Испытаниями алюминий крепнет

Нормы прочности

Прочность является базовой характеристикой конструкционных материалов, которая волнует разработчиков новых изделий. Определение характеристик прочности сейчас стандартизировано во всем мире. Несмотря на то, что стандарты прочности могут отличаться в разных странах, принцип испытаний остается неизменным уже на протяжении многих десятков лет.

В России действует ГОСТ 1497 на метод испытаний металлических материалов на растяжение, который позволяет определить характеристики прочности при одноосной нагрузке. Именно с этого испытания начинается любой путь нового материала. Есть и особые ГОСТы на определение характеристик для тонких листов и лент или определение прочности при повышенных и пониженных температурах, которые имеют особую методологию и требования к образцам, но в целом схожие принципы проведения испытаний.

Суть метода можно описать следующим образом: образец постоянного сечения нагружается с постоянной скоростью, его деформация регистрируется в зависимости от прилагаемой нагрузки. По получаемым данным можно оценивать предел прочности при растяжении, предел текучести и предел пропорциональности, которые используются в конструкторских расчетах. Существуют еще методы определения характеристик прочности на сжатие, но они менее распространены для оценки алюминиевых сплавов.

Что касается самого прочного сплава, то тут очень сложно определить победителя. Если речь идет о традиционных сплавах, можно смело утверждать, что рекордсмены по прочности среди алюминия – сплавы на основе системы Al-Zn-Mg-Cu.

Одним из самых прочных промышленно освоенных материалов в России является сплав В96ц1 , прочность которого приближается к значению в 700 МПа. Но, согласно многим научным публикациям, легирование скандием и прочими комплексными добавками может повысить уровень прочности алюминиевых сплавов более чем на 750 Мпа в лабораторных условиях, но далеко не все лабораторные практики могут быть легко воспроизводимы в металлургическом переделе.

Придумать и испытать

Процесс разработки новых материалов и выпуска изделий из них достаточно многостадийный, так как необходимо окончательно определиться с рецептурой и параметрами производства того или иного полуфабриката и конечного изделия. Все зависит от конечного применения и изначальных планов разработчика относительно использования нового материала.

Каждая отрасль предъявляет свои требования к служебным характеристикам материалов. Несмотря на то, что одним из обязательных параметров является прочность, на первый план могут выйти и такие характеристики, как коррозионная стойкость или специальные физические свойства.

Простой пример: для сплава, используемого в проводах, важнейшей характеристикой является электропроводность, для материалов в авиации обязательно проводят испытания на определение характеристик усталости и вязкости разрушения.

Наш мир многообразен, инженеры и ученые разработали множество различных видов испытаний, которые позволяют максимально узнать о характеристиках сплавов. Современный материал может быть испытан по более чем 50 различными методами для того, чтобы доказать свою работоспособность в различных условиях и для различных применений.

Измерения качества

Обычно все методы контроля делятся на разрушающие и неразрушающие. Любой контроль необходим для того, чтобы удостовериться в качестве полученного изделия.

Разрушающие методы контроля используются в основном при испытаниях различных образцов-свидетелей , которые вырезаются из специальных участков продукции или изготавливаются вместе изделиями по идентичной технологии. В таком случае их испытывают по существующим стандартам и методам и принимают, что их характеристики идентичны характеристикам самого изделия.

Неразрушающие методы контроля в последнее время становятся все более популярными, так как зачастую они позволяют контролировать изделие в целом без ущерба его габаритам и внешнему виду. При этом они позволяют не только контролировать показатели прочности , но и понять, присутствуют ли в материале несплошности: поры, трещины, расслоения и раковины.

Неразрушающих методов лабораторного контроля много – от известного рентген-контроля, который активно применяется при литье алюминия, до УЗК-метода и других акустических подходов. Спектральный (химический) анализ алюминия применяется на всех этапах от добычи до повторной переработки.

Данные методы постоянно развиваются и автоматизируются, что позволяет сокращать время проведения контроля и повышать точность измерений.

Отличные разработки

Эксперты Института легких материалов и технологий (ИЛМиТ) разработали целый ряд алюминиевых сплавов, которые обладают отличительными особенностями. Среди основных – линейка скандийсодержащих материалов с очень высокой коррозионной стойкостью и свариваемостью. При этом за счет микродобавки скандия удалось повысить характеристики прочности более чем на 25% по сравнению с аналогами. Отличительной особенностью разработки является то, что специалистам удалось в шесть раз снизить содержание скандия, сохранив при этом эффект упрочнения.

Справка о компании

Институт легких материалов и технологий (ИЛМиТ) – научно-производственный центр РУСАЛа. Был создан Объединенной компанией «РУСАЛ» в 2017 году в рамках сотрудничества с НИТУ МИСиС при поддержке Алюминиевой Ассоциации, Минпромторга России и Минобрнауки России.

ИЛМиТ проводит комплексные исследования и разработки в области материалов и продуктов на основе алюминия для различных областей промышленности, а также осуществляет исследования и разработки в области материалов на основе алюминия и производственных технологий их получения и обработки.

Материалы, разработанные в институте, широко применяются в авиакосмической технике, судостроении и строительной отрасли. 

подробнее

Сейчас идет активная работа над созданием уникального алюминиевого сплава для автомобильных кузовов с целью максимально снизить вес конструкции. Это позволит улучшить экономичность как автомобилей с ДВС, так и электромобилей.

Что касается более массовых продуктов – развивается премиальная линейка продуктов в виде цилиндрических слитков, предназначенных для прессования различных строительных и автомобильных профилей. Особенность решения под брендом MaxiFlow второго поколения – повышенная технологичность при процессе экструзии, что позволяет увеличить производительность прессового участка без дополнительных капитальных вложений, только за счет улучшенной обрабатываемости слитков.

Также разрабатываются новые алюминиевые сплавы для автомобильных колесных дисков, использование которых позволит снизить вес колеса и, соответственно, нагрузку на подвеску, сохранив при этом все характеристики колеса, включая его прочность, стойкость к ударным нагрузкам и усталостную долговечность .

Перспективы использования алюминия в России

Перспективы использования алюминия сейчас самые широкие за всю историю существования этого металла – алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами во многих отраслях – от упаковки до строительства и автопрома.

Постоянное совершенствование производственных технологий позволяет получать качественные алюминиевые полуфабрикаты и изделия. Большую роль в растущей популярности алюминия играют и аддитивные технологии, которые позволяют инженерам воплощать смелые конструкторские задумки в сфере космической и авиационной промышленности.

Благодаря развитию микроэлектроники в России алюминий становится востребован у производителей техники, в том числе портативных измерительных приборов, роботов и бытовой техники.

Также сейчас мировым трендом является экология, поэтому применение легкого и прочного алюминия неизбежно. Алюминий является одним из самых экологичных металлов, так как его производство – одно из самых безопасных в металлургии, он, кроме того, позволяет создавать энергоэффективный транспорт и здания .

Помимо экологичности, в строительстве алюминий постоянно увеличивает свою нишу за счет возможности получения легких и светопрозрачных футуристических конструкций.

Кроме того, алюминиевые конструкции уже находят свое применение в дорожном хозяйстве – мостостроении и при строительстве метро, а также дорожных инфраструктурных объектов, и это направление имеет хорошие перспективы.