Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов
Подождите немного. Документ загружается.
Таблица 10
Физико-механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов [9]
Марка сплава
Вид полуфабрикатов
и состояние материала
>>
«\>
л
н
и
о
X
н
о
с
Коэффициент
линейного
расширения
а 10-6 1 /град
Т еплопроводность,
кал'СМ' сек -град
(100—400° С)
Электропроводность,
% от электропровод
ности меди
Модуль упругости Е,
кГ/мм2
■г
5$
С
*
<N
О
t>
оо
о-
а?
С
*
осГ
*
Предел усталости при
5 10 1 циклов,
кПмм2
20 — 1 00° С
и
о
о
см
1
о
С~1
и
о
О
О
СО
1
О
<м
АД
Листы отожженные
0,54
59
7100
8 3
35
80
25
3,5
Нагартованные.
2 71
24 24 8
25 9
0 52
57
7100
15
10
6
60
32
4 2-6 3
АМЦ
Листы отожженные
0 45 50 7100
13
5
23
70
30
5 0
Нагартованные
2 73
23,2
24 3
25 0 0 38
7200
22
18 15
50
55
7 0
АМг2
Листы отожженные
0 38-40
40
7000 19
8 23
64
45
12
Полунагартованные
2 67
23 4
24 5 25,4
0 48-40
40
7000
25 21
6 60
12,5
АМг5
Листы отожженные
2,65
23 9
24 8
25 9 0 30-0 35
29
7200
31 5
15 27 70
АМгб
» »
2 64
24 7.
25 5 0,29-0 33
26
6800
32 5
17
24 5
—
Д18П
Проволока закаленная и естественно
состаренная
2 75
22 23,4
24,8
0,41—0 46
7100 30
17
24
50
70
21
Отожженная.
7100 16 6
24
38
В65
Проволока закаленная и состаренная
2.80 —
0,37—0 44
7100
40
20
—
26
Д1
Листы закаленные и естественно соста
ренные
—
30
7200
42 24 18
35
100
10,5
Отожженные .
2 8
22 9 24 0
25 0
0 31-0,42
45 7200
21
11
18 58
45 7 6
Листы плакированные и естественно со
старенные
—
7200
38 22 18
100
Плакированные, отожженные
—
7200
18 11
18
—
45
Профили закаленные и естественно со
старенные
2 8
22 7 23,8 24 7
0 29 30 7200
52
38
12
15
14
Отожженные
0 46 50 7200
22
10 13 30
9
Продолжение табл. 10
со
и
Вид полуфабрикатов
«V»
Коэффициент
линейного
расширения
а ! 0-6 1/град
Л
н
§&<->
лч
58
О 2
sa
Ьц
К
Б
1
о.
I
Я
О.
с
S
о я
Ч *5
со *
со
С
о
со
as
о,
со
2
и состояние материала
Плотность,
О
о
О
О
7
о
сч
0
о
О
О
см
1
о
СМ
и
о
О
О
СО
1
о
см
S ib
§?S
p i
а*
ь
Электропро
% от элект
ности меди
с
к
*
о
$
см
о*
о
сО
-э-
3!
кГ
*
QQ
*
Ь S
с? Ь- „
|| *
Э
С ю ы
Д16
Листы плакированные и естественно со
старенные
Плакированные, отожженные
6900
44
23
29
10
19
18
Д19
Листы плакированные, закаленные и со
старенные . . .
2 76
0 33-0 41
6800
44
30 20
ВД17 Прессованные полосы, закаленные и со
старенные
52 34 5 17 20
16,5
АВ
Профили, прутки, закаленные и есте
ственно состаренные
2 7 23,5 24 3 25 4
0 43-0 55
7100
33
28
16
20
95
9 8
АД31
Листы, профили искусственно состарен
ные.
