Сплав АК8

Алюминиевый деформируемый сплав АК8 (цифровое обозначение 1380, устаревшее — АКД8) относится к системе Al–Cu–Mg–Si. Это термически упрочняемый ковочный сплав повышенной прочности, предназначенный для изготовления высоконагруженных деталей методами горячей и холодной обработки давлением.

По международной классификации ИСО 209 сплав обозначается AlCu4SiMg и 2014. Марочный состав и требования к полуфабрикатам регламентированы ГОСТ 4784-2019 и рядом стандартов на конкретные виды продукции.

Зарубежные аналоги сплава АК8

При подборе заменителей для международных проектов используют следующие марки-аналоги (указаны как точные, так и ближайшие):

При выборе аналога необходимо сверять конкретные требования к химическому составу и механическим свойствам по соответствующему национальному стандарту, поскольку допустимые диапазоны легирующих элементов могут различаться.

Химический состав сплава АК8 по ГОСТ 4784-2019

Основа сплава — алюминий. Главные легирующие элементы — медь, кремний, марганец и магний. Совместное присутствие Cu и Si обеспечивает образование упрочняющих фаз θ′ (CuAl₂) и β′ (Mg₂Si) при термической обработке, что определяет высокий уровень прочности сплава АК8.

Суммарная массовая доля Ti + Zr ≤ 0,20 %. Массовая доля каждой нерегламентированной примеси ≤ 0,05 %, суммарная доля прочих примесей ≤ 0,15 %. Фактическое содержание алюминия определяется как разность между 100 % и суммой всех определяемых элементов.

Влияние легирующих элементов на свойства

Медь (Cu 3,9–5,0 %) — основной упрочняющий элемент. При старении образует метастабильные фазы θ″ и θ′ (CuAl₂), обеспечивающие высокую прочность. Одновременно снижает коррозионную стойкость, что обуславливает необходимость защитных покрытий.

Кремний (Si 0,5–1,2 %) — совместно с магнием формирует фазу Mg₂Si, повышающую прочность после термообработки. Улучшает литейные свойства и обрабатываемость резанием.

Марганец (Mn 0,4–1,0 %) — повышает прочность твёрдого раствора, способствует измельчению зерна, улучшает сопротивление горячему растрескиванию при деформации.

Магний (Mg 0,2–0,8 %) — в сочетании с кремнием участвует в образовании упрочняющей фазы Mg₂Si. Также способствует повышению прочности твёрдого раствора.

Физические свойства алюминиевого сплава АК8

Основные физические характеристики сплава АК8 при комнатной и повышенной температуре приведены в таблице.

Плотность сплава АК8 (2,80 г/см³) незначительно выше, чем у чистого алюминия (2,70 г/см³), что обусловлено содержанием тяжёлых легирующих элементов — в первую очередь меди. Модуль упругости 74 ГПа характерен для деформируемых алюминиевых сплавов системы Al–Cu и обеспечивает достаточную жёсткость конструкций при малой массе.

Механические свойства сплава АК8 при 20 °С

Уровень механических характеристик существенно зависит от вида полуфабриката, его размеров (сечения) и режима термической обработки. Ниже приведены значения для основных видов продукции.

Прутки прессованные по ГОСТ 21488-97

Прутки повышенной прочности по ГОСТ Р 51834-2001

Поковки и штамповки по ОСТ 1 90073-85

Механические свойства поковок зависят от режима термообработки и направления вырезки образцов. Для режима Т1 (закалка + искусственное старение) наилучшие значения в долевом направлении достигают:

Твёрдость сплава АК8

Технологические свойства сплава АК8

Сплав АК8 обладает комплексом технологических свойств, определяющих его применимость в производстве деформированных полуфабрикатов и деталей сложной формы.

Обрабатываемость давлением

Высокая пластичность сплава при нагреве позволяет выполнять горячую штамповку, ковку и прессование в интервале температур 420–470 °С. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, обладает повышенной стойкостью к образованию горячих трещин при обработке давлением. Холодная деформация также допустима, однако степень обжатия ограничена в закалённом и состаренном состоянии.

Обрабатываемость резанием

Сплав АК8 в термически обработанном состоянии хорошо обрабатывается резанием. Присутствие кремния способствует формированию короткой ломкой стружки, что облегчает механическую обработку на автоматических станках и ЧПУ-оборудовании.

Свариваемость

Сплав допускает сварку, однако свариваемость оценивается как удовлетворительная. Высокое содержание меди повышает склонность к образованию горячих трещин в сварном шве. При сварке рекомендуется применять специализированные присадочные материалы. Прочность сварного соединения составляет ориентировочно 60–70 % от прочности основного металла.

