Алюминиевые сплавы

К преимуществам большинства промышленных алюминиевых сплавов можно отнести невысокую плотность (до 2,85 г/см³), высокую удельную прочность, хорошую коррозионную стойкость, тепло- и электропроводность. В качестве основных легирующих элементов в алюминиевых сплавах применяют медь, магний, кремний, марганец, цинк, реже литий, никель, титан, бериллий, цирконий, железо и др. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием ограниченные твердые растворы замещения с переменной растворимостью, а также промежуточные фазы с алюминием и между собой – двойные, тройные и многокомпонентные интерметаллиды.

В зависимости от способа производства заготовок принято делить сплавы на деформируемые, литейные и спеченные, которые строго говоря являются разновидностью деформируемых. Сплавы могут быть не упрочняемыми и упрочняемыми термообработкой. Существует более подробное деление сплавов в соответствии с их свойствами (нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности и коррозионной стойкости, антифрикционные и т.д.).

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Для литых заготовок проводится гомогенизация при температурах 450-560^оС длительностью 4–36 ч в зависимости от состава. Рекристаллизационный отжиг проводят при 300-500^оС с выдержкой 0,5-2 ч как промежуточную обработку между операциями деформации или как окончательную обработку деформированных полуфабрикатов для снижения прочности и повышения пластичности. Смягчающий отжиг при 350-420^оС продолжительностью 1-2 ч применяют для термоупрочненных сплавов. Упрочняющая термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из закалки и старения. Температуру и продолжительность этих режимов выбирают в соответствии с конкретным сплавом. Сущность процессов заключается в следующем. Закалка сплавов состоит в нагреве до температуры, когда интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатных температур, которое производится в холодной или подогретой воде. При закалке подавляется диффузия атомов легирующих элементов, в результате получается фаза α‘- пересыщенный твердый раствор замещения легирующих элементов в алюминии. После закалки сплавы, обладая повышенной по сравнению с отожженным состоянием прочностью, сохраняют высокую пластичность. В закаленном состоянии сплавы достаточно легко деформируются. Создавая неравновесное состояние, закалка обеспечивает возможность дальнейшего повышения прочности при старении. При старении происходит распад пересыщенного твердого раствора закалки. В зависимости от температуры, продолжительности выдержки и природы сплава можно выделить ряд стадий. Первоначально возникают субмикроскопические области повышенного содержания легирующих элементов – так называемые зоны Гинье - Престона, в решетке возникают напряжения, что, как правило, приводит к повышению прочности (1). Затем образуется метастабильная фаза, состав которой соответствует составу интерметаллида, но решетка полностью когерентна матричному раствору (2). После этого образуется метастабильная фаза, имеющая собственную кристаллическую решетку, сопряженную с решеткой матричного раствора по определенным плоскостям (3). Далее выделяется стабильная фаза, соответствующая интерметаллиду, который образуется в процессе распада, причем когерентность решеток этой фазы и матричного раствора полностью нарушается (4). Затем происходит коагуляция образовавшейся фазы (5). При комнатной температуре происходит естественное старение, при котором образуются зоны ГП. Оно продолжается 5-7суток. При повышенных температурах происходит искусственное старение, неполное или полное, когда возникают метастабильные полностью или частично когерентные фазы. Это старение может продолжаться от нескольких часов до десятков часов. Рост прочности связан с первыми стадиями процесса распада, причем для разных сплавов максимальное упрочнение достигается на разных стадиях. Обособление и коагуляция стабильных фаз приводят к снижению прочности, но эти стадии наблюдаются при проведении отжига. Таким образом, упрочняющим процессом в термообработке является операция старения.