Деформируемые алюминиевые сплавы,упрочняемые термической обработкой

К этой группе сплавов относятся сплавы высокой и нормальной прочности. Составы некоторых деформируемых термически упрочняемых сплавов приведены в таблице 6. Типичными деформируемыми алюминиевыми сплавами являются дуралюмины (маркируют буквой Д) – сплавы системы А1 – Сu – Mg. Очень упрощенно процессы, проходящие при упрочняющей термической обработке дуралюмина можно рассмотреть, используя диаграмму Al – Сu (рис. 5).

Таблица 6.

Состав некоторых деформируемых термически упрочняемых сплавов

Обозначение марок		Химический состав, %							Название сплава
Буквенное	Цифровое	Медь	Магний	Марганец	Zn	Ni	Fe	Si
Д1 Д16 АК8 В95	1110 1160 1380 1950	3,8 – 4,8 3,8 – 4,9 3,9 – 4,8 1,4 – 2,0	0,4 – 0,8 1,2 – 1,8 0,4 – 0,8 1,8 – 2,8	0,4 – 0,8 0,3 – 0,9 0,4 – 1,0 0,2 – 0,6	0,3 0,3 0,3 6,0	0,1 0,1 0,1 Cr-0,1	0,7 0,5 0,7 0,5	0,7 0,5 0,6 – 1,2 0,5	Дуралюмин Супердуралюмин Ковочный сплав Высокопрочный сплав

 

 

Рис. 4. Диаграмма состояния “алюминий – магний”

 

 

Рис. 5. Фрагмент диаграммы состояния “алюминий – медь”:

Т₁ – температура оплавления;
Т₂ – температура закалки;
Т₃ – температура искусственного старения.

 

Рис. 7. Диаграмма состояния “алюминий – кремний”:а) общий вид;
б) после введения модификатора.

 

При закалке, которая заключается в нагреве сплава выше линии переменной растворимости, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении, фиксируется структура пересыщенного a – твердого раствора (светлый фон на рис. 6а) и нерастворимых включении железистых и марганцовистых соединений (темные включения). Сплав в свежезакаленном состоянии имеет небольшую прочность s ₆ = 30 кгc/мм³ (300 МПа); d = 18 %; твердость НВ75.

Пересыщенный твердый раствор неустойчив. Наивысшая прочность достигается при последующем старении закаленного сплава. Искусственное старение заключается в выдержке при температуре 150 – 180 °С. При этом из пересыщенного a – твердого раствора выделяются упрочняющие фазы CuAl₂, CuMgA₂, и др.
Микроструктура состаренного сплава представлена на рис. 6б. Она состоит из твердого раствора и включений различных вышеперечисленных фаз.

4. Литейные алюминиевые сплавы

Действующий в настоящее время стандарт на алюминиевые сплавы (ГОСТ 1583-89) предусматривает их деление на 5 групп:
I – сплавы на основе системы А1 – Si – Мg
II – сплавы на основе системы Al – Si – Сu
III – сплавы на основе системы Al – Сu
IV – сплавы на основе системы Al – Mg
V – сплавы на основе системы алюминий – прочие компоненты.

В таблице 7 приведены некоторые марки сплавов этой группы и их химический состав.

Характерным представителем алюминиевых литейных сплавов являются силумины – это сплавы алюминия с кремнием, обычно содержащие 10 – 13 %Si (AK12) (рис. 7).

Микроструктура литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов a - твердого pacтворa кремния в алюминии и двойной эвтектики a + Si игольчатого типа, рис. 8в (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05 %, допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не b -твердый раствор, а кремний).

Рис. 8. Микроструктура силуминов
(справа – схематическое изображение):а) доэвтектический, б) эвтектический
в) заэвтектический, г) модифицированный.

Микроструктура сплава эвтектического состава состоит из эвтектики a + Si. При обычном способе литья эта эвтектики имеет грубое строение (рис. 8б). Кремний в ней находится в виде грубых игл. В силуминах заэвтектического состава первично кристаллизуются многогранные кристаллы Siсветло-серого цвета (рис. 8в). Кремний хрупок, поэтому силумины имеют низкие механические свойства (s _b = 120 – 160 МПа, d = 1 – 2 %). Чтобы избавиться от грубой эвтектики и первичных кристаллов, сплавы модифицируют, т.е. перед разливкой в расплав вводят небольшое количество натрия (0,05 – 0,08 % к массе сплава) или кальция, бора. В результате модифицирования (рис. 7 – пунктир) увеличивается концентрация кремния в эвтектике (с 11,7 % до 15 %) и сплавы переохлаждаются относительно равновесно эвтектической температуры 577 °С. Силумины заэвтектического состава, содержащие 11,7 – 15 % Si, становятся доэвтектическими, и в их структуре вместо первичных хрупких кристаллов кремния имеются дендриты пластического a -твердого раствора (рис. 8г). Переохлаждение приводит к формированию в структуре мелкозернистой эвтектики.

Модифицирование улучшает не только механические свойства силуминов (s _b = 170 – 200 MПа, d = 3 – 5 %), но и литейные. Модифицированные силумины хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость. Для повышения прочности двойные силумины легируют магнием, медью и подвергают термической обработке.По назначению конструкционные литейные алюминиевые сплавы условно делятся на следующие группы:

1) сплавы, отличающиеся высокой герметичностью (АК12, АК8);

2) высокопрочные жаропрочные сплавы (АМ5, АК5М);

3) коррозионно-стойкие сплавы (АМг10; АЦ4Мг).

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Алюминий широко применяется в строительстве и архитектуре. В большинстве промышленно развитых стран на эти цели расходуется 20% запасов алюминия. Авиация, железнодорожный и автомобильный транспорт потребляют 25%,а электротехника — около 15%.В последнее время быстро возрастает расход алюминия на изготовление тары и упаковки—сегодня он уже достиг 10—15%.Увеличивается значение алюминия и в производстве товаров широкого потребления: по оценкам, его доля здесь также составляет 10—15%. В связи с этим быстро растет и абсолютный объем производства и потребления алюминия.

Алюминий стоит на втором месте по масштабу производства после железа. Использование алюминия происходит как в различных отраслях промышленности, так и в быту. Алюминий применим в пищевой и химической промышленности, потому что ему не характерно взаимодействие с органическими кислотами, концентрированной азотной кислотой и продуктами пиши. Алюминий используют для производства тары, упаковочного материала, емкостей и пр. Алюминий также широко распространен в строительстве, электротехнике, криогенной технике авто- и вагоностроении.