4. Влияние состава алюминиевых сплавов на процессы, происходящие при термической обработке

Рассмотрим влияние содержания меди и третьих элементов на свойства двойных сплавов и на термическую обработку этих сплавов.

Рис. 399. Влияние содержания меди на твердость алюминиевомедного сплава в трех состояниях: 1 — отожженном; 2 — сразу после закалки; 3 — после старения на максимальную прочность

Рис. 400. Кривые растворимости (в твердом состоянии) некоторых элементов в алюминии

Кривые, приведенные на рис. 399, показывают, как изменяется твердость сплавов в зависимости от содержания меди. Эффект старения, т. е. разница в твердости между свежезакаленным и состаренным состояниям (кривая 4 на диаграмме), постепенно возрастает с увеличением содержания меди; сплав с и менее практически не стареет, так как пересыщение еще недостаточно, чтобы вызвать при старении существенное изменение свойств.

Максимальное упрочнение при старении отмечается при содержании , что соответствует (примерно) пределу растворимости меди в алюминии при высокой температуре (см. рис. 392).

Загрязнение сплава железом уменьшает эффект старения. Такое влияние железа является следствием образования почти нерастворимого в алюминии тройного соединения (так называемая фаза

Чем больше в сплаве железа, тем больше меди идет на образование тройного соединения и тем меньше образуется растворимого соединения от которого зависит упрочнение при термической обработке. Таким образом, в термически обрабатываемых сплавах железо является вредной примесью.

Рис. 401. (см. скан) Алюминиевый угол диаграммы состояния

Не только в системе но и при сплавлении с другими элементами и др.) (рис. 400) алюминий образует раствор переменной растворимости, что делает и эти сплавы способными к упрочнению путем закалки и старения.

В двойных сплавах эффект от термической обработки менее значителен, чем в тройных и более сложных сплавах, поэтому преимущественное применение получили не двойные, а более сложнолегированные алюминиевые сплавы.

Среди подобных сплавов на основе тройных и четверных систем наибольшее применение получили сплавы следующих систем:

1. Сплавы системы так называемые сплавы авиаль. В этих сплавах фазой, которая при нагреве под закалку растворяется, а при старении выделяется и вызывает упрочнение, является соединение

2. Сплавы системы так называемые дуралюмины. В сплавах этой системы в зависимости от содержания меди и соотношения концентраций меди и магния могут образовываться или двойные соединения или (при малом содержании одного из элементов — магния или меди), или тройные соединения (так называемая фаза и (фаза Т). Эти соединения имеют переменную растворимость в алюминии. На рис. 401 приведен алюминиевый угол

тройной системы Линия показывает предельную растворимость меди и магния при комнатной температуре, а линия при высокой. Следовательно, сплавы, которые по концентрации меди и магния находятся между этими линиями, при нагреве образуют гомогенный твердый раствор и упрочняются термической обработкой. На диаграмме указано, какие фазы образуются в этих сплавах в отожженном состоянии, и следовательно, за счет растворения каких фаз обусловлено упрочнение при термической обработке.

Исследования Петрова и др. показывают, что растворение фазы 5 при последующем старении дает наибольшее упрочнение по сравнению с тем, какое дают другие фазы этой системы.

Рис. 402. Алюминиевый угол системы и системы

Поэтому в тройной системе наиболее способными к упрочнению при термической обработке являются сплавы, находящиеся вблизи линии (между точками х и у). Такие сплавы называются высокопрочными дуралюминами.

3. Сплавы системы и

Щелочноземельный легкий металл литий лишь недавно стали применять для легирования алюминиевых сплавов. При изучении системы была отмечена большая растворимость соединения в алюминии и сильная ее зависимость от температуры, что предопределяет возможность применения упрочняющей термической обработки. Двойные сплавы оказались неэффективными (сравнительно небольшой эффект упрочнения при термической обработке, большая склонность к окислению при нагреве), однако тройные сплавы оказались ценными для практики.

Система приведена на рис. 402, а, из которого видно, что упрочнение тройных сплавов может достигаться за счет одной из следующих фаз:

По своей природе фаза аналогична фазе в системе и эффект упрочнения при растворении этой фазы наибольший, который увеличивается при наличии небольшого количества кадмия

Сплавы системы являются самыми легкими алюминиевыми сплавами, так как оба легирующих элемента (магний и литий) уменьшают плотность

алюминиевого сплава и старение создается за счет выделения (точнее предвыделения) тройных фаз, содержащих литий.

4. Сплавы системы Как и магний, цинк обладает большой растворимостью при высокой температуре и незначительной при низкой температуре (ниже 200 °С). То же, но в еще более резкой форме, характерно для соединения, именуемого фазой (рис. 402, б), которая изоморфна фазе Т системы

Сплавы этой системы позволяют проводить глубокое легирование и получать большие пересыщения при закалке и наилучшие свойства после старения.

В табл. 108 указаны системы сплавоц, фазы, растворимые при нагреве, т. е. вызывающие старение и фазы (зоны), образование которых вызывает максимальный упрочняющий эффект старения.

Таблица 108. (см. скан) Фазы и аоны в алюминиевых сплавах