3.2. Классификация и общая характеристика алюминиевых сплавов
Сплавы на основе алюминия как конструкционный материал используются более широко, чем чистый алюминий. Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Все сплавы алюминия превосходят чистый алюминий по прочности (предел прочности ряда сплавов достигает 500-700 Н/мм2) и удельной прочности, которая у некоторых сплавов приближается к таковой для высокопрочных сталей. Большинство алюминиевых сплавов имеет хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие теплопроводность и электропроводимость. Они характеризуются достаточно высокими технологическими свойствами: хорошо обрабатываются давлением, свариваются точечной сваркой, в основном хорошо обрабатываются резанием. Большинство из них превосходят по пластичности магниевые сплавы и пластмассы.
Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Cu, Mg, Si, Mn, Zn, реже - Li, Ni, Ti. Многие легирующие элементы образуют с алюминием ограниченные твердые растворы с переменной растворимостью и промежуточные фазы - интерметаллиды. Это дает возможность упрочнять такие сплавы термической обработкой - закалкой на пересыщенный твердый раствор с последующим естественным или искусственным старением. Эффективность такой обработки иллюстрируется рисунком 3.1 на примере системы Al - Cu , поскольку медь входит в состав почти всех алюминиевых сплавов.
t,°C
660
ж
ж+
548°С
+СuAl2
Al 0.5
5.7 33
Cu
Рисунок 3.1 - Участок
диаграммы состояния Al - Cu (схема)
Предельная растворимость меди в алюминии составляет около 5,7% (по массе) и снижается при охлаждении до 0,5% (при 20°С). Следовательно, в зависимости от состава сплава, до 5,2% меди может выделиться из пересыщенного твердого раствора в процессе старения в форме избыточной фазы CuAl2 (фазовое старение), что обеспечивает значительное упрочнение сплава.
Легирующие элементы, особенно переходные, повышают температуру рекристаллизации алюминия за счет образования тонкодисперсных частиц интерметаллидных фаз, которые препятствуют миграции границ зерен и способствуют упрочнению сплава (т.н. структурное упрочнение, или “пресс-эффект”).
Наличие в составе сплавов таких примесей, как железо и кремний, образующих нерастворимые в -твердом растворе фазы, приводит к снижению их пластичности, вязкости разрушения, сопротивления развитию трещин. Вредное влияние этих примесей может быть уменьшено снижением их содержания с 0,5-0,7% (обычное содержание в соответствии со стандартами) до 0,1-0.3% (чистый сплав, например, Д 16ч), а иногда и до сотых долей процента (сплав повышенной чистоты, например, Д 16 пч), а также легированием их марганцем. Сплавы повышенной чистоты используют для изготовления наиболее ответственных деталей, таких как силовые элементы конструкций пассажирских и транспортных самолетов.
Алюминиевые сплавы классифицируют по следующим признакам:
1. По технологии изготовления их подразделяют на:
а) деформируемые, полуфабрикат либо изделия из которых получают методами горячей или холодной пластической деформации;
б) литейные, изделия из которых получают методами литья;
в) спеченные, изделия из которых получают методами порошковой металлургии;
2. По способности упрочняться термической обработкой их подразделяют на:
а) упрочняемые термической обработкой;
б) не упрочняемые термической обработкой.