7. Дюралюминий и другие деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Дюралюминий — наиболее распространенный представитель группы алюминиевых сплавов, применяемых в деформированном виде и упрочняемый термической обработкой.

Он содержит и а также марганец и железо.

Дюралюминий — сплав, по крайней мере, шести компонентов: алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, хотя основными добавками являются медь и магний. Поэтому указанный сплав можно причислить к сплавам системы Кремний и железо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.

Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений (следовательно, вызывающих старение), таких как фаза и нерастворимых соединений, таких как железистые и марганцовистые соединения.

Структура дюралюминия в отожженном состоянии (рис. 405, а) состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений.

После закалки с оптимальных температур основное количество соединений растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются. Поэтому в закаленном состоянии структура твердого раствора и нерастворимых включений соединений железа (на микроструктуре рис. включения черного цвета).

При нагреве выше происходит оплавление зерен по границам, и при охлаждении участки жидкой фазы превращаются в эвтектику (рис. 405, в).

Механические свойства после окончательной термической обработки (после закалки и старения) сильно зависят от температуры

закалки (рис. 406). В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, а после закалки получается пересыщенный твердый раствор, а после старения — более высокая прочность. Нагрев же выше определенной температуры вызывает перегрев (рост зерна, окисление и оплавление границ зерна), что приводит к катастрофическому падению прочности и пластичности.

Рис. 405. Микроструктура дюралюминия: а — отожженное состояние, X 200; б — закаленное состояние, : в — перегретое при закалке состояние, X 200

Поэтому ясно, что при термической обработке дюралюминия важно соблюдать температурный режим закалки. При термической обработке дюралюминия колебания температур закалки не должны превышать Температура закалки для дюралюминия разных марок будет указана дальше.

Кривые старения дюралюминия были приведены на рис. 396. Дюралюминий принадлежит к алюминиевым сплавам естественно стареющим, и наиболее высокие механические свойства у нормального дюралюминия получаются после старения при комнатной температуре в течение пяти — семи суток.

Рис. 406. Механические свойства дюралюминия в закаленном и состаренном состояниях в зависимости от температуры закалки

Термическая обработка этих сплавов заключается в закалке примерно с в воде с последующим естественным (зонным) старением, т. е. детали из этих сплавов могут быть; «готовы» лишь через пять — семь дней после закалки.

Так как коррозионная стойкость дюралюминия незначительна, то изыскивали различные способы для защиты его от коррозии. Наиболее распространенный способ защиты его от коррозии — плакированием чистым алюминием. Плакированный дюралюминий

обладает такой же коррозионной устойчивостью, как чистый алюминий.

По техническим условиям толщина плакированного слоя составляет 4-8 % от толщины листа (или диаметра проволоки или прутка). Естественно, что наличие на дюралюминии менее прочного слоя из чистого алюминия ухудшает прочностные свойства полуфабриката в целом, т. е. плакированный дюралюминий несколько менее прочен, чем неплакированный.

В настоящее время производят дюралюминий нескольких марок. Состав наиболее распространенных марок приведен в табл. 109.

Таблица 109. Состав дюралюминия, % (ГОСТ 4785-74)

Сплавы — так называемый нормальный дюралюминий основной, упрочняющей фазой в этом сплаве является соединение Сплав так называемый супердюралюмин, содержит, по сравнению с нормальным дюралюминием, повышенное количество магния.

В соответствии с этим основной упрочняющей фазой является фаза что и обеспечивает более высокую прочность сплава по сравнению с

В табл. 110 приведены механические свойства этих сплавов в разных состояниях.

Таблица 110. (см. скан) Механические свойства дюралюминия

Режимы термической обработки этих сплавов: закалка с в воде для сплава в воде для сплава старение в обоих случаях при в течение четырех суток. Смягчающий отжиг проводят при

Физические свойства этих сплавов в термически упрочненном состоянии практически одинаковы (различие в пределах точности измерения):

Из табл. 110 видно, что прессованные профили обладают более высокой прочностью, чем листы (при практически одинаковой термической обработке). Это объясняется так называемым пресс-эффектом, сохранением наклепа, полученного при прессовании и не устраненного при нагреве под закалку.

Несмотря на сравнительно невысокую прочность вязкость разрушения алюминиевых сплавов значительно уступает стали и составляет (для стали при той же прочности а для высокопрочной стали с Это показывает, что алюминиевые сплавы имеют существенно (в пять раз) меньшую конструктивную прочность, чем стали.

