materialovedenie2 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 4

На рис. 12.4 показано влияние соотношения фаз 0 и 5 на прочность. Чем больше мели содержится в сплаве, тем болыпее количество фазы 0 будет в его структуре (Д!). Увеличение содержания магния приводит к росту количества фазы 5 н повышению прочности сплавов (Д16). Разница в свойствах особенно значительна после упрочняющей термической обработки (см. табл. !2.3), сосгояшей из закалки и есгественного старения.

При закалке сплавы Д16 и Д18 нагревают до 495-505 С, Д1 — до 5!30 — 510'С, затем охлаждают в воде при 40'С. После закалки структура состоит из пересыщенного твердого раствора и нерасгворимых фаз, образуемых примесями. При естественном старении происходит образование зон Гинье— Престона, богатых медью и магнием. гол го%о 3 г с и О С 1 Э О Ссдт. Рис. 12.4. Зависимость прочности дуралюминов от соотношения меди и магния при их постоянном суммарном содержании 5% 212 Маепериаввь применнемые в манов~о- и проб ороси«пинии Старение продолжается 5-7 суток. Длительность старения значительно сокращается при увеличении температуры до 40'С и особенно 100'С. Более высокие значения о, и оох 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 (190'С, 10 ч) подвергают лишь детали, используемые для работы при повышенных температурах (до 200 "С). 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 спгива (1 — 2 мин) при температуре 230-300'С. Во время нагрева рассасываются зоны Гинье — Престона и восстанавливается пластичность, свойственная сплавам непосредственно после закалки.

Однако применение обработки «на возврат» ограничено тем, что у тонкосгенных изделий снижаемся коррозионная стойкость, а у толстостенных за короткое время выдержки восстановление пластичности не успевает произойти по всему сечению. Ъ'вели«ение выдержки приводит к искусственному старению сплава на поверхности изделия, что вызывает снижение пластичности. Дуралюмины широко применяют в авиации. Из сплава Д1, например, изготовляют лопасти воздушных винтов, нз Д16 — шпангоуты, нервюры, тяь и управления и др. Кроме того, их используют для строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей, обсапных труб и др. Сплав Д18 — один из основных заклепочных алюминиевьп сплавов. Заклепки из сплава Д18 ставят в конструкцию после закалки и естественного старения.

Коночные алюминиевые сплавы маркируют буквами АК, Они обладают хс. рощей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформапии. По химическому со. отаву сплавы близки к дуралюминаи, отличаясь более высоким солержаннеи кремния. Поэтому в их структуре вместо фазы 5 присутствуют кремнийсодержащие фазы — четверная фаза (А!, Св, Мй, Я) и силицид магния 1)(МВ,Я). Ковку и штамповку сплавов ведут прн теьь пературе 450 — 475 'С. Их применяют после закалки и искусственного сгареааа Сплавы с пониженным содержанием меди (АК6) отличаются лучшей технолопь ческой пластичностью, но меньшей прочностью (о„=360 МПа). Их используют для средненагруженных деталей сложной формы: болыпие и малые крыльчаткк фитинги, качалки, крепежные детали. Сплавы с повышенным содержаниеи меди (АК8) хуже обрабатываются давлением, но более прочны и применяются для высоконагруженных деталей несложной формы: подмоторные рамн, пояса лонжеронов, лопасти винтов вертолетов и др.

Высокопрочные алюмининиевые сплавы маркируют буквой В. Они отличаются высоким временным сопротивлением (600-700 МПа) и близким к нему по значению пределом текучести, Высокопрочные сплавы принадлежат к системе А! — Хп-М8 — Сц и содержат добавка 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, обладшощяе переменной растворимостью в алюминии: М(М87п,), Я(СпМ8А),) Т(Мйэе.пзА),). При температуре 480'С этн фазы переходят в тверлый раствор, который фиксируется закалкой.