2 71
24 3
со
<-Ч
0 45
24
21
10
50 80
9
АДЗЗ То же
2 71
24 1
25 0
0 30-0 41
32
27
10 25
11
АД35
» »
2 69
24 0
0,44 (25)
36 30 9
АК6
Штамповки закаленные и искусствен
но состаренные
2 75
0 43-0 45
7200
42
30 13
105
13
АК 8
Штамповки, закаленные и искусствен
но состаренные
2 8
22 5
23 6
24 5
0 40—0 43
40 7200
48
38 19 25
135
12 5
АК2
Прутки прессованные, закаленные и со
старенные
2 8 22 3 23,3
24 2
0,38-0 43
7200
44 28 9
105
10
Продолжение табл. 10
Марка сплава
Вид полуфабрикатов
и состояние материала
8
А
Н
О
о
X
о
с
Коэффициент
линейного
расширения
а 10 6 1 (град
Теплопроводность,
кал/см - сек' град
(100-400° С)
Электропроводность,
% от электропровод
ности меди
Модуль упругости £,
кГ/мм2
1
С
iii
Ь*
*
5
<N
О
t> 60
->
С
*
«3
£
Предел усталости при
5 * 10 ^ циклов,
кГ;ММг
и
о
о
о
т
о
<м
и
о
О
О
<м
1
о
см
и
о
О
О
С О
1
о
<м
АК4
Прессованная полоса, закаленная есте
ственно состаренная 2 77
22
23 9 24 9 0 36—0 41 7200 42
35
10
20
110 13
АК4-1
Прессованные прутки, закаленные и ис
кусственно состаренные
2 8
19 6
21 7
23 2
0 35-0 39 7200 41,5
27,5 13 25
120
Д20 Листы закаленные и состаренные
2 84
22 6 27 7
27 3
0 34-0 38
6900 40
30 10
100
13
Д21
Поковки, закаленные и состаренные
2 84 19 0
23,7
26 8
0 33—0 4
7000
43 35 9
18
В92 Листы, закаленные и искусственно со
старенные 26 4 27 3 27 7
0 32—0 36
7000 40
23 15
В93 Поковки, закаленные и искусственно
состаренные
49
40 6
В94
Проволока, закаленная и состаренная
2 85
21 94
24 85
28,87
0 38-0 40
7100
52
44
15
45
150 32
Профили, закаленные и искусственно
состаренные
30
7100
58
54
8 12 150 15 5
В95
Отожженные
2 85
23 2
24 3
25 9
0,38
22
10 15
В96
Листы плакированные, закаленные и со
старенные
6700
52
44
14
—
Профили, закаленные и искусственно
состаренные 2 89
22 84
24 66
0,31-0 39
7000
68
64
7
190
—
ВАД23
Листы, профили, закаленные и искус
ственно состаренные
24 0
24 9
29 9 0 23-0 29
7600
57
52
4
САШ
Листы
28 21
4
—
Сл
4^
Таблица 11
Режимы термической обработки важнейших деформируемых алюминиевых сплавов [9]
Закалка
Старение Отжиг
Марка
температура
охлаж
сплава охлаждающая температура нагрева
время
температура нагрева
охлаждающая
нагрева
°С
среда
°С
старения
дающая
среда
°С среда
АД, АД1
.—
350—410
Воздух
АМц
350—410 »
AMrl, АМг2,
350—410 »
АМгЗ
АМгб
270—280
»
АМгб
300—350 »
Д18П
495—505
Вода Комнатная Не менее
4 суток
Воздух
340—370
»
В65
515-520
»
75±5
24 ч »
Д1
495—510
»
Комнатная
Не менее
1) 390—430 охлаж »
4 суток
дение до 260—270
(30 град в час)
2) 350—370
Д16
495—505
»
Комнатная
190° С
(для профилей),
125—135° С
(для листов)
Не менее
4 суток
6 ч
20 ч
1) 390—430
охлаждение до
250— 270° С
(30 град в час)
ВД17
500 ±5
»
170±5
16 ч
—
Д16
505+3
»
Комнатная
5 суток
—
АВ
515-525
»
150
6 ч
Воздух 350—370
—
Uiti iUi ,нлбл. 11
Закалка
Старение
Отжиг
Марка
температура охлаж
сплава
охлаждающая
температура нагрева
время
температура нагрева
охлаждающая
нагрева
°С
среда °С старения
дающая
среда
°С
среда
АД31, АДЗЗ,
520±5
Вода
160 12— 16
Ч
Воздух
АД35
АК6
505—515 . »
150-165
15—6 4
»
АК8 490—505 »
Комнатная
Не менее
4 суток
»
АК2 510—520
»
165-175
15— 18 ч
»
АК4
515—520 »
170+5
16 ч
»
—
АК4-1
520—530
»
190—195
8— 10 ч
»
Д20
535+5 »
165—175° С для
10— 16 ч
»
350—370
Воздух
деталей, работаю
щих кратковремен
но, 200—230° С
д !л я деталей, рабо
тающих длитель
ное время
12 ч
»
350—370 .
Д21
525+5
»
185— 195
12—16 ч
В92
465+5
Воздух
100
96 ч
»
350—400 Воздух
В93
465—470
Вода, темпера
1) 115— 125
3 ч
»
тура не выше
2) 160— 170 4 ч
» —
40° С
В94
465+5
Вода
100
3 ч
» —
165+5°
В95
465-480
Вода, темпера
тура не выше
40° С
1) 120— 125° С
для листов
2) 135—145° С
для профилей
24 ч
»
390—430
Охлаждение со
скоростью
30—50 град в ча
до 150 °С, далее
В96 1) 95—105
2) 155—160
на воздухе
465—475
Вода
4—5 ч
8—9 ч
»
»
3—90
10—60 мин
ВАД23
525+5
»
170—180
16— 12 ч
»
—
СЛ
05
Таблица 12
Механические свойства некоторых деформируемых сплавов при высоких температурах [9] (на листовых материалах)
и
В95Т
Д16Т
Д19Т
ВАД23
АК4
Д20
САП
Температура, '
Длительность
выдержки, ч
С
*
to*
С
с*
о
to
\р
ОО
О)
1
9
ь
*
'С
*
см
о
to
0О
1
С
to
|
С
*
см
о
to
0s
о О
сч
?
to*
1
С
*
сч
о
D
ОО
1
•о
ь
*
3;
С
*
см
О
to I/ O
1
$
to
\
$
с*
о
to
ОО
%
С
X
45
О
1
С
*
см
о
to
ОО
20
_
52
44 14
44
30
16 44
30
18
54
49
4
43
30
15
42
30 16
28
21
4
100
0,5
10
100
100
48
48
48
48
41
42
42
42
14
14
14
14
41
40
42
42
28
29
29
30
14
14
14
15
42 28
16
50
50
50
50
46
46
46
47
5
5
5
5
39
39
39
39
29
29
29
30
13
13
13
11
38
38
38
38
29
29
29
30
16
16
16
15
150
0 5
0
100
1000
41
41
33
23
35
36
30
22
15
13
10
15
39
40
40
37
27
27
30
33
17
17
12
8
40
27
16
47
47
47
43
44
44
44
38
8
8
9
10
37
37
38
35
28
28
29
26
14
14
13
14
36
36
36
35
28
29
29
26
16
16
16
17
1
—
175
0,5
10
100
1000
37
34
29
19
32
31
27
17
16
16
17
20
37
36
33
30
28
28
28
27
18
17
16
13
37
35
26
31
16
9
43
42
40
33
40
40
36
30
7
10
12
13
35
34
32
30
26
26
27
27
14
14
12
12
32
32
32
32
25
24
24
23
19
19
18
18
11
11
11
11
При 350° С |
f 9
I 9
I I
4
4
4
4
200
0 5
10
100
1000
28
20
15
11
24
19
14
10
11
16
20
25-
35
32
27
22
23
27
25
20
18
12
9
11
36
33
32
24
24
22
16
15
10
39
35
31
20
35
31
27
15
8
10
12
20
32
31
27
23
27
26
23
20
16
16
17
20
27
26
25
25
21
18
17
16
16
16
14
14
9
9
9
9
При 400° С |
1?
1?
3
3
3
3
250
0,5
10
100
1000
15
12
16
28
19 5
13
29
20
10
24
21
10
25
20
10
19
14
16 5
5
5
5
При 500° С |
и
и
1 5
1 5
1 5
1 5
300 0,5
8 5 7
30
17 14
13
19
16
13 13
11
12 17 13
15 16
12
20
—
диаграммой состояния, характеризующей взаимодействие меж
ду основными компонентами.
В табл. 10 приведены некоторые физико-механические свой
ства основных деформируемых сплавов.
