Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение
Подождите немного. Документ загружается.
иом
старении (ниже 100-
150°С)
не наблюдается распада твердого раствора
с
выделением избыточной фазы; при этих температурах атомы меди пере-
мещаются только внутри кристаллической решетки а-твердого раствора на
весьма малые расстояния и -собираются по плоскостям (100) в двумер-
ные
пластинчатые образования (рис. 168, a)
i
или диски — зоны Гинье-Прес-
тона (ГП-1). Эти зоны ГП-1 протяженностью в несколько десятков
ангстрем
(30—60
А) и толщиной 5-10 А более или менее равномерно рас-
пределены в пределах каждого кристалла. Концентрация меди в зонах ГП-1
меньше,
чем в СиА1
2
(54%).
Если
сплав после естественного старения кратковременно (несколько
секунд или минут) нагреть до 230
—270°С
и затем быстро охладить, то
упрочнение полностью снимается, и свойства сплава
будут
соответство-
вать свежезакаленному состоянию. Это явление получило название воз-
врат. Разупрочнение при возврате связано с тем, что зоны ГП-1 при этих
температурах оказываются нестабильными и поэтому растворяются
в
твердом растворе, а атомы меди вновь более или менее равномерно рас-
пределяются в пределах объема каждого кристалла твердого раствора, как
и
после закалки. При последующем вылеживаний сплава при комнатной
температуре вновь происходит образование зон ГП-1 и упрочнение сплава.
Однако
после возврата и последующего старения
ухудшаются
корро-
зионные
свойства сплава, что затрудняет использование возврата для
практических целей. Длительная выдержка при
100°С
или несколько часов
при
150°
С
приводит к образованию зон ГП-2 большей величины (толщина
10 —40 А и диаметр 200
—
300 А) с упорядоченной структурой, отличной от
а-твердого раствора (рис. 168,6). Концентрация меди в них соответствует
содержанию ее в CuAJ
2
. С повышением температуры старения процессы
диффузии,
а следовательно, и процессы структурных превращений, и само-
упрочнение протекают быстрее. Выдержка в течение нескольких часов при
150—200°С
приводит к образованию в местах, где располагались зоны
ГП-2,
дисперсных (тонкопластинчатых) частиц промежуточной Э'-фазы, не
отличающейся по химическому составу от стабильной фазы 0 (СиА1
2
), но
имеющей отличную кристаллическую решетку; G'-фаза когерентно связана
с
твердым раствором (рис. 168, в). Повышение температуры до 200
—
250°С
приводит к коагуляции метастабильной фазы и к образованию стабильной
9-фазы (рис. 168, г).
Таким
образом, при естественном старении образуются лишь зоны
ГП-1.
При искусственном старении последовательность структурных изме-
нений
можно представить в виде следующей схемы: ГП-1->ГП-2->9'->
-»8(СиА1
2
).
Это общая схема распада пересыщенного твердого раствора в сплавах
А1 — Си справедлива и для
других
сплавов. Различие сводится лишь к то-
му, что в разных сплавах неодинаков состав и строение зон, а также обра-
зующихся фаз.
1
Эти двумерные образования одновременно (1938 г.) обнаружили Гинье во
Франции
и
Престон в Англии.
Зоны
Гпнье — Престона выявляются специальным рентгенострук-
турным анализом. А.
341
• •
• •
• •
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
•
>•••••
«оооооо*
•
••••«
»•••••
«оооооо*
•••••<
>
• • • •
•
•••••••••
• • • . ,
г:;::::::".:::::;::.
I:::::::::::::':::::.
• •
• •
••
*
<
4
i
>
I
I
i
t
i
i
1
•
•
•
« •
•
• 9 •
•
• • '
•
•
• •
•
•
• •
•
•
•
о
• •
•
О
•
• •
9
•
t
•••
• •
* * '
•••••••••
• ••••••
•
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
• •
•
• •
•
• •
•
• •
•
• •
•
• •
•
О
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
• •
a
• e
»
•
i
•••••••
•
!!!•"!••*•
о«o^o...:;;:;;:
iiuirs °• о «о е uririi
!;:!!!*
•
о «о •
о••••••••
HI««IOHttlie«l
6)
г)
Рис.
