускает высокие степени обжатия. Температурный интервал ковки шире, чем у сплава АК8, что облегчает технологический процесс.

Важный технологический нюанс: деформация при 505–525 °С с непосредственной закалкой в воде и последующим старением (высокотемпературная термомеханическая обработка — ВТМО) приводит к дополнительному повышению прочности и ударной вязкости. В микроструктуре при этом наблюдается фрагментация зерён и уменьшение глубины рекристаллизованного слоя.

Обработка резанием

Сплав удовлетворительно обрабатывается резанием в термообработанном состоянии (после закалки и старения). В отожжённом (мягком) состоянии обрабатываемость хуже из-за повышенной вязкости и склонности к налипанию на инструмент.

Свариваемость

АК6ч удовлетворительно сваривается контактной и аргонодуговой сваркой. При дуговой сварке следует учитывать склонность к образованию горячих трещин в зоне термического влияния, обусловленную наличием меди. Для снижения риска трещинообразования рекомендуется контроль термического цикла сварки и применение присадочных материалов соответствующего состава.

Коррозионная стойкость и защита поверхности

Как и все сплавы системы Al–Cu, АК6ч обладает пониженной стойкостью к общей атмосферной, межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию по сравнению с техническим алюминием и сплавами серий Al–Mg и Al–Mg–Si. Медь, входящая в состав интерметаллидных фаз, создаёт локальные гальванические пары с алюминиевой матрицей, что ускоряет электрохимическую коррозию.

Для эксплуатации в атмосферных условиях изделия из АК6ч необходимо защищать: анодированием (оксидное покрытие), нанесением лакокрасочных покрытий или их комбинацией. В условиях контакта с агрессивными средами (морская атмосфера, промышленные газы) дополнительная защита обязательна.

Формы поставки продукции из сплава АК6ч

Сплав АК6/АК6ч поставляется в виде различных полуфабрикатов, изготовленных методами горячей и холодной деформации. Основные формы поставки:

Прутки прессованные из алюминиевого сплава АК6ч

Прутки алюминиевые из сплава АК6 выпускаются круглого, квадратного и шестигранного сечения. Нормативные документы: ГОСТ 21488-97 (прутки прессованные общего назначения), ГОСТ Р 51834-2001 (прутки повышенной прочности и повышенной пластичности). Диаметр круглых прутков — от 8 до 300 мм. Состояние поставки — закалённое и искусственно состаренное.

Профили прессованные из сплава АК6ч

Прессованные алюминиевые профили из АК6 изготавливаются по ГОСТ 8617-81 и ряду сопутствующих стандартов на профили конкретных сечений: равнополочные и неравнополочные уголки, швеллеры, двутавры, тавры, зетовые и полосообразные профили (ГОСТ 13616-97…13738-91, ГОСТ 17575-90, ГОСТ 17576-97, ГОСТ 29296-92, ГОСТ 29303-92 и другие). Профили поставляются в термообработанном состоянии.

Трубы прессованные из сплава АК6ч

Трубы из АК6 изготавливаются по ГОСТ 18482-79 (трубы прессованные) и ГОСТ 23697-79 (трубы сварные прямошовные). Толщина стенки прессованных труб — от тонкостенных (менее 5 мм) до крупногабаритных (стенка до 40 мм и более). Крупногабаритные трубы также регламентируются ОСТ 1 92048-90.

Поковки и штамповки

Поковки и штамповки из АК6/АК6ч — основная область применения сплава. Производятся по ОСТ 1 90073-85. Размеры поковок — до 300 мм, штамповок — до 200 мм. Термическая обработка: режим Т1 — закалка с последующим искусственным старением.

Области применения сплава АК6ч

Сплав АК6ч востребован в отраслях, где требуется сочетание средней прочности, высокой пластичности и хорошей штампуемости:

Авиационная и космическая промышленность — штампованные и кованые детали сложной формы: крыльчатки компрессоров и вентиляторов, корпусные агрегатные детали, лопатки диффузоров, заборники воздуха, фитинги, рамы, кронштейны.

Двигателестроение — силовые элементы и крепёж двигателей различной мощности, детали, работающие при температурах до 150 °С. При более высоких температурах происходит разупрочнение из-за коагуляции упрочняющих выделений.

Транспортное машиностроение — детали автомобилей, тракторов и иной техники, где требуется снижение массы при сохранении прочности: элементы подвески, рычаги, кронштейны, фланцы.

Общее машиностроение — штампованные изделия средней прочности, крепёжные элементы, соединительные узлы, детали приборов.

Зарубежные аналоги сплава АК6ч

Ниже перечислены ближайшие (не тождественные) зарубежные аналоги. Составы и свойства могут отличаться — при замене необходимо сопоставлять химический состав и требования к механическим свойствам по конкретному применению.

Указаны ближайшие аналоги. Полное совпадение химического состава и механических свойств не гарантируется.

Нормативная документация на сплав АК6ч

Перечень основных стандартов, регламентирующих состав, свойства и формы поставки сплава АК6/АК6ч: