7. Алюміній і сплави на його основі. Термічна обробка алюмінієвих сплавів

Алюміній – один з найбільш легких металів. Його атомний номер 13, атомна маса 26,97, кристалічна решітка ГЦК з параметром 0,40 нм, густина =2,7 г/см³, температура плавлення – t_пл=660^оС, механічні характеристики: _В=110 МПа, твердість 25НВ, =40%. Алюміній – хімічно активний метал, але, внаслідок утворення на поверхні щільної плівки з Al₂O₃ , має високу корозійну стійкість. Він також добре піддається деформуванню і зварюванню.

Всі сплави алюмінію можна розділити на дві групи: сплави, що деформуються і ливарні. Сплави, що деформуються, призначені для здобуття напівфабрикатів (листів, плит, прутів тощо), а також поковок і штампувань шляхом прокатки, пресування, кування і так далі. Сплави, що деформуються, по здатності зміцнюватися термічною обробкою, ділять на сплави: не здатні змінюватися термічною обробкою і зміцнювані термічною обробкою.

До алюмінієвих сплавів, що деформуються і не зміцнюються термічною обробкою, належать сплави типу Al-Mn (група АМц) і Al-Mg (група АМг). Вони мають високу технологічність і корозійну стійкість. Mn підвищує корозійну стійкість сплаву, а Mg зменшує густину сплаву, підвищує його міцність, не знижуючи пластичності.

До алюмінієвих сплавів, що деформуються і зміцнюються термічною обробкою, належать сплави Al з Cu, які називають дуралюмінами. На практиці для підвищення міцності дуралюміни піддають гартуванню з 500^оС у воді та штучному старінню при 100...200^оС. Безпосередньо після гартування сплав має _В=250 МПа, а після старіння _В=410...520 МПа.

Ливарні алюмінієві сплави. Типовими представниками цих сплавів є сплави системи Al-Si, так звані силуміни. Для поліпшення структури силумінів і підвищення механічних і технологічних властивостей їх перед відливанням піддають обробці сумішшю фтористих і хлористих солей натрію.

Ливарні алюмінієві сплави широко використовують для виготовлення литих деталей приладів, корпусів турбін, насосів, блоків циліндрів тощо.

Залежно від характеру відливань і умов їх роботи використовується один з наступних видів термічної обробки:

1. Штучне старіння, частіше при 175±5^о С в перебігу 5-20 год., без попереднього гартування.

2. Обпалювання при 300ºС в перебігу 5-10 год., залежно від призначення відливання. Обпалювання застосовують для зняття ливарної напруги, а також залишкової напруги, викликаної механічною обробкою. Це обпалювання декілька підвищує пластичнiсть.

3. Гартування і природне старіння. Температура гартування 510-520ºС. Гартування проводять в гарячій воді (40-100ºС). Оскільки після гартування відливання витримують досить тривалий час при кімнатній температурі, режим практично відповідає гартуванню і природному старінню.

4. Гартування і короткочасне (2-3 год.) штучне старіння звичайно при 175^оС. При даній температурі і тривалості процес старіння повністю не закінчується. Після такої обробки відливання набувають високої міцності при збереженні підвищеної пластичності.

5. Гартування і повне штучне старіння; частіше проводять при 200^оС, 2-5 год. Старіння підвищеній температурі і тривалішій витримці додає найбільшу міцність, але пластичність знижується.

6. Гартування і стабілізуюче старіння при температурі 230ºС - 250ºС протягом 3-10 год. Цей спосіб, обробки використовують для стабілізації структури і об'ємних змін відливання, при збереженні достатньої міцності.

7. Гартування і пом'якшувальне старіння при 240-260 ºС протягом 3-5 год. Висока температура старіння помітно знижує міцність, але підвищує пластичність і стабільність розмірів.