Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

Названные сплавы характеризуются сравнительно невысокой прочностью (ненамного превышающей прочность алюминия), высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Их применяют в тех случаях, когда требуется высокая пластичность – для изделий, получаемых глубокой штамповкой.

К рассматриваемой группе сплавов относят сплавы систем А1 – Мn (сплавы АМц) и А1 – Mg (сплавы АМг). Они не упрочняются термической обработкой.

Хотя система А1 – Мn (см. рис. 1.10) показывает переменную растворимость соединения Al₆Mn в алюминии, однако в присутствии железа (неизбежное загрязнение) образуется тройное соединение А1₆(Mn, Fe), а оно нерастворимо в алюминии.

Марганец, в отличие от остальных элементов, не только не ухудшает коррозионной стойкости алюминиевого сплава, но несколько улучшает ее. Поэтому сплавы А1 – Mn превосходят чистый алюминий более высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Марганец вводят в дюралюминий (до 1%), как и в другие алюминиевые сплавы, главным образом, для повышения коррозионной стойкости.

Сплавы А1 – Mg при содержании до 1,4% Mg не упрочняются при термической обработке, что следует из кривой растворимости в системе А1 – Mg (см. рис. 1.10). При большем содержании (Mg > 3%)
упрочнение возможно, но эффект его невелик.

Магний является полезным легирующим элементом. Не считая повышения коррозионного сопротивления (если магния не более 3%), магний уменьшает плотность алюминиевого сплава (так как он легче алюминия), повышает прочность, не снижая его пластичность. Поэтому сплавы А1 – Mg получили распространение как несколько более прочные и легкие, чем чистый алюминий.

Эти сплавы в виде листов, а также прокатанного или прессованного материала поставляются в отожженном (мягком) состоянии (в марочном обозначении тогда добавляется буква М) после небольшой степени наклепа, т. е. полунагартованные (обозначаются буквой П), и после сильного наклепа, т. е. нагартованные (обозначаются буквой Н).

Пределы прочности и относительное удлинение для сплава АМц в различном состоянии:

Состояние ..... М П Н

s_в, МПа ........ 130 160 220

d, %................ 23 10 5

5.2. Дюралюминий и другие деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Дюралюминий[1] – наиболее распространенный представитель группы алюминиевых сплавов, применяемых в деформированном виде и упрочняемый термической обработкой.

Он содержит 4% Сu и 0,5% Mg, а также марганец и железо.

Дюралюминий – сплав, по крайней мере, шести компонентов: Al, Cu, Mg, Mn, Si и Fe, основными добавками являются медь и магний. Поэтому указанный сплав можно причислить к сплавам системы А1 – Cu –Mg. 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 CuAl₂, фаза S, Mg₂Si, и нерастворимых, таких, как железистые и марганцовистые соединения.

Структура дюралюминия в отожженном состоянии (рис. 1.14, а)состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений.

После закалки с оптимальных температур (500°С) основное количество соединений CuAl₂ и Mg₂Si растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются. Поэтому в закаленном состоянии структура состоит из твердого раствора и нерастворимых включений соединений железа (на микроструктуре рис. 1.14, б включения черного цвета).

При нагреве выше 500–520°С происходит оплавление зерен по границам; при охлаждении участки жидкой фазы превращаются в эвтектику (рис. 1.14, в).

Механические свойства после окончательной термической обработки (после закалки и старения) сильно зависят от температуры закалки (рис. 1.15). В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, 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. Поэтому ясно, что при термической обработке дюралюминия важно соблюдать температурный режим закалки.

При термической обработке дюралюминия колебания температур закалки не должны превышать ±3–4°С.

Кривые старения дюралюминия приведены на рис. 1.9. Дюралюминий принадлежит к алюминиевым сплавам, естественно стареющим; наиболее высокие механические свойства у нормального дюралюминия получаются после старения при комнатной температуре в течение 5-7 сут.

Термическая обработка названных сплавов заключается в закалке примерно с 500°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 этого процесса. Наиболее распространенный – плакирование чистым алюминием. Плакированный дюралюминий обладает такой же коррозионной устойчивостью, как чистый алюминий.

Рис. 1.14. Микроструктура дюралюминия:

а – отожженное состояние, × 200; б – закаленное состояние, × 100;
в – перегретое при закалке состояние, × 200

Рис. 1.15. Механические свойства дюралюминия в закаленном и состаренном
состояниях в зависимости от температурызакалки

По техническим условиям толщина плакированного слоя составляет 4–8% от толщины листа (или диаметра проволокилибопрутка). 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 приведен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Состав дюралюминия

Марка	Сu	Mn	Mg	Si	Fe
Д1 Д16	3,8–4,8 3,8–4,5	0,4–0,8 0,3–0,9	0,4–0,8 1,2–1,8	< 0,7 < 0,5	< 0,7 < 0,5

Сплавы Д1 – так называемый нормальный дюралюминий. Основной, упрочняющей фазой в этом сплаве является соединение CuAl₂.

Сплав Д16, так называемый супердюралюмин, содержит, по сравнению с нормальным дюралюминием, повышенное количество магния. В соответствии с этим основной упрочняющей фазой является фаза S (Al₂CuMg),что и обеспечивает более высокую прочность сплава Д16 по сравнению с Д1.

В табл. 1.3 приведены механические свойства указанных сплавов в разных состояниях.

Таблица 1.3.