Автор: John Olsen, Bicycling Magazine
Источник: — http://www.caree.org/bike101framematerials.htm
Перевод: — Сергей Судариков AKA Honzales
Версия текста: 1.0
Оригинал перевода данной статьи находится здесь: http://velosamara.org.ru/.
Перепечатка данного материала осуществлена с разрешения автора перевода.
От переводчика
Когда собрался писать статью про свойства разных материалов для рам — нашел в Интернете статью John Olsen про рамы из различных материалов. Мне она показалась интересной и не противоречащей моим понятиям о прочности (все-таки я по образованию — специалист по прочности и долговечности авиационных конструкций, проработал несколько лет в лаборатории прочности ЛА в КуАИ). Язык статьи показался мне вполне понятным для неспециалиста, что тоже большой плюс.
Честно говоря, не стал искать в русскоязычном Интернете перевод (может, и есть уже) и перевел статью сам. Olsen осветил большую часть проблем, о которых я собирался писать — не вижу смысла повторять то, что уже написано и вполне, на мой взгляд, понятно, толково и справедливо.
В статье не упоминаются принятые среди специалистов термины «удельная прочность» и «удельная жесткость», означающие отношения значений прочности или жесткости к плотности материала, и характеризующие, насколько материал прочный (или жесткий) в расчете на единицу веса, но косвенно дается понять, что эти характеристики приняты конструкторами во внимание.
И еще один момент — следует различать, когда идет речь о прочности (жесткости) материала, а когда — о тех же свойствах конструкции. В конструкции (раме) для увеличения прочности и жесткости увеличивают диаметр труб, меняют форму их сечения, применяют различную (в том числе переменную по длине трубы) толщину стенок и т.д. — и все это — для компенсации недостаточных свойств материала. С другой стороны, труба большего диаметра обычно весит больше, чем такая же, но меньшего диаметра и из того же материала — но большая труба жестче. Есть еще и технологические факторы, не затронутые в данной статье (легкость в обработке, свариваемость и т.д.), но влияющие на выбор конструктора.
Со своей стороны, я решил написать статью о различиях свойств алюминиевых сплавов 6061, 7005 и 7075.
- Введение
- Насколько жёсткий Ваш байк?
- Сталь
- Алюминий
- Титан
- Углепластик
Введение
Жесткость, вес и прочность велосипедных рам определяются множеством факторов, только некоторые из которых определяются исключительно свойствами материала. Конструкция рамы, оптимальная для одного материала, будет отличаться от оптимальной для другого, поскольку материалы сильно различаются по прочности, жесткости и плотности (весу).
Лучшие алюминиевые рамы имеют толстые тонкостенные трубы и не изгибаются из стороны в сторону, когда вы разгоняетесь. Лучшие стальные рамы имеют тонкостенные трубы малого диаметра и заметно изгибаются при разгоне. Титановые и углепластиковые (карбоновые) рамы находятся посередине между ними.
Опытные велосипедисты часто делятся на два лагеря, сторонники стальных рам критикуют излишнюю жесткость алюминиевых рам и их фанатов, порицающих гибкость легких стальных рам. Мы объясним преимущества и неудобства большинства материалов рам и сравним их на графике, отражающем, насколько они жесткие по сравнению со сталью.
Насколько жесткий ваш байк?
