2.5 Деформівні сплави, які не зміцнюються термічною обробкою

2.5.1 Сплави системи Al-Mn (в промислових сплавах вміст Mn від 1 до 1,6%). Марки: АМц, АМц1. Ці сплави порівняно з Al мають більшу міцність, але зберігають високу пластичність та технологічність, високу корозійну стійкість (за корозійною стійкістю близькі до Al), добре зварюються. Із сплавів цієї системи, в основному, одержують листову продукцію та труби.

Діаграма стану Al-Mn наведена на рис. 2.8. Фазовий склад сплавів АМц та АМц1: -фаза (твердий розчин заміщення на основі Al, має гратку ГЦК) та частинки хімічних сполук Al₆Mn. Структура сплавів в рівноважному стані:  + Al₆Mn_ІІ або  + Al₆Mn_ІІ + евтектика( + Al₆Mn). Вторинна фаза Al₆Mn_ІІ виділяється з -твердого розчину при охолодженні. Структура сплаву АМц в литому стані наведена на рис. 2.9. Особливості діаграми стану Al-Mn: невеликий інтервал первинної кристалізації -твердого розчину (становить всього 0,5…1°С); змінна розчинність Mn в Al (від 1,4% до 0,05%).

Рисунок 2.8 – Діаграма стану Al-Mn [2]

Рисунок 2.9 – Мікроструктура сплаву АМц (1,3%Mn; 0,3%Fe; 0,23%Si; решта Al), 250 [2] (при друкуванні зменшено в 1,5 рази)

В сплавах системи Al-Mn присутні домішки Fe та Si. Ці домішки зменшують розчинність Mn в Al, (особливо Si). Присутність Fe та Si змінює структуру та механічні властивості сплавів системи Al-Mn.

В присутності тільки Fe утворюється сполука Al₆(MnFe) (атоми Fe заміщують атоми Mn в гратці фази Al₆Mn). Ця фаза кристалізується у формі крупних пластинчатих кристалів, які знижують ливарні та механічні властивості сплавів. В присутності Si та Fe можливе утворення сполуки Al₁₀Mn₂Si (Т-фаза) скелетоподібної форми у вигляді дрібних кристалів кубічної форми. Також можливе утворення фази AlMnSiFe.

Вплив вмісту Si та Fe на механічні властивості сплаву АМц наведено на рис.2.10. З підвищенням вмісту Si та Fe підвищується пластичність та зменшується розмір зерна.

а – 0,25% Si; б – 0,4% Si

Рисунок 2.10 – Вплив вмісту Si та Fe

на механічні властивості сплаву АМц (1,3% Mn) [7]

Хоча в сплавах Al-Mn і спостерігається змінна розчинність Mn в Al (див.рис.2.8), але зміцнювальна термічна обробка (гартування та старіння) для них не проводиться. Це пояснюється тим, що при цій термічній обробці не спостерігається значне підвищення міцності (рис.2.11), що пов’язано з незначною концентрацією Mn в Al та недостатньою дисперсністю фази Al₆Mn при старінні.

Кінцева термічна обробка цих сплавів – дорекристалізаційний або рекристалізаційний відпал.

Підвищити міцність сплавів системи Al-Mn можна за рахунок холодної пластичної деформації.

1 – відпал; 2 – гартування,

3 – природне старіння, 4 – штучне старіння

Рисунок 2.11 – Зміна механічних властивостей сплавів системи Al-Mn

в залежності від режів термічної обробки [7]

Сплави системи Al-Mn зміцненні холодною пластичною деформацію наприкінці марки позначають буквою «Н» (Н – нагартований стан), наприклад АМцН. Сплави системи Al-Mn після холодної пластичної деформації та рекристалізаційного відпалу наприкінці марки позначають буквою «М» (М – м’який стан), наприклад АМцМ.

Використання сплавів системи Al-Mn. АМц – малонавантаженні вироби (зварні баки, бензо- та маслопроводи), на будівництві, на транспорті (радіатори для тракторів та автомашин). АМц1 – тільки в електротехнічній промисловості для чутливих елементів електричних тахометрів.

2.5.2 Сплави системи Al-Mg (магналій). Марки: АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6. Ці сплави мають задовільне поєднання міцності, високої пластичності, дуже добру корозійну стійкість (особливо в морському середовищі) та зварюваність. Тому вони знайшли широке використання для виготовлення зварних конструкцій (мають гарне співвідношення _в^зв/_в^осн, де _в^зв – міцність зварного шву, а _в^осн – міцність основного металу. Так для сплаву АМг6 _в^зв/_в^осн становить 0,85…0,9). Алюмінієво-магнієві сплави добре протистоять вібрації.

Недолік сплавів: відносно низьке значення границі плинності _0,2. Для її підвищення сплави піддають холодній пластичній деформації на 20…30%.

Діаграма стану Al-Mg наведена на рис.2.12. Фазовий склад: -фаза (твердий розчин заміщення на основі Al, має гратку ГЦК) та -фаза (Mg₂Al₃). Структура сплавів в рівноважному стані:  + _ІІ або  + _ІІ + евтектика( + ). При нерівноважних умовах кристалізації в сплавах із вмістом Mg  1…2% може кристалізуватися евтектика, яка усувається за допомогою гомогенізаційного відпалу.