168.
Схема
выделения
избыточных
фаз из
твердого
раствора
при
старении:
а
—
зоны
ГП1;
6
—
зоны
ГП2;
в
—
9'-фаза;
г
—
0-фаза
(CuAlj)
Для стареющих алюминиевых сплавов разных составов
существуют
и
свои температурно-временные области зонного (образование
ГП-1
и
ГП-2)
и
фазового
(0'-
и
0-фаз) старения.
После зонного старения сплавы чаще имеют повышенный предел теку-
чести
и
относительно невысокое отношение стог/св^
0,6-;-0,7,
повышенную
пластичность, хорошую коррозионную стойкость
н
низкую чувствитель-
ность
к
хрупкому разрушению.
После фазового старения отношение <т
0 2
/сг
в
повышается
до
0,9-0,95,
а пластичность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению
и
корро-
зии
под
напряжением снижаются.
Структурное упрочнение. Температура рекристаллизации некоторых
сплавов алюминия
с
марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном
и
другими переходными металлами превышает обычно назначаемую
тем-
пературу нагрева
под
деформацию
или
закалку, поэтому после закалки
и
старения таких сплавов
в
них
сохраняется нерекристаллизованная (поли-
гонизованная) структура
с
высокой плотностью дислокаций,
что
повышает
ее прочность
по
сравнению
с
рекристаллизованной структурой.
Это
явле-
ние
получило название
структурного
упрочнения.
В результате структурного упрочнения значения
а
в
и
а
о
,2
повышаются
до 30
—
40%. Наиболее сильно структурное упрочнение проявляется
в
прес-
342
сованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы), поэтому это явление
применительно
к ним называют
пресс-эффектом.
Гомогенизационный
отжиг. Этому виду отжига подвергают слитки
перед обработкой давлением, для устранения дендритной ликвации, кото-
рая
приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению
по
границам зерен и
между
ветвями дендритов хрупких неравновесных эв-
тектических включений CuAl
2
, AbCuMg (S-фаза), Mg
2
Si, Al
3
Mg
2
Zn
2
(Т-фа-
за и др.; см. рис. 166, а). В процессе гомогенизации состав кристаллитов
твердого раствора выравнивается, а интерметаллиды растворяются. В про-
цессе последующего охлаждения интерметаллиды выделяются в виде рав-
номерно
распределенных мелких вторичных включений. Вследствие этого
пластичность литого сплава повышается, что позволяет увеличить степень
обжатия при горячей обработке давлением, скорость прессования и умень-
шить
технологические отходы. Гомогенизация способствует получению
мелкозернистой
структуры в отожженных листах и уменьшает склонность
к
коррозии под напряжением. Температура гомогенизации в пределах
450
—
520°С,
а выдержка от 4 до 40 ч. Охлаждение проводят на
воздухе
или
вместе с печью.
Рекристаллизационный
отжиг. Такой отжиг заключается в нагреве де-
формированного
сплава до температур выше температуры окончания пер-
вичной
рекристаллизации; применяется для снятия наклепа и получения
мелкого зерна. Температура рекристаллизованного отжига в зависимости
от состава сплава колеблется от 350 до
500°С,
выдержка 0,5
—
2,0 ч. После
рекристаллизационного
отжига сплавов, не упрочняемых термической
обработкой, скорость охлаждения выбирают произвольно. Для сплавов,
упрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения до
200-250°С
должна быть <
30°С/ч.
Отжиг в качестве промежуточной опе-
рации
применяют при холодной деформации или
между
горячей и холод-
ной
деформациями.
Отжиг для разупрочнения сплавов, прошедших закалку и старение. Этот
вид отжига проводят при 350
—450°С
с выдержкой 1—2 ч. При этих темпе-
ратурах
происходит полный распад пересыщенного твердого раствора
и
коагуляция упрочняющих фаз. Скорость охлаждения не должна превы-
шать
30°С/ч.
