Деформируемые алюминиевые сплавы.

К сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы (табл. 12.3). Сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью (см. гл. 14.1).

Сплавы относятся к системе (рис. 12.3,а). Структура сплава состоит из -твердого раствора и вторичных выделений фазы переходящих в твердый раствор при повышении температуры. В присутствии железа вместо образуется сложная тройная фаза практически

ТАБЛИЦА 12.3. (см. скан) Химический состав (ГОСТ 4784- 74) и механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов

нерастворимая в алюминии, поэтому сплав не упрочняется термической обработкой. В отожженном состоянии сплав обладает высокой пластичностью и низкой прочностью. Пластическая деформация упрочняет сплавы почти в 2 раза.

Сплавы относятся к системе (см. рис. 12.3, б). Магний образует с алюминием -твердый раствор, концентрация которого при повышении температуры увеличивается от 1,4 до 17,4% в результате растворения фазы Однако сплавы, содержащие до дают очень незначительное упрочнение при термической обработке. Вследствие этого сплавы как и упрочняют с помощью пластической деформации и используют в нагартованном ( наклепа)

Рис. 12.3. Диаграммы состояния:

и полунагартованном ( наклепа) состояниях.

Однако применение наклепа ограничено из-за резкого снижения пластичности сплавов, поэтому их используют в отожженном (мягком - состоянии. Сплавы отжигают при температуре При повышении содержания магния в структуре сплавов увеличивается количество фазы При этом временное сопротивление повышается от до при соответствующем снижении относительного удлинения с 28 до 16%. Легирование магнием, кроме того, вызывает склонность к окислению во время плавки, разливки и кристаллизации, что приводит к появлению оксидных пленок в структуре и снижению механических свойств. Поэтому сплавы с высоким содержанием магния для устранения склонности к окислению легируют бериллием. Укрупнение зерна, вызванное бериллием, устраняется добавкой титана или циркония.

Сплавы типа применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклепок, переборок, корпусов и мачт судов, лифтов, узлов подъемных кранов, рам вагонов, кузовов автомобилей и др.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся: сплавы нормальной прочности, высокопрочные и др. Типичные представители сплавов - дуралюмины (маркируют буквой Д). Они характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы Согласно диаграмме состояния (рис. 12.3, в) медь с алюминием образуют твердый раствор, максимальная концентрация меди в котором при эвтектической температуре. С понижением температуры растворимость меди уменьшается, достигая при При этом из твердого раствора выделяется фаза содержащая . Она имеет объемно-центрированную тетрагональную кристаллическую решетку и обладает сравнительно высокой твердостью . В сплавах, дополнительно легированных магнием, помимо 0 образуется еще фаза с ромбической кристаллической решеткой На рис. 12.4 показано влияние соотношения фаз 0 и на прочность. Чем больше меди содержится в сплаве, тем большее количество фазы 0 будет в его структуре Увеличение содержания магния приводит к росту количества фазы и повышению прочности сплавов Разница в свойствах особенно значительна после упрочняющей термической обработки (см. табл. 12.3), состоящей из закалки и естественного старения. При закалке сплавы нагревают до затем охлаждают в воде при После закалки структура состоит из пересыщенного твердого раствора и нерастворимых фаз, образуемых примесями. При естественном старении происходит образование зон Гинье—Престона, богатых медью и магнием.

Рис. 12.4. Зависимость прочности дуралюминов от соотношения меди и магния при их постоянном суммарном содержании 5%

Старение продолжается 5-7 суток. Длительность старения значительно сокращается при увеличении температуры до 40 °С и особенно 100 °С. Более высокие значения прессованных прутков объясняются пресс-эффектом. Для упрочнения дуралюминов, как правило, применяют закалку с естественным старением, так как в этом случае сплавы обладают лучшей пластичностью и менее чувствительны к концентраторам напряжений.

