Алюминий марки АН-2,5: антифрикционный сплав для ответственных узлов трения

Алюминий марки АН-2,5 представляет собой специализированный антифрикционный сплав на основе алюминия с добавлением никеля в качестве основного легирующего элемента. Данный материал разработан специально для применения в узлах трения, где требуется сочетание низкого коэффициента трения, высокой износостойкости и коррозионной стойкости. Благодаря уникальному набору эксплуатационных характеристик, АН-2,5 широко используется в производстве подшипников скольжения, биметаллических изделий и других элементов механизмов, работающих в условиях трения.

Химический состав алюминия АН-2,5

Согласно ГОСТ 14113-78, химический состав алюминия АН-2,5 строго регламентирован для обеспечения стабильных антифрикционных свойств. Основным легирующим элементом является никель, содержание которого составляет 2,7-3,3%, что отражено в маркировке сплава (АН - алюминий никелевый, 2,5 - приблизительное содержание никеля в процентах).

Ключевую роль в формировании антифрикционных свойств АН-2,5 играет никель, который образует с алюминием твердые интерметаллидные соединения (в основном Al₃Ni), равномерно распределенные в более мягкой алюминиевой матрице. Такая структура обеспечивает оптимальное сочетание твердости и пластичности, необходимое для работы в условиях трения.

Дополнительные легирующие элементы и примеси также влияют на свойства сплава: кремний образует твердые включения, повышающие износостойкость; медь увеличивает твердость и прочность; железо и марганец влияют на структуру и коррозионную стойкость материала.

Физические и механические свойства алюминия АН-2,5

Сплав АН-2,5 обладает комплексом физико-механических характеристик, оптимизированных для применения в узлах трения и антифрикционных изделиях.

Физические свойства:

• Плотность: 2,85-2,9 г/см³
• Температура плавления: 635-650°C
• Теплопроводность: 170-190 Вт/(м·К)
• Коэффициент линейного расширения: 22·10⁻⁶ К⁻¹
• Удельное электрическое сопротивление: 0,04-0,05 Ом·мм²/м

Механические свойства (в литом состоянии):

• Предел прочности при растяжении: 180-220 МПа
• Предел текучести: 90-120 МПа
• Относительное удлинение: 3-6%
• Твердость по Бринеллю: 50-65 HB

Механические свойства после термической обработки (закалка + искусственное старение):

• Предел прочности при растяжении: 260-320 МПа
• Предел текучести: 180-220 МПа
• Относительное удлинение: 2-4%
• Твердость по Бринеллю: 80-100 HB

Антифрикционные характеристики:

• Коэффициент трения (по стали): 0,15-0,25 (в условиях сухого трения)
• Коэффициент трения (по стали): 0,05-0,1 (при наличии смазки)
• Износостойкость: высокая, сравнимая с баббитами
• Прирабатываемость: хорошая

Сплав АН-2,5 обладает исключительной коррозионной стойкостью благодаря образованию на поверхности стабильной оксидной пленки, защищающей материал от окисления. Эта особенность позволяет использовать его в условиях повышенной влажности и при контакте с различными средами.

Согласно ГОСТ 14113-78, для изделий из АН-2,5 установлены следующие предельные эксплуатационные параметры:

• Максимальная рабочая температура: 100°C
• Максимальная скорость скольжения: 15 м/с
• Максимальная удельная нагрузка: 200 кг/см² (19,6 МПа)
• Минимальная твердость сопряженного вала: 250 HB

Особенности микроструктуры АН-2,5

Микроструктура сплава АН-2,5 представляет собой алюминиевую матрицу с равномерно распределенными включениями интерметаллидов Al₃Ni, а также других фаз, содержащих кремний, медь и железо. Такая структура обеспечивает оптимальное сочетание твердости и пластичности, необходимое для работы в условиях трения.

Интерметаллидные включения выполняют роль твердых опорных элементов, воспринимающих основную нагрузку при трении, а мягкая алюминиевая матрица обеспечивает хорошую прирабатываемость и способность удерживать смазку. Это позволяет сплаву АН-2,5 эффективно работать как в условиях граничного трения с ограниченной смазкой, так и при сухом трении.

Термическая обработка (закалка и старение) приводит к дополнительному упрочнению материала за счет выделения дисперсных фаз в алюминиевой матрице, что повышает твердость и износостойкость сплава.

Технологические свойства и обработка

Сплав АН-2,5 обладает хорошими технологическими свойствами, что позволяет применять различные методы его обработки и формообразования.

Литейные свойства:

• Жидкотекучесть: средняя
• Линейная усадка: 1,0-1,2%
• Склонность к образованию горячих трещин: средняя
• Склонность к газопоглощению: средняя

Деформируемость:

АН-2,5 относится к деформируемым сплавам, хотя его пластичность ограничена из-за наличия твердых интерметаллидных включений. Обработка давлением (прокатка, штамповка) производится преимущественно в горячем состоянии при температурах 380-450°C.

Обрабатываемость резанием:

Сплав обладает удовлетворительной обрабатываемостью резанием. Рекомендуется использование острозаточенного инструмента и обильное охлаждение для предотвращения налипания материала на режущие кромки.

Свариваемость:

Сплав АН-2,5 сваривается с определенными ограничениями. Рекомендуется применение аргонодуговой сварки с использованием присадочной проволоки, близкой по составу к основному металлу.

Термическая обработка:

Для повышения механических и антифрикционных свойств сплав АН-2,5 может подвергаться термической обработке, включающей:

• Закалку - нагрев до 520-540°C, выдержка 2-4 часа, охлаждение в воде;
• Искусственное старение - нагрев до 160-180°C, выдержка 12-20 часов, охлаждение на воздухе.

Такая обработка позволяет повысить прочность, твердость и износостойкость материала, сохраняя при этом его антифрикционные свойства.

Применение алюминия АН-2,5

Благодаря уникальному сочетанию антифрикционных свойств, коррозионной стойкости и относительно невысокой стоимости, сплав АН-2,5 находит широкое применение в различных отраслях промышленности:

1. Машиностроение:

• Подшипники скольжения для различных механизмов, работающих при средних нагрузках и скоростях;
• Вкладыши подшипников коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания;
• Опорные втулки и направляющие в механизмах с возвратно-поступательным движением;
• Шарнирные соединения в механизмах сельскохозяйственных и строительных машин.

2. Автомобильная промышленность:

• Биметаллические вкладыши коренных и шатунных подшипников двигателей;
• Втулки рессор, амортизаторов и других элементов подвески;
• Опорные элементы в системах рулевого управления;
• Детали трансмиссии, работающие в условиях трения.

3. Судостроение:

• Подшипники гребных валов малых судов;
• Направляющие втулки в рулевых механизмах;
• Элементы палубных механизмов, работающие в агрессивной морской среде;
• Биметаллические детали судовых двигателей и вспомогательных систем.

4. Железнодорожный транспорт:

• Вкладыши в узлах ходовой части вагонов;
• Элементы тормозных систем;
• Подшипники вспомогательных механизмов.

5. Производство биметаллических материалов:

• Биметаллические листы со слоем АН-2,5 на стальной основе;
• Биметаллические втулки для работы в условиях трения;
• Плакированные стальные детали с антифрикционным слоем из АН-2,5.

6. Другие отрасли:

• Текстильная промышленность - направляющие и опорные элементы ткацких станков;
• Пищевая промышленность - подшипники в оборудовании, где требуется коррозионная стойкость;
• Энергетика - элементы запорной арматуры, работающие в условиях трения.

Сплав АН-2,5 часто используется как альтернатива более дорогим баббитам в узлах трения, где не требуется предельно высокая нагрузочная способность, но важны коррозионная стойкость, надежность и долговечность.

Формы поставки алюминия АН-2,5

Компания "ОборонСпецСплав" предлагает широкий ассортимент полуфабрикатов из антифрикционного алюминиевого сплава АН-2,5:

Алюминиевый лист АН-2,5

Плоский полуфабрикат прямоугольного сечения, получаемый горячей прокаткой с последующей холодной деформацией. Поставляется в толщинах от 2 до 50 мм, шириной до 1500 мм и длиной до 4000 мм. Применяется для изготовления антифрикционных элементов методом механической обработки, а также в качестве исходного материала для производства биметаллических листов.