При ас- Материалы с малой плотностью 213 ТАБЛИЦА 12.4. Химический состав (ГОСТ 2685 — 75) в механические свойства литсвпмх алюмвявсвых сплавов Мскнннчсскнс свойства Содержание эдсмснтсн (сствдьнсс АЛ, % П рнысчаннс С~чав пв осд нв Сн 130 20 180 ВО 1Π— 13 0,2-0,5 2!80 200 8 — 10,5 О,! 7 — 0,3 0,2 — 0.4 АЛ9 220 120 220 160 6 — В О,! — 0,3 Т1 0,3-0,5 АЛ32 7,5 — 8,5 0,3-0,5 1 — 1,5 270 160 2 60 200 33 АЛ7 33 0,15 — 0,35 Тэ ,05 — 0,15 Т! 0,05 — 0,2Уг, 0,05 — 0,15 Вс 4,5 — 5,3 0,6 — 1 АЛ19 АЛВ АЛ27 3 60 320 3 60 2 50 180 3 12 18 9,5 — 11,5 9,5 — 11,5 Закаленный Э кусственном старении происходит распел пересыщенного твердого раствора с образованием тонкодисперсных частиц метастабильных М', Т и Я' фаз, вызывающих максимальное упрочнение сплавов. Наибольшее упрочнение вызьэвают закалка (465-475 'С) и старение (140*С, 16 ч). После такой обработки сплав В95пч имеет о, = 560+ 600 МПа; п„=480+550 МПа; Ь=9 ьз12%; К„= 30 МПа.м'"; КСТ= 30 кДж/м' НВ 1500.

Подобные сплавы, отличаюшиеся более высоким содержанием цинка, магния и меди, обладают повышенной прочностью. Так, сплав В96 имеет о, = 700 МПа; пол — — 650 МПа; Ь = 7%; НВ 1900. Однако после указанной термической обработки сплавы имеют низ- кис пластичность и вязкость разрушения.

Для повышения этих характеристик сплавы подвергают двухступенчатому смягчающему старению. Первая ступень старения — 100 — 120'С, 3 — 1О 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 М, 5 и Т.Предварительное зонное старение (первая ступень) способствует их равномерному распределению, поскольку в сплавах этой системы стабильные фазы образуются из зон Гинье — Престола После смягчающего старения сплав В95пч имеет о, = = 590 —: 540 МПа; оо,э = 410 + 470 Лигой в песчаную форму Литой в песчаную форму, модифиппро.

ванный Литой в песчаную 4юрму, моднфппнровапньвй, закаленный н со. сгаренный Литой пол давлением Литой в песчаную (металлическую форму, закаленный н состарснпый Литой под давлением Закаленный в состарсапый То же 214 Яатернаэсь прнменнеиые и машино- н прибарастраеняш л/ Рис. 12.5. Микроструктуры сплава АЛ2, х 340: я — до ыо;шфинироияиия.

б — поедя чодифидирояииия МПа; Б = 10 со 13; К„= 36 МПа миз; КС7 ..= 5 кДж/мз. Сплавы применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжении сжатия (обгпивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов). Литейные алюминиевые сплавы. Химический состав и механические свойства некоторых промышленных литейных сплавов приведены в табл. 12.4. Они маркируются буквами АЛ, что значит алюминиевые литейные, Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу (А! — 51, А! — Сп и А! — Мй), Лучшими литейными свойствами обладают сплавы А! - Я (силумины).

Высокая жидкотекучестяь малая усадка, отсутствие или низкая склонность к образованию горячих трещин и хорошая герметичность силуминов объясняются наличием болыпого количества эвтектики в структуре этих сплавов. В двойных сплавах алюминия с кремнием эвтектика состоит из твердого раствора я кристаллов практически чистого кремния (рис. 12.5,а), в легированных силуминах (АЛ4 и др.) помимо двойной имеются тройные и более сложные эвтектики. Плотность большинства силуминов 2650 кг/м — меньше плотности чистого алюминия (27(Ю кг/м ). Они хорошо свариваются.

Хорошо обрабатываются резанием только силумины, легированные медъю. Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления (модифицирования, способа литья и др.) и термической обработки (см. табл. 12.4). В лвойных силуминах с увеличением содержания кремния до эвтектического состава снижается пластичность и повышается прочность. Появление в структуре сплавов крупных кристаллов первичного кремния вызывает снижение прочности и пластичности (рис. 12.6). Несмотря на увеличение растворимости кремния в алюминии от 0,05% при 200'С до 1,65% при эвтектяческой температуре, двойные сплавы ие упрочняются термической обработкой. Это объясняется высокой скоростью распада твердого раствора, который частично происходит уже при закалке, а также большой склонностью к коагуляции стабильных выделений кремния.