Термическая обработка для дюралюминов заключается в закалке и последующем старении

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

 

К этим сплавам относятся сплавы на основе металлов с малой плотностью: алюминий, магний, титан, бериллий. В исходном состоянии они имеют невысокую прочность. Однако, с учетом снижения веса конструкции при использовании подобных материалов, такие сплавы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Для легких сплавов вводится понятие «удельной прочности» - отношение прочности к плотности: σ_{в / γ.}

 

Сплавы на основе алюминия

Алюминий имеет плотность, равную 2,7г/см3 и температуру плавления 660°С.

Алюминий и его сплавы обладают высокими электро- и теплопроводностью, подвержены обработке давлением, поэтому из сплавов алюминия изготавливают все виды полуфабрикатов, детали штамповкой и ковкой. Также изготавливают очень тонкие листы (вплоть до фольги толщиной 0,003 мм). Алюминий и его сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью. На воздухе алюминий окисляется и на поверхности образуется прочная оксидная пленка, защищающая поверхность металла. Алюминий имеет устойчивость в азотной кислоте, но разрушается при воздействии щелочей, серной и соляной кислот.

Алюминий и его сплавы обладают очень хорошими литейными свойствами и обрабатываемостью резанием. Чистый алюминий имеет невысокую прочность (σ_в = 50 ‑ 100МПа), однако сплавы алюминия упрочняются и σв повышается до уровня некоторых сталей (σ_в = 500 ‑ 600МПа). При этом увеличивается удельная прочность сплавов и уменьшение веса конструкций, что объясняет использование сплавов алюминия в ракето- и самолетостроении.

Основные легирующие элементы в сплавах алюминия: медь, магний, марганец, кремний, цинк. В исходном состоянии эти элементы, как правило, растворяются в твердом растворе алюминия или формируют интерметаллидные соединения.

Все сплавы алюминия подразделяются на 2 группы:

1. Деформируемые алюминиевые сплавы.

2. Литейные алюминиевые сплавы.

Деформируемые сплавы в свою очередь подразделяются на:

-- упрочняемые термической обработкой;

-- неупрочняемые термической обработкой.

 

Деформируемые сплавы, неупрочняемые термической обработкой

Основные легирующие элементы: магний, марганец.

Обозначение: АМг (сплав Аl – Mg); АМц (сплав Аl – Mn).

Свойства: невысокая прочность, хорошая пластичность и коррозионная стойкость.

Используются в отожженном состоянии, либо упрочняются деформацией, нагартовкой.

Эти сплавы хорошо обрабатываются и свариваются.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Относятся сплавы системы алюминий – медь (магний). Наиболее известные сплавы этой группы – дюралюмины.

Обозначение: Д1; Д16.

Термическая обработка для дюралюминов заключается в закалке и последующем старении.

Закалка проводится с температуры 500°С, в воде. После закалки структура сплавов: пересыщенный твердый раствор меди в алюминии. В закаленном состоянии сплавы имеют невысокую прочность при сохранении пластичности. Закаленные детали можно подвергать технологическим операциям.

После закалки с целью упрочнения проводится старение: естественное (при комнатной температуре) или искусственное (при температуре 150-250°С).

Старение – процесс распада пересыщенного твердого раствора легирующих элементов в металлической матрице с образованием дисперсных частиц интерметаллидных соединений с целью упрочнения сплавов.

Процесс старения включает несколько стадий:

1 стадия – образование зон Гинье-Престона ГП-1(образование прослоек повышенной концентрации меди размером 4 – 10 нм в растворе меди в алюминии);

2 стадия – рост зон Гинье-Престона (100нм) и образование зон ГП-2. При этом повышается прочность сплава;

3 стадия – образование самостоятельной тета - фазы Θ (CuAl₂) и дальнейший ее рост при увеличении температуры искусственного старения.

Естественное старение заканчивается образованием зон ГП-1 и ГП-2.

Искусственное старение заканчивается образованием Θ – фазы.

Структура сплавов после закалки и естественного старения – твердый раствор + зоны ГП.

Структура сплавов после закалки и искусственного старения – твердый раствор + Θ-фаза.

После термической обработки дюрали значительно упрочняются, причем эффект максимального упрочнения достигается после закалки и естественного старения. Кроме того, в дюралях увеличивается стойкость к усталостным и хрупким разрушениям.

Дюрали используют в самолетостроении, в пищевой, химической промышленности, для корпусов катеров, яхт.

Для повышения коррозионной стойкости дюрали плакируют. (поверхность листов из дюрали покрывают чистым алюминием и прокатывают).

В последнее время для снижения полетной массы в ракетной технике и самолетостроении используют легирование литием. Создаются сплавы системы Al – Mg – Li и Al – Cu – Li.

3. Литейные алюминиевые сплавы.

Используют для изготовления готовых литых деталей.

Литейные сплавы алюминия обозначаются: АЛ2; АЛ9; АЛ13; АЛ14 и т.д., где А – алюминиевый сплав, Л – литейный сплав, число – условный номер сплава.

Основные легирующие элементы: кремний (система Al – Si, силумины), магний, цинк, медь.