Сравнение жесткости (относительно стали) для различных материалов рам
| Reynolds 853 Steel Alloy | — Стальной сплав Рейнольдс 853 |
| 1010 Steel Alloy | — Стальной сплав 1010 |
| Unidirectional Carbon/Epoxy | — Однонаправленный углепластик на основе эпоксидной смолы |
| 6Al/4V Titanium Alloy | — Титановый сплав 6Al/4V |
| 3Al/2.5V Titanium Alloy | — Титановый сплав 3Al/2.5V |
| 7075 Aluminum Alloy | — Алюминиевый сплав 7075 |
| 6061 Aluminum Alloy | — Алюминиевый сплав 6061 |
| Carbon Weave/Epoxy | — Углепластик плетеной структуры на основе эпоксидной смолы |
Сталь
Сталь жесткая, но плотная (тяжелая). Легкие рамы адекватной жесткости и прочности делают из труб относительно маленького диаметра, но сталь — неподходящий материал для легких рам или больших сильных наездников. Стальные рамы из низкопрочных сталей (недорогие) нуждаются в толстостенных трубах, чтобы быть достаточно прочными, и они тяжелы. Более прочная сталь позволяет изготавливать тонкостенные трубы, но тогда понижается жесткость. Последние разработки включают «закаливаемые на воздухе» стали очень высокой прочности, типа Reynolds 853. (В отличие от большинства других типов сталей, закаливаемые воздухом стали приобретают, а не теряют прочность, когда они охлаждаются после сварки). Все стали имеют ту же самую жесткость, независимо от прочности — 853 не более жесткая, чем 1010 (низкопрочная сталь).
Плюсы:
- Лучшие стальные сплавы очень прочны
- Лучшая жесткость повсюду
- Долговечны
- Закаливаемые на воздухе стальные сплавы делают возможным ультравысокую прочность
Минусы:
- Должны быть тяжелыми — материал, неподходящий для больших легких рам
- Ржавеют
Алюминий
Алюминиевые рамы могут быть очень жесткими и легкими, потому что плотность алюминия очень мала, но трубы рамы должны быть больше в диаметре для компенсации более низкой прочности. Однако сегодня эти «толстотрубные» рамы — распространенная конструкция для качественных велосипедов. Недавние усовершенствования включают добавки в сплав Скандия, элемента, который увеличивает прочность. В целом, алюминий — хороший материал для жестких, легких рам для райдеров всех размеров. Это — также один из двух материалов, которые хорошо подходит для рам нетрадиционных форм.
Плюсы:
- Втрое менее плотный, чем сталь, позволяет использовать большие («толстые») трубы
- Легко принимает аэродинамические формы
- Даже дешевые рамы могут быть легкими
- Позволяет изготовить легкую раму для крупного райдера
- Не ржавеет
Минусы:
- От одной трети до половины прочности лучших сталей (может сломаться)
- Одна треть жесткости любой стали, требуются трубы большого диаметра
- Скромная усталостная прочность
- Не легко ремонтируется или восстанавливается
- Большие, тонкие трубы легко повредить при аварии
Титан
Титан имеет превосходный баланс свойств для создания рам, и дает лучшую комбинацию долговечности и веса. Сплавы титана наполовину столь же жесткие как сталь, но также и вполовину менее плотные. Лучшие сплавы титана сопоставимы по прочности с самыми прочными сталями. Жесткие титановые рамы требуют труб большего диаметра, чем сопоставимые стальные рамы, но не столь большого диаметра, как алюминий. Титан — очень коррозионно стойкий, и очень легкие рамы могут быть сделаны достаточно жесткими и достаточно прочными для больших райдеров. Большинство титановых рам — из сплава 3Al/2.5V (3% алюминия/2.5% ванадия, остальное — титан), хотя все чаще используется более прочный сплав 6Al/4V (6% алюминия/4% ванадия, остальное титан).
Плюсы:
- Половина плотности стали, делает самыми легкими наиболее эластичные рамы
- Столь же прочный, как и большинство сталей
- Не ржавеет — никакая окраска не требуется
- Хорошие усталостные свойства
- Позволяет изготавливать легкие рамы для крупных райдеров
Минусы:
- Половина жесткости стали (также известна как излишняя гибкость)
- Сложен в ремонте и обработке
- Дорогой
Углепластик
Отдельные волокна углерода чрезвычайно прочны и жестки, но эти их свойства бесполезны, если волокна не выстроены в строгую структуру и не скреплены между собой сильным «клеем» (обычно эпоксидная смола). В отличие от металлов, в которых прочность и жесткость являются почти теми же самыми во всех направлениях, композиты из углеродных волокон могут производиться с более высокими прочностными и жесткостными характеристиками в тех направлениях, где это нужно (например, жесткий по сторонам и гибкий вертикально). Это — лучший материал для рам нетрадиционных форм, поскольку позволяет формоваться и настраивать свои свойства как ни один металл (путем создания многослойных конструкций с разноориентированными волокнами).
Плюсы:
- С готовностью формуется в экзотические формы
- Превосходная усталостная прочность
- Не ржавеет
- Прочность и жесткость контролируются на стадии создания рамы
- Низкая плотность и высокая прочность делают возможным создание очень легких и прочных рам
Минусы:
- Очень дорогой материал
- «Бомба» — если изделие плохо разработано или изготовлено (слишком жесткое или слишком гибкое) — может быть «чувствительным» (склонным к поломке).
Источник: www.velochel.ru
Сравнительный анализ физико-механических свойств материалов
| Материал | Предел прочности, кг/мм2 | Теплопроводность, Вт/(м х°С) | Коэф-т линейного расширения, 1/°С | ТЕМПЕРАТУР. ДЕФОРМАЦИЯ ПРИ t = 65 °С, мм/м | Температура плавления, °С |
|---|---|---|---|---|---|
| Нержавеющая сталь* | 55 | 40 | 10х10-6 | 0,65 | 1800 |
| Алюминиевый сплав | 18 | 221 | 25х10-6 | 1,62 | 640 |
*Свойства нержавеющей и оцинкованной стали отличаются незначительно.
Теплотехнические и прочностные характеристики нержавеющей стали и алюминия
1. Учитывая в 3 раза меньшую несущую способность и в 5,5 раз большую теплопроводность алюминия, кронштейн из алюминиевого сплава является более сильным «мостом холода», чем кронштейн из нержавеющей стали. Показателем этого служит коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции. По данным исследований коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции при применении системы из нержавеющей стали составил 0,86-0,92, а для алюминиевых систем он равен 0,6-0,7, что заставляет закладывать большую толщину утеплителя и, соответственно, увеличивать стоимость фасада.
Для г. Москвы требуемое сопротивление теплопередаче стен с учетом коэффициента теплотехнической однородности составляет для нержавеющего кронштейна — 3,13/0,92=3,4 (м2.°C)/Вт, для алюминиевого кронштейна — 3,13/0,7=4,47 (м2.°C)/Вт, т.е. на 1,07 (м2.°C)/Вт выше. Отсюда, при применении алюминиевых кронштейнов толщина утеплителя (с коэффициентом теплопроводности 0,045 Вт/(м.°C) должна приниматься почти на 5 см больше (1,07*0,045=0,048 м).
2. Из-за большей толщины и теплопроводности алюминиевых кронштейнов по расчетам, проведенным в НИИ Строительной физики, при температуре наружного воздуха -27 °C температура на анкере может опускаться до -3,5 °C и даже ниже, т.к. в расчетах площадь поперечного сечения алюминиевого кронштейна принималась 1,8 см2, тогда как реально она составляет 4-7 см2. При применении кронштейна из нержавеющей стали, температура на анкере составила +8 °C . То есть, при применении алюминиевых кронштейнов, анкер работает в зоне знакопеременных температур, где возможна конденсация влаги на анкере с последующим замерзанием. Это будет постепенно разрушать материал конструктивного слоя стены вокруг анкера и соответственно снижать его несущую способность, что особенно актуально для стен из материала с низкой несущей способностью (пенобетон, пустотелый кирпич и др.). При этом теплоизоляционные прокладки под кронштейн по причине их малой толщины (3-8 мм) и высокой (относительно утеплителя) теплопроводности снижают теплопотери всего на 1-2 %, т.е. практически не разрывают «мост холода» и мало влияют на температуру анкера.