После отжига сплав имеет
низкий
предел прочности,
удовлет-
ворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под
напряжением.
4. ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ,
УПРОЧНЯЕМЫЕ
ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКОЙ
Дуралюмины. Дуралюминами называют сплавы А1 — Си — Mg (см. табл. 27),
в
которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином
является
сплав Д1, однако вследствие сравнительно низких механических
свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов
и
профилей заменяется сплавом Д16. Упрочнение дуралюмина при терми-
ческой
обработке достигается в результате образования зон ГП сложного
состава или метастабнльных фаз S' и 0'.
Марганец
повышает стойкость дура.чюмнна против коррозии, а присут-
ствуя в виде дисперсных частиц фазы Т(А1
12
МгьСи), повышает тстшерату-
343
ру рекристаллизации и
улучшает
механические свойства. В качестве приме-
сей в дуралюмине присутствуют железо и кремний. Железо, образуя
соединение (Mn, Fe) Al
6
, кристаллизующиеся в виде
грубых
пластин,
пони-
жает прочность и пластичность дуралюмина. Кроме того, железо образует
соединение Al
7
Cu,Fe, нерастворимое в алюминии. Железо связывает медь
в
этом соединении, вследствие чего снижается эффект упрочнения при ста-
рении,
поэтому содержание железа не должно превышать
0,5-0,7%.
Кремний
образует фазы Mg
2
Si и W(Al
x
Mg
5
Cu
4
Si
4
), которые раство-
ряются в алюминии и при последующем старении упрочняют сплав. Одна-
ко
упрочнение от Mg
2
Si и W-фаз невелико, поэтому примесь кремния,
уменьшая количество основных упрочняющих фаз S и 0, способствует сни-
жению прочности. При одновременном присутствии Fe и Si (в десятых
долях процента) образуются химические соединения ot(Al - Fe — Si) и
а (А1 — Fe — Si — Mn), не содержащие основных легирующих элементов (Си
и
Mg).
ЭТИ
соединения, имеющие форму «китайских иероглифов», также
снижают пластичность дуралюмина, однако в меньшей степени, чем ранее
описанные
фазы, содержащие железо.
Дуралюмин, изготовляемый в листах, для защиты от коррозии подвер-
гают
плакированию, т. е. покрытию тонким слоем алюминия высокой чи-
стоты (не ниже 99,5%). Толщина слоя должна составлять 4% от толщины
листа. Плакирование заметно снижает прочность дуралюмина. Например,
предел прочности плакированных листов из сплава Д16 составляет 44 вме-
сто 52 кгс/мм
2
для остальных полуфабрикатов.
Дуралюмин хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях.
Для закалки сплав Д1 нагревают до
5О5-51О°С,
а сплав Д16 — до
495-505°С.
Нагрев до более высоких температур вызывает пережог, т. е.
окисление и частичное оплавление металла по границам зерен, что резко
снижает прочность и пластичность. При закалке дуралюмина важно обес-
печить высокую скорость охлаждения, поэтому ее проводят в холодной во-
де. Даже незначительный распад твердого раствора в процессе охлаждения
с выделением интерметаллидных фаз по границам зерен снижает сопро-
тивление интеркристаллитной коррозии. Структура закаленного дуралюми-
на
состоит из пересыщенного ос-твердого раствора и нерастворимых со-
единений
железа (см. рис. 166, в).
Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, так
как
оно обеспечивает получение более высокой коррозионной стойкости.
Понижение
температуры тормозит старение, а повышение ее, наоборот,
увеличивает скорость процесса, но понижает пластичность и сопротивле-
ние
коррозии. Прессованные полуфабрикаты из сплавов Д1 и Д16 значи-
тельно прочнее, чем листы, вследствие пресс-эффекта. Для повышения кор-
розионной
стойкости дуралюмин подвергают электрохимическому оксиди-
рованию (анодированию). Дуралюмины удовлетворительно обрабаты-
ваются резанием в закаленном и состаренном состояниях и плохо — в
отожженном состоянии, хорошо свариваются точечной сваркой и не свари-
ваются сваркой плавлением вследствие склонности к образованию трещин.