Коррозионная стойкость

По коррозионной стойкости сплав АК8 уступает большинству алюминиевых сплавов, не содержащих меди. Высокое содержание Cu создаёт условия для электрохимической коррозии, особенно в агрессивных средах (морская атмосфера, промышленные газы). Для эксплуатации без защитных покрытий сплав не рекомендуется.

Термическая обработка сплава АК8

Сплав АК8 относится к термически упрочняемым алюминиевым сплавам. Комплекс высоких механических свойств достигается посредством закалки с последующим старением. Ниже приведены основные режимы термообработки.

Режим Т1 — закалка и искусственное старение

Закалка. Нагрев до температуры 495–505 °С с выдержкой, обеспечивающей полное растворение упрочняющих фаз в твёрдом растворе. Охлаждение в воде с температурой не выше 40 °С. Для массивных деталей сложной конфигурации (во избежание коробления и высоких закалочных напряжений) допускается охлаждение в нагретой воде (до 80 °С), однако это может привести к снижению прочностных характеристик примерно на 5 %.

Искусственное старение. Температура 155–205 °С, время выдержки от 10 до 15 часов в зависимости от конкретного режима и размера изделия. Режим Т1 обеспечивает максимальную прочность.

Режим Т — закалка и естественное старение

После закалки по тем же режимам проводится выдержка при температуре 20 °С в течение не менее 96 часов (4 суток). Естественное старение обеспечивает более высокую пластичность и повышенное сопротивление коррозионному растрескиванию по сравнению с искусственным старением при несколько пониженных прочностных показателях.

Важная технологическая особенность: в отличие от близкого по составу сплава АК4-1, сплав АК8 не чувствителен к перерыву между закалкой и искусственным старением. Вылёживание после закалки не влияет на итоговые механические свойства после последующего искусственного старения.

Режим Т2 — закалка и перестаривание

Применяется для деталей, испытывающих постоянно действующие растягивающие напряжения (например, от постановки болтов или втулок с натягом). Режим Т2 обеспечивает повышенное сопротивление коррозионному растрескиванию при некотором снижении прочности по сравнению с режимом Т1.

Защита от коррозии деталей из сплава АК8

Низкая коррозионная стойкость сплава АК8 требует обязательного применения защитных покрытий при эксплуатации в атмосферных условиях и агрессивных средах. Основные методы защиты:

Анодно-оксидное покрытие (анодирование) по ГОСТ 9.303-84 — формирование на поверхности изделия плотной оксидной плёнки электрохимическим способом. Наиболее распространённый метод защиты для деталей авиационного назначения.

Лакокрасочные покрытия — наносятся как самостоятельная защита или в комбинации с анодированием для повышения долговечности в условиях повышенной влажности, промышленной атмосферы.

Формы поставки сплава АК8

Сплав АК8 поставляется в виде полуфабрикатов различных типоразмеров. Основные виды продукции:

Чушки и слитки — для последующей обработки давлением (ковки, штамповки, прессования). Химический состав чушек регламентирован ГОСТ 1131-76.

Прутки прессованные — круглого, квадратного и шестигранного сечения. Размеры, допуски и механические свойства нормированы ГОСТ 21488-97 (нормальная прочность) и ГОСТ Р 51834-2001 (повышенная прочность и пластичность).

Профили прессованные — различного поперечного сечения по ГОСТ 8617-81. Применяются в качестве конструктивных элементов в авиастроении и машиностроении.

Поковки и штамповки — изготавливаются из сплава АК8 методами горячей объёмной штамповки и свободной ковки. Требования к механическим свойствам определяются ОСТ 1 90073-85.

Трубы прессованные — в том числе крупногабаритные, для специальных конструкций.

Области применения сплава АК8

Основная область применения сплава АК8 определяется сочетанием высокой прочности, удовлетворительной пластичности и работоспособности при низких температурах (вплоть до криогенных).

Авиационная и космическая промышленность

Из сплава АК8 изготавливают высоконагруженные детали силовых конструкций самолётов: элементы каркасов, шпангоуты, кронштейны, фитинги, детали шасси. Сплав востребован для изделий, работающих в условиях криогенных температур (топливные системы ракет и космических аппаратов).

Машиностроение

В общем машиностроении сплав АК8 применяется как конструкционный материал для средненагруженных и высоконагруженных деталей: корпусов, фланцев, кронштейнов, втулок, штоков. Хорошая обрабатываемость резанием позволяет изготавливать детали сложной формы с высокой точностью.

Строительные конструкции

Профили и прутки из сплава АК8 используют в качестве вспомогательных несущих элементов конструкций, где требуется сочетание малой массы и высокой прочности. Применение в строительстве требует обязательной антикоррозионной защиты.

Нормативная документация на сплав АК8

Ниже перечислены основные стандарты, регламентирующие требования к сплаву АК8 и полуфабрикатам из него.