Алюминиевые и магниевые сплавы

Широкое распространение в технике получили алюминие­вые и магниевые сплавы, прежде всего потому, что они обладают высокой удельной прочностью, т. е. отноше­нием прочности и плотности. Так, сплавы типа дуралюмин имеют s_B порядка 500 МПа, а плотность 2,7 ^. 10³ кг/м³, т. е. удельную прочность 0,185, в то время как даже для высокопрочных сталей этот показатель равен 0,15.

Магний вообще относится к числу самых легких ме­таллов, используемых в промышленности. Его плотность равна 1,74 ^. 10³ кг/м³, т. е. он в 1,6 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче железа, а удельная прочность его достигает 0,20…0,23, так как прочность отдельных магниевых сплавов составляет 350…400 МПа.

Немаловажным фактором является и то, что эти эле­менты содержатся в больших количествах в земной ко­ре: алюминий по распространенности занимает первое место среди конструкционных материалов (в различных глинах, бокситах, полевых шпатах его содержится около 8 %), железо занимает второе место (5,1 %), а магний - третье (2,4 %).

Подавляющее большинство алюминиевых сплавов упрочняются в результате естественного и искусственно­го старения, магниевые сплавы упрочняются лишь искус­ственным старением (термической обработкой).

Основные режимы термической обработки (старения) легких сплавов

Для алюминиевых и магниевых сплавов применяют три основных вида термической обработки: закалку, отжиг и старение.

Отжиг применяют для достижения более равновес­ных состояний различных сплавов, как правило, для улучшения их пластичности. Гомогенизирующий отжиг проводят в основном для устранения неоднородностей структуры литых сплавов. Температура гомогенизирую­щего отжига колеблется от 450 до 520 °С, а время вы­держки от 4 до 40 ч. Охлаждение после отжига проводят быстро, с целью облегчения последующей деформации и улучшения свойств.

Рекристаллизационный отжиг проводят после дефор­мации (холодной или горячей) для снижения прочности полуфабрикатов или готовых изделий и обеспечения вы­сокой пластичности. Нагрев осуществляют до темпера­тур, соответствующих окончанию первичной рекристал­лизации, т. е. 300…500 °С, длительность отжига от 0,5 до 2 ч, в зависимости от степени предшествующей дефор­мации. Третий вид отжига применяют для разупрочне­ния заготовок перед последующей деформацией, напри­мер штамповкой.

Закалку проводят для сплавов, претерпевающих в твердом состоянии фазовые превращения. Цель закал­ки - получить пересыщенный твердый раствор с макси­мально возможным содержанием легирующих элементов.

Под воздействием последующего нагрева (старения) состояние сплава будет стремится к равновесному, т. е. сплав превратится из однофазного в двухфазный или многофазный в соответствии с диаграммой состояний. Отличительной чертой алюминиевых сплавов является то, что их старение может начинаться при комнатной температуре (следует отметить, что когда мы говорим о приближении сплава к равновесному состоянию, то это еще не означает, что оно может быть достигнуто, в частности при комнатных температурах; во многих промышленных, используемых сплавах в течение длительного времени может сохраняться промежуточное метастабильное состояние).

Изменения структуры стареющих сплавов при распа­де пересыщенных твердых растворов (старении) ведут к значительному изменению свойств сплавов, в первую очередь механических. Прочность в результате старения значительно возрастает (пластичность, естественно, па­дает). Причем наибольшее увеличение прочности наблю­дается на стадиях старения, соответствующих выделе­нию метастабильных фаз. Причиной увеличения проч­ности при выделении метастабильных фаз является то, что они, будучи иначе ориентированными и имея другой тип кристаллической решетки, являются эффективными препятствиями движению дислокаций.