Из
сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны
самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции,, кузовы грузовых
автомобилей и т. д.
Сплавы авиаль (АВ). Эти сплавы
уступают
дуралюминам по прочности,
344
Таблица 27
Химический
состав (ГОСТ
4784—74)
и
типичные
механические свойства* некоторых
деформируемых алюминиевых сплавов после закалки и старения
Марка
сплава
**
Содержание элементов,
%
Си
Mg
Мп
Si
Другие
элементы
Механические свойства
КГС/ST.M
2
\
Д1
Д16
АВ***
В95
В9б
АК6
АК8
АК4-1
Д20
1,4-2,0
2,2-2,8
1,8-2,6
3,9-4,8
1,9-2,5
6-7
Дуралюмин
3,8-4,8
0,4-0,8
3,8-4,9
1,2-1,8
0,4-0.8
0,3-0,9
Сплав авиаль
0,1-0,5
[0,45-0,9
|0,15 -0,35
I 0,5-1,2 |
32
40
20
Высокопрочные алюминиевые сплавы
1,8-2,8 0,2-0,6
2,5-3,2
0,2-0,5
Ковочные
алюминиевые
сплавы
0,4-0,8
0,4-1,0
0,4-0,8
0,4-1,0
0,7-1,2
0,6-1,2
Жаропрочные алюминиевые сплавы
1,4-1,8
0,4-0,8
0,35
0,8-1,4
Fe;
0,8-1,4
Ni;
0,02-0,1
Ti
0,1-0,2
Ti
<0,2
Zr
30
38
28
25
49
54
42
48
43
40
26
115
0
7
0
5-7
Zn;
1-0,25
,6-8,6
,1-0,25
Cr;
Zn;
Cr
53-55
63
56-60
67
* Механические свойства даны
для
прессованных прутков
и
профилей после закалки
и
старения. Листы имеют более низкие механические свойства.
** Буква
Д
обозначает сплав типа дуралюмин,
А
—
в
начале марки технический
алю-
миний
(АД, АД1);
АК
—^алюминиевый ковочный сплав. Нередко
в
начале марки ставится
буква
В
— высокопрочный. После условного номера часто
следуют
обозначения, характери-
зующие состояние сплава:
М
— мягкий (отожженный),
Т
— термически обработанный (закалка
и
естественное -старение);
Н
•- нагартованный,
П
— полунагартованный
и т. д.
Например,
Д16М
—
дуралюмин отожженный,
Д16Н
— дуралюмин закаленный; естественно состаренный
и
дополнительно нагартованный.
*** Механические свойства после закалки
и
естественного старения.
но
обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях
(см.
табл. 27). Авиаль удовлетворительно обрабатывается резанием (после
закалки
и старения) и сваривается контактной и аргонодуговой сваркой.
Сплав
обладает высокой общей сопротивляемостью коррозии, но склонен
к
межкристаллитной коррозии.
Авиаль закаливают с 515
—
525"С с охлаждением в воде, а затем подвер-
гают
естественному старению (АВТ) или искусственному при
160°С
12 ч
(ABTl). Искусственное старение надо выполнять сразу после закалки. При
увеличении перерыва между временем закалки и началом искусственного
старения
прочность сплава после старения уменьшается. Упрочняющей фа-
зой
в авиале является соединение Mg
2
Si.
345
Из
сплава
АВ
изготовляют различные полуфабрикаты (листы,
трубы
и
т. д.,
используемые
для
элементов конструкций, несущих умеренные
на-
грузки), кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигате-
лей, рамы, двери
и т. д., для
которых
требуется
высокая пластичность
в хо-
лодном
и
горячем, состояниях.
Высокопрочные
сплавы. Прочность этих сплавов достигает
55—70
кгс/мм
2
,
но при
меньшей пластичности,
чем у
дуралюминов. Представите-
лем высокопрочных алюминиевых сплавов является сплав
В95 (см.
табл.
27)
и
более прочный
В96.
Упрочняющими фазами
в
сплавах являются MgZn
2
, Т-фаза,
(Al
2
Mg
3
Zn
3
)
и
S-фаза
(Al
2
CuMg). При увеличении содержания цинка
и маг-
ния
прочность сплавов повышается,
а их
пластичность
и
коррозионная
стойкость понижаются. Добавки марганца
и
хрома
улучшают
коррозион-
ную стойкость. Сплавы закаливают
с
460-470°С
(с
охлаждением
в
холод-
ной
или
горячей воде)
и
подвергают искусственному старению
при
135
—145°С
16 ч. По
сравнению
с
дуралюмином
эти
сплавы
обладают
большей чувствительностью
к
концентраторам напряжений
и
пониженной
коррозионной
стойкостью
под
напряжением.
У них
меньше предел вынос->
ливости
и
сопротивляемость повторным статическим нагрузкам. Профили
из
сплава
В95
значительно прочнее листов.
Это
результат
пресс-эффекта,
который обусловлен присутствием
в
сплаве марганца
и
хрома.
Сплавы
обладают
хорошей пластичностью
в
горячем состоянии
и
срав-
нительно легко деформируются
в
холодном состоянии после отжига.
Листы
из
сплава
В95
плакируют сплавом алюминия
с 0,9
-1,3%
Zn для по-
вышения
коррозионной стойкости. Сплав
В95
хорошо обрабатывается
ре-
занием
и
сваривается точечной сваркой,
его
применяют
в
самолетострое-
нии
для
нагруженных конструкций, работающих длительное время
при
Т< 100
—120°С
(обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны
и т. д.;
силовые каркасы строительных сооружений
и т. д.).
Сплав
В96
используют
для изготовления прессованных
и
кованых изделий.
Он
рекомендуется
для
сжатых
зон
конструкции
для
деталей
без
концентраторов напряже-
ний.
Сплавы для ковки и штамповки.
Сплавы этого типа отличаются высо-
кой
пластичностью
и
удовлетворительными литейными свойствами, позво-
ляющими получить качественные слитки.
Сплав
АК6 (см.
табл.
27)
используют
для
деталей сложной формы
и
средней прочности, изготовление которых
требует
высокой пластичности
в
горячем состоянии (подмоторные рамы, фитинги, крепежные детали,
крыльчатки
и т. д.).
Сплав
АК8
рекомендуется
для
тяжело нагруженных
штампованных деталей (подмоторные рамы, стыковые узлы, пояса лонже-
ронов,
лопасти винтов вертолета
и т. д.),
Сплав
АК8
менее технологичен,
чем
АК6.
Ковку
и
штамповку сплавов проводят
при
450—475°С.
Их
подвергают
закалке
при 520 + 5°С
(сплавы
АК6) или 505 + 5
n
C (AK8) с
охлаждением
в
воде
и
старению
при
150
—165°С
6—15 ч.
Упрочняющими фазами
при
старении являются соединение Mg
2
Si,
CuAl
2
и
W-фаза (Al
x
Mg
5
Cu
5
Si
4
).
Сплавы
АК6 и АК8
хорошо обрабатываются резанием
и
удовлетворитель-
но
свариваются контактной
и
аргонодуговой сваркой. Сплавы склонны
к
коррозии
под
напряжением
и
межкристаллитной коррозии.
346
Жаропрочные
сплавы.
Эти сплавы (см. табл. 27) используют для
дета-
лей,
работающих при
температурах
до ЗОО°С (поршни, головки цилиндров,
крыльчатки,
лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных дви-
гателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и т. д.). Жаропрочные сплавы
имеют более сложный химический состав, чем рассмотренные выше алю-
миниевые
сплавы. Их дополнительно
легируют
железом, никелем
и
титаном.
Фазами
— упрочнителями жаропрочных сплавов являются 9-фаза (СиА1
2
),
Al
12
Mn
2
Cu,
S-фаза
(Al
2
CuMg), а также Al
9
FeNi и Al
6
Gi
3
Ni. При частичном
распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц,
устойчивых против коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропроч-
ность.
Высокая жаропрочность сплава Д20 достигается благодаря высокому
содержанию меди, а также марганца и титана, замедляющих диффу-
зионные
процессы. Кроме того, титан задерживает процесс рекристаллиза-
ции.
Сплавы АК-1 закаливают при 530 + 5°С в холодной или горячей
воде
и
подвергают старению при
200°С.
5. ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ,
НЕ
УПРОЧНЯЕМЫЕ
ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКОЙ
К
этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием
(табл. 28). Упрочнение сплавов достигается в
результате
образования твер-
дого
раствора и в меньшей степени избы-
точными
фазами.
Сплав
АМц представляет твердый раст-
вор марганца в алюмцнии, в котором
также имеются в небольшом количестве
частицы соединения А1
6
Мп. Сплавы типа
АМг в равновесном состоянии после
охлаж-
дения
двухфазные а + P(Al
3
Mg
2
)(pHC. 169, а).
Однако
вследствие высокой устойчивости
твердого раствора и малой скорости диффу-
зии
магния в алюминии,
даже
после медлен-
ного охлаждения, они не содержат избы-
точных фаз и состоят только, из
а-твердою
раствора. Магний сильно повышает проч-
t,°c
600
500 -
400 -
300
~
200 -
ность
сплавов (рис.
169,6).
До
12—14%
Mg
пластичность изменяется мало, а затем
резко
падает. Сплавы Al — Mg добавочно
легируют
марганцем (см. табл. 28), который,
образуя дисперсные частицы А1
6
Мп, упроч-
няет
сплав и способствует измельчению
зерна.
Эффект от закалки и старения спла-
вов АМг и АМц невелик, и их применяют
Рис. 169.
Диаграмма
состояния
А1 - Mg(a) и
изменение
механических
свойств
алюминия
в
зависимости
от
содер-
жания
магния
(и)
WO -
660"C
a
>
\
!x
i i i
Ж
^^
1
|
a)
r
1
1
1
1
1
1
i
i
i
1/7 4
IK
I i
4
i X i
0
30
-
20 -j
0 J 6 3 11 15 18 Z1 Mg,%
347
Таблица
28
Химический состав
и
типичные механические свойства сплавов алюминия,
ие
упрочня-
емых термической обработкой
Марка
сплава
*
АМц
АМг2
АМгЗ
АМг5
АМгб
Содержание
элементов,
%
Мп
1.0-1,6
0,2-0,6
0,3-0,6
0,3-0,6
0,5-0,8
Mg
1,8-2,8
3,2-3,8
4,8-5,8
5,8-6,8
Механические
свойства**
ст
в
,
кгс/мм-
13
(17)
20
(25)
22
30
34
(40)
СТ
9.2-
,
КГС/ММ
2
5
(13)
10
(20)
11
'
15
17
(30)
8,
%
23
(10)
23
(10)
20
20
18
(10)
* Сплав АМгЗ содержит
0,5-0,8%
Si,
улучшающего свариваемость, сплавы АМг5,
АМгб
нередко легируют 0,02-0.1%
Ti и
0,0002-0,005%
Be,
уменьшающими склонность
к
коррозии
под напряжением.
*•
Без
скобок — свойства сплавов
в
оттожженном состоянии,
в
скобках —
в
полуна-
гартованном состоянии.
в
отожженном состоянии. Отжиг сплавов
АМц и
АМг2
производят
при
35О-41О°С,
сплава АМгЗ- при
270-280°С
и
сплава
АМг5
-
при
310-335°С,
охлаждение
на
воздухе.