Искусственному старению подвергают лишь детали, используемые для работы при повышенных температурах (до Большое практическое значение имеет начальный, или «инкубационный», период старения (20-60 мин), когда сплав сохраняет высокую пластичность и низкую твердость. Это позволяет проводить такие технологические операции, как клепка, правка и др. Для проведения подобных операций естественно состаренные сплавы и детали из них можно подвергнуть обработке «на возврат», которая состоит в кратковременной выдержке сплава (1-2 мин) при температуре Во время нагрева рассасываются зоны Гинье-Престона и восстанавливается пластичность, свойственная сплавам непосредственно после закалки. Однако применение обработки «на возврат» ограничено тем, что у тонкостенных изделий снижается коррозионная стойкость, а у толстостенных за короткое время выдержки восстановление пластичности не успевает произойти по всему сечению. Увеличение выдержки приводит к искусственному старению сплава на поверхности изделия, что вызывает снижение пластичности.

Дуралюмины широко применяют в авиации. Из сплава например, изготовляют лопасти воздушных винтов, из — шпангоуты, нервюры, тяги управления и др. Кроме того, их используют для строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей, обсадных труб и др. Сплав — один из основных заклепочных алюминиевых сплавов. Заклепки из сплава ставят в конструкцию после закалки и естественного старения.

Ковочные алюминиевые сплавы маркируют буквами Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. По химическому составу сплавы близки к дуралюминам, отличаясь более высоким содержанием кремния. Поэтому в их структуре вместо фазы присутствуют кремнийсодержащие фазы — четверная фаза и силицид магния Ковку и штамповку сплавов ведут при температуре Их применяют после закалки и искусственного старения. Сплавы с пониженным содержанием меди отличаются лучшей технологической пластичностью, но меньшей прочностью Их используют для средненагруженных деталей сложной формы: большие и малые крыльчатки, фитинги, качалки, крепежные детали. Сплавы с повышенным содержанием меди хуже обрабатываются давлением, но более прочны и применяются для высоконагруженных деталей несложной формы: подмоторные рамы, пояса лонжеронов, лопасти винтов вертолетов и др.

Высокопрочные алюмининиевые сплавы маркируют буквой В. Они отличаются высоким временным сопротивлением и близким к нему по значению пределом текучести. Высокопрочные сплавы принадлежат к системе и содержат добавки марганца и хрома или циркония. Эти элементы, увеличивая неустойчивость твердого раствора, ускоряют его распад, усиливают эффект старения сплава, вызывают пресс-эффект. Цинк, магний и медь образуют фазы, обладающие переменной растворимостью в алюминии: При температуре эти фазы переходят в твердый раствор, который фиксируется закалкой. При

искусственном старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием тонкодисперсных частиц метастабильных М, Т и S фаз, вызывающих максимальное упрочнение сплавов. Наибольшее упрочнение вызывают закалка и старение После такой обработки сплав имеет . Подобные сплавы, отличающиеся более высоким содержанием цинка, магния и меди, обладают повышенной прочностью. Так, сплав имеет Однако после указанной термической обработки сплавы имеют низкие пластичность и вязкость разрушения.

Для повышения этих характеристик сплавы подвергают двухступенчатому смягчающему старению. Первая ступень старения - 100-120°С, 3-10 ч, вторая ступень 160-170° С, 10-30 ч. Столь высокие температуры и большие выдержки второй ступени старения приводят к образованию и коагуляции стабильных фаз и Т. Предварительное зонное старение (первая ступень) способствует их равномерному распределению, поскольку в сплавах этой системы стабильные фазы образуются из зон Гинье-Престона. После смягчающего старения сплав имеет

ТАБЛИЦА 12.4. (см. скан) Химический состав (ГОСТ 2685 — 75) и механические свойства литейных алюминиевых сплавов

Рис. 12.5. Микроструктуры сплава а — до модифицирования; б - после модифицирования

Сплавы применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов).