Алюминий 2014
Введение в алюминий 2014
Алюминий 2014 — это высокопрочный, термообрабатываемый алюминиево-медный сплав серии 2xxx. Он отличается отличной обрабатываемостью и высокой усталостной прочностью, поэтому часто применяется в аэрокосмической отрасли, обороне и тяжёлых конструкционных узлах. Из-за высокого содержания меди алюминий 2014 обладает ограниченной коррозионной стойкостью, однако хорошо реагирует на защитные методы поверхностной обработки.
Алюминий 2014 часто выбирают для ЧПУ-обработки деталей, которым требуются превосходная прочность, износостойкость и жёсткие допуски при динамических или тяжёлых нагрузках.
Химические, физические и механические свойства алюминия 2014
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас. %) | Основная роль |
|---|---|---|
Алюминий (Al) | Остальное | Основной металл, обеспечивающий конструкционную целостность и малый вес |
Медь (Cu) | 3.9–5.0 | Повышает прочность и твёрдость за счёт дисперсионного (выделительного) упрочнения |
Кремний (Si) | 0.5–1.2 | Улучшает обрабатываемость и литейную текучесть |
Магний (Mg) | 0.2–0.8 | Упрочняет сплав и улучшает усталостные характеристики |
Марганец (Mn) | 0.4–1.2 | Повышает прочность и пластичность |
Железо (Fe) | ≤0.7 | Остаточный элемент |
Цинк (Zn) | ≤0.25 | Остаточный элемент |
Хром (Cr) | ≤0.10 | Уточняет (измельчает) зеренную структуру |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 2.80 г/см³ | ASTM B311 |
Диапазон плавления | 510–640°C | ASTM E299 |
Теплопроводность | 160 Вт/м·K при 25°C | ASTM E1952 |
Электропроводность | 36% IACS при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 23.2 µm/m·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 875 Дж/кг·K | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 73 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (состояние T6)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 460–510 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 390–440 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 120–130 HB | ASTM E10 |
Усталостная прочность | 150 МПа | ASTM E466 |
Вязкость разрушения | Средняя | ASTM E399 |
Ключевые характеристики алюминия 2014
Выдающаяся прочность и усталостная стойкость: Отлично подходит для высоконагруженных несущих компонентов, которым требуются жёсткость и стабильность под напряжением, например для авиационных конструкций и деталей подвески автомобиля.
Превосходная обрабатываемость: Один из лучших алюминиевых сплавов для ЧПУ-обработки благодаря содержанию кремния и термической стабильности — идеален для высокоскоростного серийного производства.
Ограниченная коррозионная стойкость: При использовании на открытом воздухе или во влажной среде требует защитной поверхностной обработки или покрытий.
Термообрабатываемость для улучшения свойств: Характеристики можно существенно повысить с помощью термообработки T6, обеспечивая превосходное соотношение прочности к массе.
Хорошая износостойкость: Выдерживает механический износ в узлах скольжения и несущих сборках, особенно после анодирования или нанесения покрытия.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке алюминия 2014
Проблемы обработки
Склонность к коррозии после механической обработки: Особенно в зонах резания, подвергающихся воздействию влажности или химикатов.
Требуется контроль стружки: Длинная завитая стружка может мешать траектории инструмента, если её не контролировать.
Высокая теплопроводность может приводить к нагреву инструмента: Это необходимо компенсировать оптимальной подачей охлаждающей жидкости.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Твердосплавные инструменты с покрытием TiCN или TiAlN | Выдерживают высокоскоростное резание и повышенную температуру |
Геометрия | Острые режущие кромки, стружколомы | Сохраняют точность детали и улучшают удаление стружки |
Скорость резания | 150–350 м/мин | Предотвращает накопление тепла и улучшает качество поверхности |
Подача | 0.10–0.30 мм/об | Обеспечивает чистые кромки и снижает риск наклёпа |
Охлаждение | Поток или высоконапорный туман | Снижает износ инструмента и улучшает размерный контроль |
Режимы резания алюминия 2014 (соответствие ISO 513)
Операция | Скорость (м/мин) | Подача (мм/об) | Глубина резания (мм) | Давление СОЖ (бар) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 150–250 | 0.20–0.30 | 2.0–3.5 | 30–50 (поток) |
Чистовая обработка | 250–350 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 50–70 (поток/туман) |
Поверхностная обработка ЧПУ-деталей из алюминия 2014
Анодирование: Анодирование типа II или твёрдое анодирование для повышения коррозионной стойкости и износостойкости. Толщина 10–50 µm.
Порошковая окраска: Добавляет защиту от коррозии и УФ-излучения для уличных деталей. Толщина покрытия 60–100 µm.
Электрополировка: Улучшает финиш и удаляет микрозадиры/микро-заусенцы в аэрокосмических или оборонных применениях.
Пассивация: Обычно применяется совместно с герметизирующими обработками для снижения коррозии в химически активных средах.
Шлифование щётками: Обеспечивает чистый матовый финиш на потребительских компонентах — Ra 0.8–1.6 µm.
Покрытие Alodine: Хроматное конверсионное покрытие по MIL-стандартам для деталей, которым нужна электропроводность и коррозионная стойкость.
УФ-покрытие: Добавляет дополнительную защиту поверхностям, подверженным воздействию света, влаги или промышленной среды.
Лакировка: Защищает внешний вид и механические свойства для хорошо видимых аэрокосмических или военных панелей.
Отраслевые применения алюминия 2014
Аэрокосмическая отрасль и авиация: ЧПУ-обработанные лонжероны крыла, узлы крепления фюзеляжа и конструкционные кронштейны, требующие высокой усталостной прочности.
Оборона: Интерфейсы брони, компоненты БПЛА и военная фурнитура, требующие точности и высокой надёжности.
Автомобильная промышленность (автоспорт): Высоконагруженные детали подвески, рулевые тяги и узлы каркаса безопасности при динамических нагрузках.
Промышленное оборудование: Обработанные муфты, механические шарниры и опорные кронштейны для оборудования с высокими вибрациями.
Железнодорожный транспорт и перевозки: Несущие элементы и узлы, подвергающиеся повторным нагрузкам и механическим напряжениям.
Изучить связанные блоги