3. Низкое температурное расширение направляющих. Температурные деформации алюминиевого сплава в 2,5 раза больше, чем нержавеющей стали. Нержавеющая сталь имеет более низкий коэффициент температурного расширения (10•10-6 °C-1), по сравнению с алюминием (25•10-6 °C-1). Соответственно удлинение 3-метровых направляющих при перепаде температур от -15 °C до +50 °C составит 2 мм для стали и 5 мм для алюминия. Поэтому для компенсации температурного расширения алюминиевой направляющей необходим целый ряд мероприятий:
а именно — введение в подсистему дополнительных элементов — подвижных салазок (для П-образных кронштейнов) или овальных отверстий с втулками для заклепок — не жесткая фиксация (для L-образых кронштейнов).
Это неминуемо приводит к усложнению и удорожанию подсистемы или неправильному монтажу (так как очень часто бывает, что монтажники не использует втулки или неправильно фиксирует узел с дополнительными элементами).
В результате данных мероприятий весовая нагрузка приходится только на несущие кронштейны (верхний и нижний) а другие служат лишь как опора, а это значит, что анкеры нагружены не равномерно и это обязательно нужно учитывать при разработке проектной документации, что зачастую просто не делают. В стальных же системах вся нагрузка распределяется равномерно — все узлы жестко зафиксированы — незначительные температурные расширения компенсируются за счет работы всех элементов в стадии упругой деформации.
Конструкция кляммера позволяет делать зазор между плитами в системах из нержавеющей стали от 4 мм, тогда как в алюминиевых системах — не менее 7 мм, что к тому же не устраивает многих заказчиков и портит внешний вид здания. Кроме того, кляммер должен обеспечивать свободное перемещение плит облицовки на величину удлинения направляющих, иначе будет происходить разрушение плит (особенно на стыке направляющих) или разгибание кляммера (и то, и другое может привести к выпадению плит облицовки). В стальной системе нет опасности разгибания лапок кляммера, что может с течением времени произойти в алюминиевых системах из-за больших температурных деформаций.
Противопожарные свойства нержавеющей стали и алюминия
Температура плавления нержавеющей стали 1800 °C, а алюминия 630/670°C (в зависимости от сплава). Температура при пожаре на внутренней поверхности плитки (по результатам испытаний МООУ «Региональный сертификационный центр «ОПЫТНОЕ» ) достигает 750 °C. Таким образом, при применении алюминиевых конструкций может произойти расплавление подконструкции и обрушение части фасада (в зоне оконного проема), а при температуре 800-900°С алюминий сам по себе поддерживает горение. Нержавеющая сталь же при пожаре не плавится, поэтому наиболее предпочтительна по требованиям пожарной безопасности. К примеру — в г. Москва при строительстве высотных зданий алюминиевые подконструкции вообще не допускаются к применению.
Коррозионные свойства
На сегодняшний день единственным достоверным источником о коррозионной стойкости той или иной подоблицовочной конструкции, а соответственно и долговечности, является экспертное заключение «ЭкспертКорр-МИСиС».
Самыми долговечными являются конструкции из нержавеющих сталей. Срок службы таких систем составляет не менее 40 лет в городской промышленной атмосфере средней агрессивности, и не менее 50 лет в условиях условно-чистой атмосферы слабой агрессивности.
Алюминиевые сплавы, благодаря оксидной плёнке, обладают высокой коррозионной стойкостью, но в условиях повышенного содержания в атмосфере хлоридов и серы возможно возникновение быстроразвивающейся межкристаллитной коррозии, что приводит к существенному снижению прочности элементов конструкции и их разрушению. Таким образом, срок службы конструкции из алюминиевых сплавов в условиях городской промышленной атмосферы средней агрессивности не превышает 15 лет. Однако, по требованиям Росстроя, в случае применения алюминиевых сплавов для изготовления элементов подконструкции НВФ, все элементы в обязательном порядке должны иметь анодное покрытие. Наличие анодного покрытия увеличивает срок службы подконструкции из алюминиевого сплава. Но при монтаже подконструкции различные её элементы соединяются заклёпками, для чего сверлятся отверстия, что вызывает нарушение анодного покрытия на участке крепления, т. е. неизбежно создаются участки без анодного покрытия. Кроме того, стальной сердечник алюминиевой заклёпки совместно с алюминиевой средой элемента составляет гальваническую пару, что также ведёт к развитию активных процессов межкристаллитной коррозии в местах крепления элементов подконструкции. Стоит отметить, что зачастую дешевизна той или иной системы НВФ с подконструкцией из алюминиевого сплава обусловлена именно отсутствием защитного анодного покрытия на элементах системы. Недобросовестные производители таких подконструкций экономят на дорогостоящих электрохимических процессах анодирования изделий.