Алюминиевые деформируемые сплавы по их способности уп
рочняться термической обработкой делят на две большие груп
пы. сплавы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы,
упрочняемые термической обработкой.
К первой группе относятся технический алюминий, алюми
ниевомарганцовистый сплав и сплавы типа магналий, продук
ция из которых в основном поставляется в отожженном состоя
нии или после некоторого упрочнения путем холодной деформа
ции полунагартованное и нагартованное состояние
Ко второй группе принадлежат все остальные сплавы, кото
рые значительно упрочняются в результате термической обра
ботки закалки и старения) и в таком состоянии обычно и при
меняются в конструкциях.
Оптимальные режимы термической обработки сплавов ука
заны в табл. 11
Все алюминиевые деформируемые сплавы сильно разупроч
няются при нагреве табл. 12), что необходимо учитывать при
эксплуатации их в условиях повышенных температур
Ниже рассматриваются различные группы сплавов в соответ
ствии с приведенной классификацией.
Сплавы алюминия с марганцем (АМц)
Сплавы алюминия с марганцем имеют более высокие меха
нические свойства, чем чистый алюминий, и, характеризуются
повышенной коррозионной стойкостью. Характер взаимодейст
вия алюминия с марганцем определяется диаграммой состояния,
данной на рис. 24. Марганец частично растворим в твердом алю
минии и образует с ним химическое соединение МпА1б. Это
соединение дает с алюминием эвтектику, содержащую 1,95% Мп,
остальное *А1, кристаллизующуюся при 658° С. Растворимость
марганца в алюминии при эвтектической температуре 658,5° С
составляет 1,82% и при 500°С равна 0,36% При дальнейшем
понижении температуры растворимость изменяется незначи
тельно.
Вследствие незначительного изменения растворимости с тем
пературой сплавы не дают заметного упрочнения при термиче
ской обработке. При наличии примеси железа в сплавах на базе
соединения МпА16 образуется сложное тройное соединение
MnFe А16, которое практически нерастворимо в алюминии.
В промышленности применяются сплавы при содержании
марганца от 1 до 1,6%
Макроструктура промышленного слитка показана на рис. 22
атласа.
57
Слиток имеет крупнозернистое строение с резко выраженной
зональностью. Крупнозернистость и зональность в строении
слитка можно устранить введением в сплав небольших добавок
тантала, титана, циркония, бора или совместно всех элементов
с бором [2, 38].
На рис. 23 атласа для иллюстрации приведена макрострук
тура слитка с присадкой титана.
Изменения в структуре слитка приводят к улучшению его ме
ханических и технологических
свойств [38].
Микроструктура литого спла
ва АМц дана на рис. 24 атласа,
где наряду с a -твердым раство
ром видна фаза МпА16.
При наличии примесей желе
за и кремния в небольшом коли
честве образуются различные же
лезосодержащие фазы.
По мнению некоторых авто
ров [39, 40], железо и кремний
могут также влиять на состав
некоторых основных фаз сплава.
В присутствии железа резко сни
жается растворимость марганца
в алюминии, так как последнее
связывает марганец в нераствори
~0 ,0 5 0 ,5 1 1,5 2 2 ,5 3 3,5 4 мую фазу (MnFe)Al6 (твердый
A l Мп, % раствор железа в соединении
„ МпАЫ Таким образом, железо
Рис. 24. Диаграмма состояния как бы выводит часть марганца
из участия в процессе упрочнения
сплава.
Фаза (MnFe) А16 кристаллизуется в форме крупных скоплений,
сильно снижает механические свойства сплавов и их способность
к пластической деформации [40].
В присутствии кремния в сплавах образуется тройное соеди
нение AboMn3Si (Г-фаза), в котором в значительном количестве
растворяется железо. В результате образуется железомарганцо
вистая фаза типа AlMnSiFe
При деформировании литого металла наблюдается раздроб
ление интерметаллических включений.
В прессованных и катаных материалах раздробленные части
цы металлических соединений образуют строчечную структуру и
располагаются преимущественно вдоль линий течения металла.
При отжиге деформированного сплава АМц получается
структура с более или менее равномерным распределением
включений марганцовистой фазы и частиц железомарганцови
стой составляющей (рис. 25 атласа).