Повышение
прочности
при
некотором уменьшении пластичности изде-
лий
простой формы (листы, плиты) достигается нагартовкой
(см.
табл.
28).
Упрочнение, создаваемое нагартовкой, снимается
в
зоне сварки.
Сплавы легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка
и т. д.),
хорошо свариваются
и
обладают высокой коррозионной стойкостью.
Обработка резанием затруднена. Сплавы применяются
для
сварных
и кле-
паных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки
и тре-
бующие высокого сопротивления коррозии. Например, сплавы
АМц,
АМг2, АМгЗ нашли применение
при
изготовлении емкостей
для
жидкости
(баки
для
бензина), трубопроводов, палубных надстроек, морских
и
речных
судов,
в
строительстве (витражи, перегородки, двери, оконные рамы
и др.).
Для средненагруженных деталей
и
конструкций используют сплавы
АМг5
и
АМгб
(рамы
и
кузова вагонов, подвесные нагруженные потолки,
перегородки здания
и
переборки судов, электромачты, лифты, узлы подъ-
емных кранов, корпуса
и
мачты
судов
и др.).
6. ЛИТЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Сплавы
для
фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью,
сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью
к
образованию
го-
рячих трещин
и
пористости
в
сочетании
с
хорошими механическими свой-
ствами, сопротивлением коррозии
и др.
Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие
в
своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется
во
многих сплавах,
в
которых содержание легирующих элементов больше предельной раство-
римости
в
алюминии.
В
связи
с
этим содержание легирующих элементов
в
литейных сплавах выше,
чем в
деформируемых. Чаще применяют сплавы
А1 —
Si, А1
— Си,
А1
—
Mg
(см.
табл.
29),
которые дополнительно легируют
небольшим количеством меди
и
магния (А1 — Si), кремния (А1
-
Mg),
мар-
348
Таблица
29
Химический состав (ГОСТ
2685—75)
и
типичные механические свойства некоторых
литейных алюминиевых сплавов
Марка
сплава
Содержание
элементов,
%
Mg
Si
Mn
Си
Другие
элементы
Вид
терми-
ческой
обра-
ботки
Механические
свойства
кгс/мм
2
S,
%
АЛ2
АЛ4
АЛ9
АЛ7
АЛ19
0,17-0,3
0,2-0,4
—
10-13
8-10,5
6-8
0,25-0,5
Сплавы
Al
—
Si
(силумины)
<0,15Ti;
«0,1 Be
=SO,15Ti;
«0,1 Be
T2
Tl
T6
T4
Т5
18
18
26
20
22
9
14
20
14
16
0,6-1,0
Сплавы
А1
—
Си
4-5
4,5-5,3
<0,2Ti
0,15
—0,35Ti
Т4
Т5
Т4
Т5
24
26
32
36
16
20
18
25
АЛ8
АЛ27
9,5-11,5
9,5-11,5
Сплавы
Al -
Mg
<0,07Ti;
< 0,07 Be;
<0,2Zr
O,O5-O,15Ti;
0,05-0,22 Zr;
0,05-0,15Be
T5
T4
35
36
17
18
10
18
АЛ1
АЛ21
1,25-1,75
0,8-1,3
_
—
Жаропрочные
_
0,15-0,25
3,75-4,5
4,6-6
сплавы
1,75-2.25
Ni;
0,15-0,25 Cr
0,1-0,25 Cr;
2,6-3,6
Ni
T5
T7
T2
T7
26
22
21
22
20
18
—
20
0,6
1,2
1,2
1,5
ганца, никеля, хрома
(Al
— Си).
Для
измельчения зерна,
а
следовательно,
улучшения механических свойств
в
сплавы вводят модифицирующие
до-
бавки:
Ti, Zr, В, V и др.
Состав
и
механические свойства некоторых
литейных сплавов алюминия приведены
в
табл.
29.
Многие
отливки
из
алюминиевых сплавов подвергают термической
обработке.
