Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (Базалеева Наумова Металлография - часть 2), страница 11

Но практически сплавы, имеющие концентрацию немного больше, чем предел растворимости, также вряде случаев не упрочняются термически из-за малого количестваупрочняющей фазы.Не упрочняемые термической обработкой сплавы характеризуются невысокой прочностью, не намного превосходящей прочность Al, высокой пластичностью, коррозионной стойкостью исвариваемостью. К рассматриваемой группе относятся сплавы систем Al — Mn и Al — Mg, которые маркируются АМц и АМг соответственно.Промышленные сплавы системы Al — Mn содержат от 1 до1,6 % Mn.

Хотя растворимость марганца в алюминии с понижени-75ем температуры резко снижается, и нагревом до 650 °С с последующим быстрым охлаждением можно получить пересыщенныйтвердый раствор, процесс старения пересыщенного твердого раствора заметным повышением прочности не сопровождается. Повидимому, это объясняется малой концентрацией Mn в α-твердомрастворе и невысокой дисперсностью упрочняющих выделенийAl6Mn. Дело в том, что Fe и Si, являющиеся неизбежными примесями алюминия, сильно уменьшают растворимость марганца.Например, если в чистом алюминии при 500 °С растворяется 0,4 %Mn, то в алюминии, содержащем 0,1 % Fe и 0,65 % Si, всего0,05 %.

Кроме того, железо растворяется в частицах Al6Mn, образуя крупные пластинчатые кристаллы Al6(Mn,Fe) фазы, которыерезко ухудшают механические свойства сплава.Сплавы системы Al — Mg называют магналиями, и основныепромышленные сплавы этой системы содержат от 1 до 6 % Mg.Чем больше в сплаве магния, тем выше его прочностные характеристики. Растворимость магния в алюминии изменяется от 17,4 %при эвтектической температуре (449 °С) до 1,4 % при комнатнойтемпературе. Структура деформируемых сплавов Al — Mg в литом состоянии представляет собой дендритные кристаллы αтвердого раствора, по границам которых формируются частицыMg2Al3 (β-фаза) эвтектического происхождения. Из-за дендритнойликвации содержание магния на границах превышает предельнуюконцентрацию твердого раствора.

После гомогенизационного отжига при 500 °С β-выделения растворяются, а после охлажденияна воздухе сплав сохраняет практически структуру гомогенноготвердого раствора, т. е. в сплавах системы Al — Mg очень замедлены процессы диффузии.Конечной обработкой для термически неупрочняемых деформируемых сплавов алюминия является рекристаллизационный отжиг. Значительного дополнительного упрочнения этих сплавовможно добиться холодной пластической деформацией. Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для малонагруженныхсварных изделий — сварные бензобаки, маслопроводы.Широкое распространение среди алюминиевых сплавов получили сплавы системы Al — Cu — Mg — Mn (дуралюмины).В 1906 г. немецкий исследователь А. Вильм открыл явление старения на Al — 4 % Cu — 0,5 % Mg — 0,5 % Mn сплаве. Этот сплав76стал родоначальником весьма важной группы сплавов, сыгравшихогромную роль в развитии самолетостроения.

А старение сталошироко распространенным способом упрочнения сплавов на самой различной основе.В структуре литого дуралюмина присутствуют дендриты α-твердого раствора, по границам которых располагаются включения-фазы (СuAl2) и S-фазы (CuMgAl2). Следует иметь в виду, что наформирование структуры дуралюминов также оказывают влияниеFe и Si, которые могут образовывать различные фазы, например,Mg2Si, Al6(Mn,Fe), Al12Si(Mn,Fe)3, причем все эти включения имеютэвтектическое происхождение (чаще это вырожденная эвтектика).При отжиге сплав нагревается до однофазной области, включения эвтектического происхождения растворяются, и происходитгомогенизация твердого раствора. Однако содержащие Fe включения практически нерастворимы в Al, и они сохраняются в структуреи при температуре отжига, понижая пластичность сплава. В процессе охлаждения из α-твердого раствора выделяются различные вторичные интерметаллидные включения, дисперсность которых выше(0,1 мкм) дисперсности включений эвтектического происхождения(1...10 мкм), и они более равномерно распределены по матрице.Структура отожженного дуралюмина показана на рис.

5.3, а.Как уже отмечалось, алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой, подвергают закалке и старению. После закалки соптимальной температуры (500 °С) основное количество интерметаллидных соединений растворяется в α-твердом растворе, нерастворяются только соединения Fe. Поэтому в закаленном состоянии в структуре дуралюмина присутствуют кристаллы α-твердогораствора и нерастворимые включения Fe. Структура закаленногосплава представлена на рис. 5.3, б.Интервал допустимых закалочных температур для дуралюминаочень узкий (490...500 °С). Верхняя граница этого интервала близка к температуре плавления тройной эвтектики (α++S), и превышение этой границы может привести к оплавлению и окислениюграниц — к пережогу, что отрицательно скажется на прочности,пластичности и коррозионной стойкости материала.

