Сплав АМ5

Алюминиевый литейный сплав АМ5 (устаревшее обозначение — АЛ19) принадлежит к системе Al–Cu–Mn с добавкой титана. Сплав входит в группу высокопрочных жаропрочных литейных алюминиевых материалов и регламентируется ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия» (действующий, с поправками ИУС 3-2000, 7-2004, 9-2020).

Основные достоинства сплава АМ5 — высокие механические свойства при комнатной и пониженных температурах, повышенная жаропрочность (рабочие температуры до 300 °С), хорошая обрабатываемость резанием и свариваемость. К недостаткам относятся невысокие литейные свойства (широкий интервал кристаллизации 90–100 °С, повышенная склонность к образованию усадочных дефектов) и пониженная коррозионная стойкость.

Химический состав сплава АМ5 по ГОСТ 1583-93

Основу сплава составляет алюминий. Легирующие элементы — медь, марганец, титан. Медь обеспечивает упрочнение при термической обработке и жаропрочность, марганец повышает прочность твёрдого раствора и сопротивление коррозии под напряжением, титан измельчает зерно и повышает механические свойства, в том числе при динамических нагрузках.

Допустимые примеси в сплаве АМ5

Помимо легирующих элементов, нормативная документация устанавливает предельное содержание примесей. Содержание железа зависит от способа литья:

Дополнительное легирование церием (до 0,2 %) и цирконием (до 0,2 %) повышает жаропрочность сплава при температурах до 300 °С. По ОСТ 1 90377-87 для сплава марки АЛ19П установлены ужесточённые нормы: сумма примесей не более 0,50 %, содержание титана — 0,25–0,35 % (при согласовании — 0,20–0,35 %).

Физические свойства сплава АМ5 (АЛ19)

Физические характеристики определены для сплава в термически обработанном состоянии:

Сплавы системы Al–Cu обладают широким интервалом кристаллизации (90–100 °С), что определяет ряд технологических особенностей при литье.

Механические свойства отливок из сплава АМ5

Механические характеристики сплава АМ5 определяются режимом термической обработки. Ниже приведены минимальные гарантированные значения по ГОСТ 1583-93 для отливок, полученных литьём в песчаные формы, по выплавляемым моделям и в кокиль:

Где σ_в — предел кратковременной прочности, δ — относительное удлинение после разрыва, HB — твёрдость по Бринеллю.

Режим Т5 обеспечивает максимальную прочность и твёрдость, но с пониженной пластичностью. Режим Т4 даёт наибольшее относительное удлинение при умеренной прочности — применяется для деталей, работающих при ударных и знакопеременных нагрузках. Режим Т7 со стабилизирующим отпуском обеспечивает стабильность размеров и свойств при длительной эксплуатации при повышенных температурах.

Режимы термической обработки сплава АМ5

Отливки из сплава АМ5 (АЛ19) применяют исключительно в термически обработанном состоянии. Все режимы включают двухступенчатый нагрев под закалку, необходимый для предотвращения пережога — появления жидкой фазы на границах зёрен при приближении к температуре солидуса.

Режим Т4 — закалка

Назначение: обеспечение повышенной пластичности при высокой прочности.

Двухступенчатый нагрев:

• I ступень: 525–535 °С, выдержка 5–9 часов;
• II ступень: 542–548 °С, выдержка 5–9 часов;
• охлаждение в воде с температурой 20–100 °С.

В печах с перепадом температуры не более ±3 °С допускается одноступенчатый нагрев: 545 ± 3 °С, выдержка 10–12 часов, охлаждение в воде.

Режим Т5 — закалка с неполным искусственным старением

Назначение: достижение максимальной прочности.

Закалка по режиму Т4, затем неполное искусственное старение: 170–180 °С, выдержка 3–6 часов.

Режим Т7 — закалка со стабилизирующим отпуском

Назначение: стабильность размеров и свойств при длительной работе при повышенных температурах.

Двухступенчатый нагрев:

• I ступень: 525–535 °С, выдержка 5–9 часов;
• II ступень: 542–550 °С, выдержка 5–9 часов;
• закалка в воде, нагретой до 80–100 °С;
• стабилизирующий отпуск: 240–260 °С, выдержка 3–10 часов.

Закалка в нагретую воду (80–100 °С) для режима Т7 снижает уровень остаточных напряжений в крупногабаритных отливках сложной конфигурации.

Литейные свойства и технология литья

Сплав АМ5 относится к группе термически упрочняемых сплавов на основе системы Al–Cu. Литейные свойства его существенно уступают силуминам (сплавам системы Al–Si) ввиду широкого интервала кристаллизации. Это выражается в пониженной жидкотекучести, повышенной склонности к образованию горячих трещин и усадочной пористости, а также пониженной герметичности отливок.

Применяемые способы литья:

• в песчаные формы (наиболее распространённый для крупногабаритных отливок);
• по выплавляемым моделям (для деталей сложной конфигурации с высокой точностью размеров);
• в кокиль (для серийного производства деталей с повышенными требованиями к плотности).

Сплав АМ5 преимущественно используется для получения крупногабаритных отливок литьём в песчаные формы. При литье рекомендуется применять модифицирование и рафинирование расплава для улучшения структуры и снижения газовой пористости.

Обработка резанием и свариваемость сплава АМ5

Сплав АМ5 (АЛ19) обладает хорошей обрабатываемостью резанием, что выгодно отличает его от ряда других литейных алюминиевых сплавов. При механической обработке образуется мелкая стружка, не требующая специальных приёмов дробления.

Свариваемость сплава оценивается как хорошая. При сварке крупногабаритных деталей с массивными сечениями (свыше 40 мм) рекомендуется предварительный подогрев до 200–300 °С и последующая термическая обработка для снятия остаточных напряжений и восстановления механических свойств околошовной зоны.

Коррозионная стойкость сплава АМ5

Коррозионная стойкость сплава АМ5 (АЛ19) пониженная. Это обусловлено высоким содержанием меди, образующей интерметаллидные фазы (CuAl₂), являющиеся катодами по отношению к алюминиевой матрице. При эксплуатации в агрессивных средах или условиях повышенной влажности необходимо предусматривать защитные покрытия: анодирование, лакокрасочные покрытия или другие методы поверхностной защиты.

Формы поставки алюминиевого сплава АМ5

Согласно ГОСТ 1583-93, сплав АМ5 поставляется в виде:

• чушек массой не более 20 кг — маркировка на торце белым треугольником;
• чушек массой свыше 200 кг — по согласованию с заказчиком.

В партии чушек алюминиевых массой по 20 кг допускается не более 5 % ломаных чушек от массы всей партии. Каждая партия чушек массой более 200 кг сопровождается специально отлитыми пробами для определения химического состава.

Помимо чушек, поставляются круглые слитки, предназначенные для переплава и последующего получения фасонных отливок.

Область применения отливок из сплава АМ5

Сплав АМ5 (АЛ19) предназначен для ответственных фасонных отливок, работающих в условиях:

• повышенных статических и ударных нагрузок;
• пониженных температур (сплав сохраняет высокую пластичность при отрицательных температурах);
• длительного нагрева до 300 °С (при дополнительном легировании Ce и Zr).

Типичные области применения: крупногабаритные силовые детали авиационной техники, элементы конструкций, работающие при повышенных температурах и динамических нагрузках, корпусные детали агрегатов.

Зарубежные аналоги сплава АМ5

Ближайшие аналоги сплава АМ5 (АЛ19) по составу основных компонентов:

Аналоги подобраны по химическому составу основных легирующих элементов. При замене следует учитывать различия в нормах на примеси, способах литья и режимах термической обработки.

Нормативные документы на сплав АМ5

Основные стандарты, регламентирующие химический состав, механические свойства и технические требования к сплаву АМ5 (АЛ19):

• ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия» (с поправками);
• ОСТ 1 90377-87 (для сплава повышенной чистоты АЛ19П);
• ОСТ 1 80029-83 (отливки из алюминиевых сплавов).