58
В зависимости от предшествующей деформации, температуры
и времени отжига размер рекристаллизованного зерна может
изменяться в значительных пределах.
Наиболее тонкая структура металла получается при отжиге
в селитровой ванне при температуре 500—510° С в течение 10—
15 мин (для тонких листовых материалов)
На размер зерна отожженного сплава оказывают влияние
различные примеси. Железо и кремний при определенных соот
ношениях (приблизительно 1 1) способствуют измельчению зер
на рекристаллизованного сплава.
Существенное влияние на размер рекристаллизованного зер
на в присутствии примесей железа оказывают небольшие добав
ки титана 0,05— 0,1%
В некоторых изделиях (поковки, профили, прутки и т д)
при чередовании операций холодной обработки и отжига, а так
же в горячепрессованных изделиях часто наблюдается появление
крупнокристаллической структуры в форме ободков в поверх
ностном слое или отдельных крупнокристаллических зон внутри
изделия. Причина этого явления до последнего времени недоста
точно ясна.
Значительная часть продукции из сплава АМц применяется
в отожженном состоянии. В этом состоянии сплав имеет высо
кую пластичность (6 = 30%, ^ = 70%), но малую прочность
оь = 11 кГ мм2)
Прочность сплава можно несколько повысить путем холод
ной деформации, причем применяемая степень нагартовки для
промышленных полуфабрикатов составляет 40% полунагарто-
ванный сплав АМцП) и 80% (нагартованный АМцН В полу-
нагартованном состоянии сплав имеет предел прочности
16 кГ мм2, а в нагартованном 22 кГ мм2
Сплавы алюминия с марганцем применяются для произвол
ства изделий, предназначенных для работы в условиях активных
коррозионных сред и в сварных деталях и узлах.
Сплавы алюминия с магнием (магналии)
Сплавы алюминия с магнием с небольшими добавками мар
ганца, хрома и некоторых других элементов за последние годы
находят все более широкое применение. Эти сплавы обладают
повышенной прочностью и пластичностью, поддаются глубокой
вытяжке, хорошо свариваются и имеют повышенную коррозион
ную стойкость.
Небольшие присадки марганца (или хрома), вводимого для
дополнительного упрочнения сплава 0,3—0,5% Мп или 0,1
0,2% Сг , увеличивают предел прочности на 2—2,5 кГ мм2 не
вызывают существенного изменения структурного состояния
сплава. Титан и ванадий в небольших количествах способствуют
измельчению зерна в слитках.
59
На диаграмме состояния Al — Mg (см. рис. 20), применяемые
в промышленности сплавы лежат до предела растворимости к
при обычной температуре имеют гетерогенную структуру, состо
ящую из зерен a-твердого раствора и выделений фазы р Mg2Ab)
При наличии марганца и примесей железа и кремния, кроме
этого, образуются различные марганцовистые фазы AlMg2Mn,
AlFeSi, и др ) и силицид магния (Mg2Si В сплавах с содержа
нием магния 5—6%) вследствие неравновесной кристаллизации
возможно также образование эвтектической составляющей, при
водящей к огрублению структуры.
На рис. 26 атласа показана микроструктура литого промыш
ленного сплава АМгб.
При длительном нагреве происходит растворение фазы
р Mg2Al3) и образующихся эвтектических участков (рис. 27 ат
ласа) Остаются нерастворимыми марганцовистая фаза и сили
цид магния. Гомогенизация высокомагниевых сплавов необ
ходимая технологическая операция перед горячей обработкой
сплавов.
Основная часть продукции из сплава типа АМг поставляется
в отожженном состоянии. Микроструктура отожженного сплава
показана на рис. 28 атласа.
Механические свойства отожженных алюминиевомагниевых
сплавов зависят от содержания в них магния (рис. 25)
Некоторое дополнительное упрочнение на 10— 15% можно
получить путем холодной деформации. Попытки упрочнить спла
вы термической обработкой закалкой и старением не имели
успеха, несмотря на большую и уменьшающуюся с понижением
температуры растворимость магния в алюминии. Старению под
вержены сплавы с содержанием магния выше 7% В сплавах с
содержанием магния 8—9% АМг8) старение заметно протекает
60