50.Закалка естественное и искусственное старение алюминиевых сплавов

Закалка.

В современной технике применяют много сплавов на алюминиевой основе с различным количеством легирующих элементов. Одни из них, например Сu, Si, Mg, Zn, резко изменяют свойства алюминия и его сплавов. Другие, например Mn, Ni, Сг, дополнительно улучшают свойства и вводятся только при наличии перечисленных выше, одного или нескольких, основных легирующих элементов. Часть элементов вводят в качестве модификаторов, добавок, действующих различно, но улучшающих (главным образом измельчающих) структуру; к таким добавкам относятся Na, Be, Ti, Се, Nb. Некоторые элементы, входящие в алюминиевые сплавы, образуют с алюминием ограниченные твердые растворы переменной концентрации, в которых растворимость элементов с понижением температуры уменьшается. На этом и основывается закалка алюминиевых сплавов.

Старение. После закалки алюминиевые сплавы подверстают старению, при котором происходит распад пересыщенного твердого раствора. При старении в А1-Сu протекают следующие процессы.

1. При температуре 20°С: (естественное старение) и при температурах до 100°С (искусственное старение) в пересыщенном твердом растворе возникают области (тонкопластинчатой, дискообразной формы), обогащенные атомами меди, названные зонами Гинье-Престона и обозначаемые Г. П., а для данного начального процесса Г. П. 1. Эти зоны имеют толщину 5-10 А и диаметр 40-100 А. Структура их неупорядоченная, как и твердого раствора. Образование зон Г. П. 1 сопровождается искажением кристаллической решетки, что приводит к повышению механических свойств сплава.

2. При температурах 100-150°С происходит рост зон Г. П. 1 до толщины 10-40 А и диаметра 200-300 А, обогащение атомами меди до состава, близкого к составу стабильной фазы 8 (СuАl2). Структура образующихся зон становится упорядоченной. Такие зоны называются зонами Г. П. 2 или фазой 0´, и их наличие обусловливает максимальную прочность сплава.

3. При температурах 150-200°С образуется метастабильная промежуточная фаза 9', имеющая такой же состав, как равновесная 9-фаза (СuАl2). Но выделения б'-фазы не имеют границ раздела с зернами твердого раствора, то есть когерентно связаны с решеткой алюминия. Таким образом, появление зон Г. П. 1 и Г. П. 2 - это подготовительные стадии к началу распада твердого раствора (выделению избыточной фазы), а образование 9'-фазы - начало распада твердого раствора (выделение избыточной фазы).

4. При температурах 200-250°С решетка 9'-фазы отрывается от решетки твердого раствора (когерентность полностью нарушается) и оформляется в решетку, соответствующую соединению СuАl2 (0-фаза).

5. Дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции выделившейся 9-фазы, резкому снижению прочности и повышению пластичности.

51.высокопрочные алюминиевые сплавы, состав, термическая обработка, свойства и применение

Сплавы серии 7ххх являются высокопрочными сплавами, но, к сожалению, они склонны к коррозии под напряжением. Основные легирующие элементы – от 1 до 9 % цинка (чаще всего от 4 до 6 %) и от 1 до 3 % магния. Эти сплавы упрочняются термической обработкой.

Важные области применения этих сплавов связаны с их высокой прочностью. Это – аэрокосмическая техника, военная техника и оборудование атомной энергетики. Кроме того, они имеют применение в строительстве, а также для изготовления спортивного инвентаря, например, лыжных палок и теннисных ракеток.

Также как и многие сплавы серии 2ххх, большая часть сплавов серии 7ххх включает магний для повышения эффективности механизма упрочнения за счет старения. Главной упрочняющей фазой выступают частицы MgZn2. Такие сплавы имеют среднюю прочность, но относительно легко свариваются, например, сплав 7005 (аналог 1915). Сплавы Al-Zn-Mg имеют более высокую восприимчивость к термической обработке, чем бинарные сплавы Al-Zn, что обеспечивает им более высокую прочность.

Добавление меди сплавам Al-Zn-Mg вместе с небольшими количествами хрома и марганца дает этим сплавам самую высокую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Сплавы четверной системы Al-Zn-Mg-Cu имеют самый высокий потенциал упрочнения старением из всех алюминиевых сплавов: у некоторых сплавов предел прочности достигает 600 МПа, как, например, у сплава В95, и даже 700 МПа, как у сплава В96. Однако чрезмерное повышение содержания цинка и магния снижает вязкие свойства и сопротивление коррозии под напряжением. В этих сплавах цинк и магний управляют процессом старения, тогда как роль меди заключается в увеличении скорости старения и повышении чувствительности к закалке. Хотя медь снижает общую стойкость к коррозии, она повышает сопротивление коррозии под напряжением.