9.2. Алюминий и его сплавы

Алюминий относится к категории легких металлов. Плотность его 2,7 г/см . Температура плавления 660 °С. Обладает высокими электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стой­костью. Электропроводность технического алюминия составляет 65 % от электропроводности меди при более чем в 3 раза меньшей плотности. На воздухе алюминий легко окисляется, образуя на по­верхности пленку оксида Al₂O₃, предохраняющую металл от даль­нейшего окисления и коррозии в атмосферных условиях, воде и дру­гих средах. Алюминий стоек к азотной и органическим кислотам, пищевым продуктам, однако разрушается щелочами, соляной и сер­ной кислотами, плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет ГЦК решетку и не претерпевает полиморфных превращений.

Технический алюминий обладает высокой пластичностью, но низкой прочностью а_в < 100 МПа, выпускается в виде листов, прут­ков проволоки, других полуфабрикатов и маркируется АД0 и АД1. В качестве примесей в техническом алюминии присутствуют Fe, Si, Cu, Mn, Zn, которые понижают тепло- и электропроводность, пла­стичность и коррозионную стойкость. Применяют технический алю­миний для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда требуется легкость, пластичность, хорошая свариваемость, коррози­онная стойкость, тепло- и электропроводность (витражи, трубопрово­ды, кабель, конденсаторы и т. д.). Более широкое применение в каче­стве конструкционных материалов получили сплавы на основе алюминия, многие из которых обладают высокой удельной прочно­стью а_в / р, близкой к таковой для сталей.

В качестве легирующих элементов в алюминиевых сплавах ис­пользуют Cu, Mg, Si, Mn, Zn, реже Be, Li,Ni, Ti, Zr. Большинство ле­гирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы огра­ниченной растворимости и интерметаллидные соединения типа CuAl2 (®-фаза), Al₂CuMg (5-фаза) и др.

Маркируются алюминиевые сплавы следующим образом: буква А в начале марки обозначает технический алюминий, АК - ко­вочный алюминиевый сплав, Д - дуралюмин, В в начале марки - вы­сокопрочный алюминиевый сплав. Буквы АЛ обозначают литейные алюминиевые сплавы. После этих букв следует условный номер спла­ва. За условным номером могут идти обозначения, характеризующие состояние сплава: М - мягкий (отожженный); Т - термообработанный (закалка и старение); Н - нагартованный; П - полунагартованный.

По технологическим свойствам алюминиевые сплавы можно разделить на три группы:

• деформируемые;

• литейные;

• получаемые методом порошковой металлургии.

По способности упрочняться путем термической обработки алюминиевые сплавы подразделяются на упрочняемые термообра­боткой и термически неупрочняемые. Типовая диаграмма состояния алюминий - легирующий элемент приведена на рис. 9.5.

Точка к соответствует предельной растворимости легирующего элемента в алюминии. Для кремния она составляет 1,65 %, меди -5,7 %, магния - 17,4 %, цинка - 32 %. Соответственно и разная будет температура эвтектических превращений этих сплавов: 578 °С - для кремния, 548 °С - для меди, 449 °С - для магния и 275 °С - для цинка.

Однофазные а-сплавы имеют высокую пластичность, поэтому эти сплавы хорошо обрабатываются давлением и относятся к дефор­мируемым сплавам. Сплавы, содержащие количество легирующего элемента менее его предельной растворимости при комнатной темпе­ратуре, термически не упрочняются.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и ста­рение. Устранение неравновесных структур и деформационных дефек­тов, снижающих пластичность, осуществляется отжигом.

Закалка алюминиевых сплавов заключается в нагреве сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы пол­ностью или большей частью растворяются в а-твердом растворе, вы­держке при данной температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения перенасыщенного твердого раствора. На рис. 9.6 приведена схема диаграммы состояния для системы алюми­ний-медь, на которой пунктиром показаны зоны нагрева сплавов под закалку.

О