Нагрев до более низких температур приведет к неполному растворению избыточных фаз, уменьшению пересыщенности твердого раствора,77Рис. 5.3. Структура дуралюмина (1000) после отжига (а), закалки (б) изакалки с искусственным старением при 250 С в течение 3 ч (в)а следовательно, уменьшению твердости состаренного сплава.Кроме того, важно чтобы при закалке переноска сплава из печи взакалочный бак с водой происходила быстро (не превышала 15 с):необходимо предотвратить распад пересыщенного твердого раствора в процессе охлаждения, а твердый раствор на основе алюминия распадается быстро.В закаленных дуралюминах протекает естественное старение,и на четвертые сутки в них достигается максимальная прочность.Также в этих сплавах применяется искусственное старение при190 °С в течение 12 ч.

При естественном старении в твердом растворе образуются только ГП-зоны, при искусственном в упрочнение большой вклад вносит промежуточная фаза S. Размер частиц,образующихся при старении, порядка 10–3...10–2 мкм. На рис. 5.3, в78показана структура сплава после искусственного старения при250 °С в течение 3 ч, т. е. перестаренного сплава.Наиболее широко дуралюмины используют в авиации. Из нихизготавливают панели крыла, балки, шпангоуты, стрингеры, обшивку фюзеляжа и др., а также кузовы грузовых автомобилей.Дуралюмины обладают плохой свариваемостью и низкой коррозионной стойкостью.

Для защиты от коррозии в промышленности применяют либо плакировку — покрытие поверхности чистымалюминием, либо электрохимическое оксидирование, котороеназывают анодированием.Кроме дуралюминов, распространение получили алюминиевыесплавы других систем легирования, в которых формируются иныефазы-упрочнители, определяющие особенности их свойств. Это,например, сплавы системы Al — Mg — Si, Al — Mg — Si — Cu,Al — Cu — Mg — Fe — Ni, Al — Zn — Mg — Cu, Al — Mg —Li — Zr. Различное легирование Al позволяет повысить свариваемость, коррозионную стойкость, прочность сплавов, а такжеуменьшить их плотность, что важно для авиастроения. Кроме того,для повышения вязкости материала и уменьшения скорости ростаусталостных трещин используются сплавы с пониженным содержанием примесей Fe и Si.Литейные алюминиевые сплавы.

Наиболее распространеннымилитейными алюминиевыми сплавами являются силумины — сплавы с большим содержанием кремния. Они широко применяются влитом виде в авто- и авиастроении, обладают хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью.Известно, что хорошими литейными свойствами обладаютсплавы с узким интервалом кристаллизации, например, сплавы сконцентрацией, близкой к эвтектической.

Однако у большинстваалюминиевых сплавов эвтектического состава, например, в системах Al — Cu, Al — Mg и др. очень низкие механические свойства.Исключение составляет система Al — Si. Эвтектика в этой системесодержит относительно небольшое по сравнению с остальнымисистемами количество хрупкой фазы (здесь Si) в результате чегомеханические свойства ее оказываются относительно высокими.Подавляющие большинство промышленных литейных сплавовявляются доэвтектическими, так как в структуре заэвтектическихсплавов присутствуют первичные кристаллы интерметаллида, ко79торые сильно охрупчивают сплав. А доэвтектические сплавы содержат первичные кристаллы твердого раствора на основе алюминия и эвтектиктическую смесь.На рис. 5.4 представлена диаграмма состояния Al — Si. Эвтектика в этой системе имеет аномальный характер. Структура эвтектического и заэвтектического силуминов показана на рис.

5.5, а, б.Из рисунков видно, что структура эвтектической смеси представляет собой светлую матрицу — α-твердый раствор и изолированные иголки кристаллов кремния. В действительности эти иголкиявляются сечениями тонких пластин, образующих непрерывныйкремниевый каркас эвтектической колонии.Рис. 5.4. Диаграмма состояния Al — Si и влияние на нее натриевого модификатораSi имеет переменную растворимость в Al, которая возрастаетот 0,1 % при комнатной температуре до 1,65 % при эвтектическойтемпературе (577 °С).

Поэтому нагревом до температуры чуть ниже эвтектической и быстрым охлаждением в Al — Si сплавахможно зафиксировать пересыщенный твердый раствор, которыйпри дальнейшем старении распадется с выделением дисперсныхчастиц кремния. Однако упрочняющий эффект, связанный с указанной обработкой, крайне мал и не имеет практического значения. Таким образом, силумины двойной системы относятся к термически не упрочняемым сплавам.80Рис. 5.5. Структура силумина (500):а — эвтектический немодифицированный; б — заэвтектический немодифицированный; в — доэвтектический модифицированныйОднако дополнительное легирование силуминов Mg и Cu делают их термически упрочняемыми.

В литом состоянии Mg входит в состав фазы Mg2Si, Cu образует -фазу (CuAl2) и W-фазу(Cu2Mg8Si6Al5). При нагреве силумина под закалку в α-твердомрастворе частично растворяется эвтектический кремний и частично или полностью растворяются включения -, W- и Mg2Si фаз.Кроме того, кремний, который в эвтектических колониях образуетнепрерывный пространственный каркас, фрагментируется, и егофрагменты сфероидизируются, образуя частично скругленныевключения в матрице алюминиевого твердого раствора, аналогично тому, как сфероидизируется цементит вторичный в заэвтектоидных сталях.