Магній суттєво зміцнює Al. Кожен % (мас.) Mg підвищує міцність Al приблизно на 30 МПа (рис.2.13).

Сплави системи Al-Mg із вмістом Mg до 4,5% мають високу корозійну стійкість. При підвищенні вмісту Mg ( 5%) знижується опір сплавів корозійному руйнуванню під навантаженням.

Внаслідок змінної розчинності Mg в Al сплави системи Al-Mg можна піддавати зміцнювальній термічній обробці, але ефект від старіння майже не спостерігається (при вмісті Mg  6…7% сплави Al-Mg мають майже однакові властивості як у відпаленому, так і в загартованому та зістареному станах). При цьому структурні зміни, які відбуваються при старінні, суттєво впливають на корозійну стійкість сплавів. В загартованих та зістарених сплавах із вмістом Mg  5% на межах зерен спостерігається виділення -фази у вигляді суцільної (ниткоподібної) сітки (рис.2.14). Така морфологія -фази призводить до корозії по межах зерен (порівняно з -твердим розчином вона має більш негативний електрохімічний потенціал). Проведення гетерогенізованого відпалу (310…325°С) може запобігти суцільному виділенню -фази в сплавах з вмістом 5…7% Mg. Відпалені сплави в процесі експлуатації зберігають високу корозійну стійкість.

Рисунок 2.12 – Діаграма стану Al-Mg [2]

Рисунок 2.13 – Вплив вмісту магнію на механічні властивості сплавів

системи Al-Mg у відпаленому стані [2]

В сплавах із вмістом Mg  8% утворюється суцільна сітка або крупні скупчення крихкої важко розчинної -фази, це призводить до погіршення технологічних властивостей (утворення тріщин під час литва та подальшої пластичної деформації). Але сплави із таким вмістом магнію можуть зміцнюватися термічною обробкою, яка застосовується для ливарних сплавів.

В промислових сплавах Al-Mg завжди присутні домішки Si та Fe, тому в структурі сплавів можуть утворюватися інтерметалідні фази Mg₂Si, AlMnSiFe, AlMg₂Mn (рис.2.15). Вони погіршують пластичність (призводять до появи тріщин при пластичній деформації). Вміст кожного елементу (Si, Fe) не повинен перевищувати 0,7%.

Рисунок 2.14 – Ниткоподібне розташування -фази в Al-Mg сплавах

після гартування та старіння до 200°С, 1000 [7]

Домішки Cu та Fe знижують корозійну стійкість сплавів системи Al-Mg.

Рисунок 2.15 – Мікроструктура сплаву АМг6 в литому стані

( + (Mg₂Al₃) + Mg₂Si + AlFeMnSi), 250 [2]

Введення в сплави Al-Mg марганцю приводить до подрібнення зерна та підвищення міцності. Марганець при кристалізації виділяється у вигляді дисперсних частинок Al₆Mn. Підвищення міцності також забезпечується легуванням Cr та Ti. Tитан покращує зварюваність сплавів Al-Mg (подрібнює зерно в металі, який наплавляється; зменшує схильність до утворення тріщин при зварюванні; покращує механічні властивості зварних з’єднань). Також легування Cr, Ti сприяє більш рівномірному розподілу -фази та зменшує схильність до корозії під навантаженням.

Кінцева термічна обробка Al-Mg сплавів – дорекристалізаційний або рекристалізаційний відпал.

Підвищити міцність сплавів Al-Mg можна за рахунок холодної пластично деформації.

Сплави системи Al-Mg зміцненні холодною пластичною деформацію наприкінці марки позначають буквою «Н» (нагартований стан), наприклад АМг2Н. Сплави системи Al-Mg після холодної пластичної деформації та рекристалізаційного відпалу наприкінці марки позначають буквою «М» (м’який стан), наприклад АМг3М. Сплави системи Al-Mg після холодної пластичної деформації та дорекристалізаційного відпалу наприкінці марки позначають буквою «П» (напівнагартований стан), наприклад АМг3П.

В табл.2.6 наведені приклади використання сплавів системи Al-Mg.

Таблиця 2.6 – Приклади використання сплавів системи Al-Mg

Марка сплаву	Використання
АМг1	Для декоративного оздоблення літака (оправа дзеркал, ручки, попільнички та інше).
АМг2	Будівельні конструкції, заклепки, огороджуючи конструкції, обшивка фасадів, облицювання внутрішніх та зовнішніх стін. Обшивка рефрижераторів
АМг3	Зовнішня та внутрішня обшивка пасажирських та вантажних (для перевезення продуктів, мінеральних добрив та інше) вагонів. Маслотрубопроводи літальних апаратів. Зварні баки для рідин з нафтапродуктів. Вузли легкових автомобілів (навесні деталі, бампери, радіатори охолодження, опалювальний прилад
АМг5	Заклепки, болти. Борта вантажних автомобілів. Рами та баки кузовів залізничних вагонів. Перегородки кораблів, палубні надбудови, обшивка річкових кораблів
АМг6	Зовнішня та внутрішня обшивка пасажирських та вантажних (для перевезення продуктів, мінеральних добрив та інше) вагонів. Виготовляють паливні баки, перегородки кораблів, палубні надбудови, підвісні стелі