Алюминиевый рифленый лист АН-2,5

Листовой материал с нанесенным на поверхность регулярным рельефным узором, обеспечивающим лучшее удержание смазки и повышенное сопротивление скольжению. Выпускается с различными типами рифления:

• Дует - рифление в виде параллельных полос;
• Квинтет - рифление в виде пятиугольников;
• Даймонд - рифление в виде ромбов.

Толщина листа от 1,5 до 5 мм, ширина до 1250 мм, длина до 3000 мм.

Алюминиевые биметаллические ленты и листы

Двухслойный материал, состоящий из стальной основы и антифрикционного слоя из АН-2,5, соединенных методом прокатки, прессования или сварки взрывом. Толщина антифрикционного слоя обычно составляет 0,2-2,0 мм. Применяется для изготовления вкладышей подшипников, втулок и других антифрикционных деталей. Поставляется в листах или рулонах различных размеров.

Алюминиевый круглый пруток АН-2,5

Длинномерный полуфабрикат круглого сечения, получаемый методом горячего прессования или экструзии. Диаметр от 10 до 150 мм, длина до 3000 мм. Используется для изготовления втулок, направляющих, вкладышей и других антифрикционных деталей методом механической обработки.

Алюминиевые втулки и вкладыши АН-2,5

Готовые изделия или заготовки близкие к финальной форме, изготовленные методом литья или механической обработки из прутка. Поставляются в широком диапазоне размеров в соответствии с требованиями заказчика. Могут использоваться непосредственно в узлах трения или подвергаться дополнительной механической обработке.

Биметаллические втулки с антифрикционным слоем АН-2,5

Двухслойные изделия, состоящие из стальной основы и антифрикционного внутреннего слоя из сплава АН-2,5. Изготавливаются методом центробежного литья, плакирования или заливки. Поставляются в различных типоразмерах для непосредственного применения в узлах трения.

Сравнение алюминия АН-2,5 с аналогичными материалами

Для объективной оценки преимуществ и ограничений сплава АН-2,5 полезно сравнить его с другими антифрикционными материалами, применяемыми в аналогичных условиях.

Как видно из сравнения, сплав АН-2,5 обладает хорошим балансом эксплуатационных характеристик при относительно невысокой стоимости. По сравнению с баббитами он имеет более высокую прочность и коррозионную стойкость, но несколько худшие антифрикционные свойства. По сравнению с бронзами - меньший вес, лучшую прирабатываемость и более низкую стоимость.

Это позволяет использовать АН-2,5 как экономически эффективную замену более дорогих материалов в узлах трения, не работающих в экстремальных условиях.

Преимущества и ограничения алюминия АН-2,5

Преимущества:

• Низкий удельный вес - в 2,5-3 раза легче баббитов и бронз, что важно для снижения массы конструкций;
• Высокая коррозионная стойкость - устойчивость к воздействию влаги, слабых кислот и щелочей;
• Хорошая теплопроводность - эффективный отвод тепла из зоны трения;
• Прирабатываемость - способность формировать оптимальную рабочую поверхность в процессе эксплуатации;
• Технологичность - возможность применения различных методов обработки и формообразования;
• Экономическая эффективность - меньшая стоимость по сравнению с баббитами и бронзами;
• Возможность упрочнения - повышение механических свойств за счет термической обработки;
• Хорошая работа в условиях полусухого трения - способность выдерживать кратковременные перебои в смазке.

Ограничения:

• Ограниченная рабочая температура - не рекомендуется эксплуатация при температурах выше 100°C;
• Меньшая нагрузочная способность по сравнению с некоторыми бронзами;
• Более высокий коэффициент трения по сравнению с баббитами;
• Ограниченная пластичность - возможность растрескивания при динамических нагрузках;
• Требовательность к твердости сопряженной детали - необходима твердость вала не менее 250 HB;
• Ограниченная работоспособность в условиях абразивного износа - чувствительность к загрязнениям в зоне трения.

Рекомендации по применению алюминия АН-2,5

Для обеспечения максимальной эффективности и долговечности изделий из сплава АН-2,5 рекомендуется соблюдать следующие условия его применения:

При проектировании:

• Учитывать ограничения по температуре (до 100°C), скорости скольжения (до 15 м/с) и удельной нагрузке (до 19,6 МПа);
• Обеспечивать твердость сопряженной детали не менее 250 HB для предотвращения износа вала;
• Предусматривать каналы для подвода смазки к поверхности трения;
• Проектировать детали с учетом теплового расширения материала;
• При работе в агрессивных средах предусматривать дополнительную защиту стальной основы биметаллических изделий.