Недостаточной коррозионной стойкостью, с точки зрения долговечности конструкции, обладает оцинкованная сталь. Но после нанесения полимерного покрытия срок службы подконструкции из оцинкованной стали с полимерным покрытием составит 30 лет в условиях городской промышленной атмосферы средней агрессивности, и 40 лет в условиях условно-чистой атмосферы слабой агрессивности.
Сравнив вышеперечисленные показатели алюминиевых и стальных подконструкций, можно сделать вывод — стальные подконструкции по всем показателям значительно превосходят алюминиевые.
Источник: venfas.ru
Что прочнее — алюминий или сталь?
Сталь намного прочнее алюминия, из-за этого стальные детали больше по весу.
Алюминиевые рамы изготавливают не из чистого металла, а с добавлением различных элементов. Зачастую сплав включает примеси хрома, цинка, титана, марганца, железа, что улучшает характеристики деталей. Чаще всего при изготовлении велосипедных рам, применяют сплавы из алюминия таких марок: 7005 и 6061.
Какую раму выбрать на велосипед?
Стальная рама, плюсы и минусы
Для выполнения стальных рам используют такие виды:
- Сталь обыкновенная.
- Углеродистая сталь.
- Сталь, легированная хромом и молибденом.
Сталь обыкновенного качества. Имеет самые низкие свойства, поэтому велосипеды невысокой стоимости. Такой материал быстро портится, рама ржавеет,и велосипед теряет пригодность.
Рамы из углеродистых сталей имеют хорошие прочностные свойства, а также стойки к коррозии. Они достаточно гибкие, поэтому на дороге сглаживают все неровности. Такие конструкции идеально подходят для обычной езды, а также для выполнения трюков. Углеродистая сталь выдерживает большие нагрузки, вплоть до 150 кг.
Легированные стали позволяют сделать конструкцию более надежной, прочной и легкой. Чаще всего стали для выполнения рам легированы молибденом и хромом. Молибден влияет на структуру стали, делая её мелкозернистой, за счет этого повышается прочность. Хром придает коррозионную стойкость.
Цена на такую раму начинается от 400$. Высокая стоимость самый существенный недостаток, именно поэтому такие велосипеды не пользуются спросом.
Преимущества рам из стали:
- высокие показатели прочности, жесткости;
- долговечны;
- выдерживают удары;
- просты в обслуживании;
- в отличие от алюминиевых рам, стальные не накапливают усталость. Это свойство позволяет не ломаться элементу в один момент, поэтому велосипедист может вовремя заметить трещину и заменить поврежденную деталь;
- ремонтировать стальные конструкции достаточно легко, для этого необходима лишь сварка;
- велосипеды имеют небольшую стоимость;
- физические свойства позволяют гасить вибрации при движении.
Недостатки стальной рамы:
- ощутимый вес конструкции;
- конструкции из обычной стали быстро подвергаются коррозии;
- из-за появления ржавчин, необходимо тщательно ухаживать за велосипедом: окрашивать поверхность, не оставлять под дождем и снегом, и регулярно смазывать.
Алюминиевая рама, плюсы и минусы
Чаще всего для изготовления рам используют алюминиевые сплавы. Такой материал делает конструкцию более легкой и отзывчивой к недостаткам дороги, а также стоек к коррозии. Алюминиевые сплавы превосходят сталь по жесткости, но они имеют меньшую плотность.
