Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Упрочняемые термообработкой деформируемые сплавы соответствуют участку 2 на обобщённой диаграмме состояний (рис.1.1). Высокие механические свойства таких сплавов достигаются в результате их термической обработки, при которой выделяются вторичные фазы, вызывающие повышение прочности. Типичные представители сплавов, упрочняемых термообработкой, – дюралюмины (маркируют буквой Д). К сплавам, упрочняемым термической обработкой, кроме дюралюминов, относятся высокопрочные, ковочные, жаропрочные алюминиевые сплавы.

Дюралюмины характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы Al-Cu-Mg.

 Согласно диаграмме состояния AL-Cu (Рис. 1.6.) медь с алюминием образуют твердый раствор, максимальная концентрация меди в котором 5,65% при эвтектической температуре.

С понижением температуры растворимость меди уменьшается, достигая при 20°С 0,1%. При этом из твердого раствора выделяется фаза q (CuAl₂), содержащая 54,1% меди. Она имеет центрированную тетрагональную решетку и обладает сравнительно высокой твердостью (НV 5310).

Рис. 1.6. Левый участок диаграммы состояния сплавов AL-Cu: Т₁ - температура оплавления; Т₂ – температура закалки; Т₃ – температура искусственного старения

В сплавах, дополнительно легированных магнием, помимо q - фазы образуется еще S фаза (CuMgAl₂) с ромбической кристаллической решеткой (HV 5640). Чем больше меди содержится в сплаве, тем большее количество фаз q будет в его структуре (Д1). Увеличение содержания магния приводит к росту количества фазы S и повышению прочности сплавов (Д16). Разница в свойствах особенно значительна после упрочняющей термической обработки.

Дюралюмины у довлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состоянии и плохо – в отожженном состоянии; хорошо свариваются точечной сваркой. Следует указать, что пайка и сварка плавлением не создают равной прочности с основным металлом вследствие склонности сплавов к образованию трещин.

Надежным соединением является соединение на заклепках, которые тоже должны быть изготовлены из дюралюмина. При расклепывании заклепки металл должен обладать высокой пластичностью. Такие свойства имеет дюралюминий (но лишь в свежезакаленном состоянии до старения). Заклепки из дюралюминов ставят не позднее, чем через 2 ч. (Д1) или 20 мин (Д16) после закалки, когда сплав не начал еще заметно упрочняться в процессе старения; позднее ставить заклепки нельзя, так как в результате старения и снижения вследствие этого пластичности при расклепывании образуются трещины. Такая жесткая регламентация создает технологические затруднения. Поэтому был разработан сплав Д18, специально предназначенный для заклепок, который можно расклепывать в состаренном состоянии. Этот сплав содержит пониженное количество упрочняющих элементов (меди, магния) и после закалки имеет существенно более низкую прочность, но более высокую эластичность, чем Д1.

Коррозионная стойкость дюралюминов незначительна. Наиболее распространенный способ защиты их от коррозии – плакирование чистым алюминием. Плакированный дюралюмин обладает такой же коррозионной стойкостью, как чистый алюминий. По техническим условиям толщина плакированного слоя составляет 4-8% от толщины листа (или диаметра проволоки, прутка). Естественно, что наличие менее прочного слоя из чистого алюминия ухудшает прочностные свойства полуфабриката в целом, т.е. плакированный дюралюмин несколько менее прочен, чем не плакированный.

Дюралюмины широко применяются в cудостроении и авиации. Из сплава Д1 изготавливают лопасти воздушных винтов, из Д16 – шпангоуты, тяги управления и др. Кроме того, их используют для строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей, обсадных труб и др. Сплав Д18, как указывалось выше, - один из основных заклепочных алюминиевых сплавов. Заклепки из сплава Д18 ставят непосредственно после закалки.

Химический состав и механические свойства дюралюминов представлены в табл.1.2.

Таблица 1.2