При изготовлении:

• Использовать острозаточенный инструмент при механической обработке;
• Применять обильное охлаждение для предотвращения налипания материала;
• При сварке использовать аргонодуговые методы и специальные присадочные материалы;
• Для повышения механических свойств применять термическую обработку (закалка + искусственное старение);
• Обеспечивать высокое качество поверхности в зоне трения (Ra 0,63-1,25 мкм).

При монтаже и эксплуатации:

• Обеспечивать правильную посадку антифрикционных деталей в корпус и на вал;
• Контролировать зазоры в подшипниках скольжения;
• Использовать рекомендованные смазочные материалы;
• Обеспечивать фильтрацию смазки для предотвращения абразивного износа;
• Избегать длительной работы на режимах, близких к предельно допустимым;
• Проводить периодический контроль состояния антифрикционных элементов.

При соблюдении этих рекомендаций изделия из сплава АН-2,5 обеспечивают длительный срок службы и стабильные эксплуатационные характеристики в условиях трения.

Вопросы и ответы об алюминии АН-2,5

Почему АН-2,5 называют парамагнитным металлом?

Сплав АН-2,5 относится к парамагнитным материалам, как и чистый алюминий. Это означает, что он слабо притягивается магнитным полем, но не сохраняет намагниченность после удаления поля. Эта особенность делает его пригодным для применения в устройствах, где важно отсутствие магнитных свойств, например, в некоторых элементах электрооборудования и точных приборов.

Можно ли использовать АН-2,5 в пищевой промышленности?

Сплав АН-2,5 может применяться в оборудовании пищевой промышленности, но с ограничениями. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и не выделяет токсичных веществ, однако для прямого контакта с пищевыми продуктами рекомендуется использовать специальные пищевые алюминиевые сплавы или нержавеющую сталь. В подшипниковых узлах оборудования пищевой промышленности, не контактирующих непосредственно с продукцией, применение АН-2,5 считается безопасным.

Чем отличается АН-2,5 от других антифрикционных алюминиевых сплавов?

Основное отличие АН-2,5 от других антифрикционных алюминиевых сплавов (например, АСМ, АО20-1) заключается в использовании никеля в качестве основного легирующего элемента. Сплавы типа АСМ содержат олово и медь, которые обеспечивают лучшую прирабатываемость и работу при высоких скоростях, но имеют меньшую прочность. Сплавы типа АО20-1 содержат больше кремния, что повышает износостойкость, но снижает прирабатываемость. АН-2,5 занимает промежуточное положение, обеспечивая хороший баланс прочности, износостойкости и прирабатываемости.

Каковы перспективы использования АН-2,5 в современном машиностроении?

Несмотря на появление новых антифрикционных материалов (композиты, полимеры), сплав АН-2,5 сохраняет свою актуальность в современном машиностроении благодаря уникальному сочетанию свойств и экономической эффективности. Перспективными направлениями являются: использование в биметаллических конструкциях, комбинирование с современными покрытиями для повышения износостойкости, применение в узлах трения, требующих малого веса и коррозионной стойкости. В частности, наблюдается рост применения АН-2,5 в энергоэффективном оборудовании, где важно снижение потерь на трение и массы конструкции.

Заключение

Алюминий марки АН-2,5 представляет собой универсальный антифрикционный сплав, сочетающий хорошие механические свойства, низкий коэффициент трения, высокую коррозионную стойкость и малый удельный вес. Благодаря оптимальному балансу характеристик и относительно невысокой стоимости, этот материал нашел широкое применение в производстве подшипников скольжения, втулок, вкладышей и других деталей, работающих в условиях трения.

Компания "ОборонСпецСплав" предлагает полный ассортимент полуфабрикатов и изделий из алюминиевого сплава АН-2,5, произведенных в соответствии с требованиями ГОСТ 14113-78. Наши специалисты обеспечат квалифицированную консультацию по выбору оптимальных антифрикционных материалов и их применению в конкретных условиях эксплуатации.

Статья подготовлена на основе актуальной технической документации и практического опыта специалистов компании "ОборонСпецСплав" в области производства и применения антифрикционных сплавов для различных отраслей промышленности.