Следует также указать, что пайка и сварка алюминиевых сплавов не создают шва равной прочности с основным металлом. Надежным соединением является соединение на заклепках, которые тоже должны быть изготовлены из дюралюминия. При расклепывании заклепки металл должен обладать высокой пластичностью. Такие свойства имеет дюралюминий, но лишь в свежезакаленном состоянии (до старения).

Заклепки из сплавов ставят не позднее, чем через или 20 мин 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.

Разумеется, такая жесткая регламентация по времени создает технологические затруднения. Поэтому имеется сплав специально предназначенный для заклепок, который можно расклепывать в состаренном состоянии. Этот сплав содержит пониженное количество упрочняющих элементов (меди, магния) и после закалки и старения, имеет существенно более низкую прочность, но более высокую пластичность, чем, например, дюралюминий

Состав и механические свойства сплава следующие: После закалки с в воде и естественного старения сопротивление срезу

Из табл. 110 видно, что предел прочности нормального листового дюралюминия достигает а высокопрочного

Значительно более высокую прочность можно получить у алюминиевых сплавов, содержащих в качестве основных присадок, кроме меди и магния, еще и цинк, т. е. у сплавов системы

В сплаве (сплавы можно получить предел прочности до (табл. 111). Однако в условиях не очень активной коррозионной среды, даже такой как дистиллированная вода, прочность резко падает. Недостаток этот устраняется добавкой . Так же влияет и малая присадка хрома или циркония. Таким образом применение получили сплавы не тройной

Таблица 111. (см. скан) Механические свойства (типичные) высокопрочных алюминиевых сплавов системы

а четверной системы Наиболее типичным представителем этой системы является сплав

Основное упрочнение создается за счет растворения Т-фазы

Высокое легирование снижает температуры начала плавления, поэтому применяют более низкую температуру закалки по сравнению с такой для дюралюминия Меньшая скорость распада пересыщенного твердого раствора сплава (см. рис. 393) приводит к следующим изменениям в технологии термической обработки:

а — скорость охлаждения при закалке может быть уменьшена, что целесообразно, так как при этом уменьшаются внутренние напряжения, наличие которых увеличивает склонность к коррозионному растрескиванию (снижает прочность при испытании в коррозионноактивных средах). Это является главным недостатком наиболее высокопрочных алюминиевых сплавов. Поэтому при закалке сплава применяют не холодную, а подогретую до воду.

Весьма хорошие результаты дает закалка этих сплавов в жидком азоте, при котором охлаждение происходит медленнее, чем в холодной воде (в связи с меньшей теплотой парообразования жидкого азота), но более равномерно, чем в горячей воде;

б — естественное старение не дает максимальной прочности, даже при очень большой выдержке, как искусственное. Максимальная прочность достигается в результате старения при 120—140°С в течение

Если стремиться к максимальной прочности, то следует еще больше легировать сплав цинком, магнием и медью, чем сплав

Наиболее прочный алюминиевый сплав содержащий Прочность этого сплава достигает Механические свойства сплавов системы приведены в табл. 111.

Следует отметить, что «гнаться» за высокой прочностью не всегда целесообразно из-за снижения при этом вязкости (например, и коррозии под напряжением, т. е. снижения конструктивной прочности, что мы определяли понятием надежности материала. Поэтому появилась тенденция не повышать прочность с помощью увеличения содержания цинка и магния, а наоборот, ограничиваться умеренной прочностью (как и у дюралюминия порядка но зато иметь высокотехнологичный и надежный сплав, что достигается снижением содержания цинка и магния в сумме не более Таким сплавом является сплав 1915, содержащий (указано среднее содержание легирующих элементов).

В качестве представителя алюминиевого сплава, содержащего литий, познакомимся со сплавами и

Упрочняющая термическая обработка заключается в закалке с сплава и сплава в холодной воде и старении при что обеспечивает максимальную прочность но недостаточную пластичность и конструктивную прочность (надежность).

Недостаривание (старение при 160°С) или перестаривание (старение при 200 °С) не приводит к получению наибольшей прочности, но при этом достигается лучшая пластичность.

Сплав является самым легким алюминиевым сплавом, его плотность что меньше плотности чистого алюминия и тем более высоколегированного сплава что для авиационных материалов весьма существенно.