Преимущества рамы из алюминия:
- маленький вес рамы. Низкосортные конструкции весят около 2 кг, а качественные до 1,5 кг;
- хорошие характеристики стоят наряду с небольшой стоимостью;
- велосипед разгоняется быстро на любой местности;
- не подвергаются коррозии;
- выдерживают большой вес.
Недостатки этой рамы прямо противоположны достоинствам рамы из стали:
- Несмотря на быстрый разгон, они также стремительно теряют инерцию.
- Некоторые модели не поглощают вибрации от дороги, поэтому езда может стать мучительной.
- Накапливают усталость, поэтому поломка может произойти в любой момент.
- Большинство поломок практически невозможно починить.
Отзывы велосипедистов
Не каждый велосипедист может с первого раза правильно подобрать раму. Необходимо иметь достаточно опыта, для того чтобы ориентироваться в материалах.
Источник: veloinsider.ru
Самые прочные алюминиевые сплавы
Сплавы серии 7ххх являются самыми прочными среди всех алюминиевых сплавов (рисунок 1). Однако у них есть большой недостаток — они склонны к коррозии под напряжением. Основные легирующие элементы – от 1 до 9 % цинка (чаще всего от 4 до 6 %), от 1 до 3 % магния, а также, для некоторых сплавов — до 3,0 % меди, алюминий — все остальное. Эти сплавы упрочняются термической обработкой.
Важные области применения этих сплавов связаны с их высокой прочностью. Это – аэрокосмическая техника, военная техника и оборудование атомной энергетики. Кроме того, они имеют применение в строительстве, а также для изготовления спортивного инвентаря, например, лыжных палок и теннисных ракеток.
Рисунок 1 — Рейтинг прочности популярных алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы серии 7ххх
Растворимость цинка в алюминии снижается от 31,6 % при 275 ºС до 5,6 % при 125 ºС (рисунок 2). Промышленные сплавы серии 7ххх содержат цинк, магний и медь с небольшими добавками марганца и хрома, а также циркония для контроля роста зерна и рекристаллизации.
Рисунок 2 — «Алюминиевый» участок фазовой диаграммы алюминий-цинк [2]
Алюминиевые сплавы серии 7ххх применяют для изготовления несущих элементов самолетов, таких как верхние оболочки крыльев, стрингеры, горизонтальные и вертикальные стабилизаторы. Горизонтальные и вертикальные стабилизаторы имеют такие же конструкционные критерии как и крылья. Верхняя и нижняя поверхности горизонтального стабилизатора испытывают изгиб и для них критическим является сжимающее нагружение. Поэтому модуль упругости на сжатие является наиболее важным свойством. Критическими конструкционными параметрами компонентов верхней части крыла являются прочность на сжатие и сопротивление усталости.
Самые прочные сплавы серии 7ххх
Все алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu проявляют самую высокую прочность. Добавление 2 % меди в комбинации с магнием и цинком значительно повышает прочностные свойства сплавов серии 7ххх.
Самые высокие величины прочности на растяжение, какие только могут быть у алюминиевых сплавов, имеют следующие сплавы:
- 7075: 5,5 % цинка – 2,5 % магния – 1,5 % меди;
- 7079: 4,3 % цинка – 3,3 % магния – 0,6 % меди;
- 7178: 6,8 % цинка – 2,7 % магния – 2,0 % меди.
Сплав 7075-Т6 имеет очень высокую отношение прочность-вес, низкую стоимость производства и хорошую механическую обрабатываемость. Поэтому он является предпочтительным при выборе материала для конструкционных элементов самолетов. Вместе с тем, сплав 7075 имеет довольно низкое сопротивление коррозии. Склонность этого сплава к коррозионному растрескиванию под напряжением может контролироваться должной термической обработкой и добавками некоторых материалов, таких как хром.
Рисунок 3 — Уровень прочности алюминиевого сплава 7075-Т6 среди других конструкционных материалов
Алюминиевый сплав 7075
Состояние Т6
Сплав 7075 – сплав Al-Zn-Mg-Cu-Cr – имеет наиболее широкое и длительное применение из всех сплавов серии 7ххх. Он был введен в Японии в 1943 году, был большим секретом и применялся для изготовления японских военных самолетов. Сплав 7075 первоначально применялся для деталей и компонентов с тонким поперечным сечением, в основном в виде листов и прессованных профилей. Для этих изделий скорость закалки обычно очень высокая и растягивающие напряжения не возникают в коротком поперечном направлении. Поэтому коррозионное растрескивание под напряжением не является проблемой для таких материалов с высокопрочном состоянии Т6.
Однако, когда сплав 7075 применяется в изделиях и деталях больших размеров и большой толщины, становится ясно, что такие изделия и детали, термически упрочненные до состояний Т6, часто не отвечают заданным требованиям. Изделия, которые получали путем большой механической обработки из крупных поковок, прессованных профилей или плит, затем подвергались длительным растягивающим напряжениям при неблагоприятной ориентации. В таких условиях в эксплуатации довольно часто возникало коррозионное растрескивание под напряжением (коррозия под напряжением).
Состояние Т73
Решением этой проблемы было введение состояния Т73 для толстых и массивных изделий из сплава 7075. термическая обработка, которая применяется для получения этого состояния, требует двухстадийного искусственного старения. Вторая стадия выполняется при более высокой температуре, чем та, которая применяется для достижения состояния Т6. Эта дополнительная термическая обработка снижает прочность до уровня ниже того, которого сплав 7075 достигает в состоянии Т6.
Состояния Т7 достигается перестариванием, что означает, что старение сплава продолжается после достижения пика значений его твердости и прочности, в отличие от состояний Т6.
Многочисленные эксперименты и длительный опыт эксплуатации подтвердили, что сплав 7075-Т73 имеет значительно более высокое сопротивление коррозии под напряжением, по сравнению со сплавом 7075-Т6.
Интересно, что колеса знаменитого марсохода Curiosity сделаны из сплава 7075-Т7351 с помощью механической обработкой из цельного кованого кольца (рисунок 8).
(а)
Рисунок 8 – Колесо марсохода Curiosity из алюминиевого сплава 7075-Т7351:
а — на Земле; б – в условиях эксплуатации на Марсе
Магний в алюминиевых сплавах 7ххх
Большая часть сплавов серии 7ххх включает магний для повышения эффективности механизма упрочнения за счет старения. Главной упрочняющей фазой выступают частицы MgZn2. Такие сплавы имеют среднюю прочность, но относительно легко свариваются, например, сплав 7005 (аналог 1915). Сплавы Al-Zn-Mg имеют более высокую восприимчивость к термической обработке, чем бинарные сплавы Al-Zn, что обеспечивает им более высокую прочность.
Медь в алюминиевых сплавах 7ххх
Добавление меди сплавам Al-Zn-Mg вместе с небольшими количествами хрома и марганца дает этим сплавам самую высокую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Сплавы четверной системы Al-Zn-Mg-Cu имеют самый высокий потенциал упрочнения старением из всех алюминиевых сплавов: у некоторых сплавов предел прочности достигает 600 МПа, как, например, у сплава В95, и даже 700 МПа, как у сплава В96. Однако чрезмерное повышение содержания цинка и магния снижает вязкие свойства и сопротивление коррозии под напряжением. В этих сплавах цинк и магний управляют процессом старения, тогда как роль меди заключается в увеличении скорости старения и повышении чувствительности к закалке. Хотя медь снижает общую стойкость к коррозии, она повышает сопротивление коррозии под напряжением.
Источники:
- Aluminum and Aluminum Alloys /J. R. Davis, ASM, 1993
- Trends in aluminium alloy development /R. Rajan at al — Rev. Adv. Mater. Sci. 44 (2016) 383-397
Источник: aluminium-guide.ru