В
зависимости
от
характера отливки
и
условий
ее
работы
используют один
из
видов термической обработки, приведенных ниже.
1. Искусственное старение (условное обозначение
Т1) при
175
±
5°С
в
течение
5-20
ч
без
лредварительной закалки.
При
литье многих сплавов
(АЛ4,
АЛ5, АЛЗ)
в
сырую песчаную форму
или
в
кокиль происходит
ча-
стичная закалка, поэтому старение повышает
их
прочность
и
улучшает
обработку резанием.
2. Отжиг
(Т2) при
~
300°С
в
течение
5-10 ч.
Охлаждение
при
отжиге
производят
на
воздухе. Отжиг применяют
для
снятия литейных напряже-
ний,
а
также остаточных напряжений, вызванных механической обработ-
кой.
Отжиг несколько повышает пластичность.
3. Закалка
и
естественное старение
(ТЗ,
Т4).
Температура закалки
349
t,°c
BOO
500
[7
wo
-
300
zoo
-
•—-^^ \
]
1,65
~~
эвтектика
11,6
I i\l
/
у
*>/
sis'c
-^f—
— —•
I
fit Si)
[эвтектика
|
(cu-fi)
l/i
Рас.
170.
Диаграмма состояния
AI —
Si
(а) и
влия-
ние кремния
па
механические свойства алюминия
(б);
1 —
модифицированный алюминий,
2 — не
моди-
фицированный алюминий
510-520°C
для сплавов АЛ1, АЛ7 и
535-545°C
для сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ 19
н
др. Так как после закалки отливки
выдерживают достаточно длительное
время при комнатной температуре, ре-
жим (ТЗ) практически
соответствует
за-
калке и естественному старению (Т4).
4. Закалка и кратковременное (2
—
3 ч)
искусственное старение обычно при
150
—
175°С
(Т5). При данной температуре
и
продолжительности процесс старения
полностью не заканчивается, поэтому
после такой обработки отливки приобре-
тают
высокую прочность при сохранении
повышенной
пластичности.
5. Закалка и полное искусственное
старение (Т6) при
200°С
3 — 5 ч. Старение
при
повышенной температуре по срав-
нению
с режимом Т5 придает наиболь-
шую прочность, но пластичность сни-
жается.
6. Закалка и стабилизирующий отпуск
(Т7) при
230°С
для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при
25О°С
для сплава
АЛ 19 в течение 3
—
10 ч. Этот вид обработки используют для стаби-
лизации
структуры
и объемных изменений отливки при сохранении доста-
точной прочности.
7. Закалка и смягчающий отпуск (Т8) при 240 -
260°С
в течение 3 - 5 ч.
Высокая температура отпуска заметно снижает прочность, но повышает
пластичность и стабильность размеров.
Сплавы Al - Si (см. табл. 29). Эти сплавы, получившие название
силу-
мины,
близки по составу к эвтектическому (рис. 170, а) и потому отличают-
ся
высокими литейными свойствами, а отливки — большой плотностью.
Наиболее распространен сплав, содержащий 10—13% Si (АЛ2), обла-
дающий высокой коррозионной стойкостью. Сплав АЛ2 содержит
в
структуре
эвтектику а + Si, и нередко первичные кристаллы кремния (см.
рис.
171, а). Кремний при затвердевании эвтектики выделяется в виде
грубых
кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних
надрезов в пластичном а-твсрдом растворе. Такая
структура
обладает низ-
кими
механическими свойствами (рис. 170, а).
Для измельчения
структуры
эвтектики и устранения избыточных кристал-
лов кремния силумины модифицируют натрием (0,05
—
0,08%)
путем присадки
к
расплаву смеси солей 67% NaF и 33% NaCl. В присутствии натрия проис-
ходит
смещение линий диаграммы состояния (см. рис. 170, я), и заэвтектн-
ческнй
(эвтектический) сплав АЛ2 (11 —13% Si) становится доэвтектнческим.
В этом
случае
в
структуре
сплава вместо избыточного кремния появляют-
350