2. 2 Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой

к таким сплавам относятся сплавы алюминия с медью, магнием и другими легирующими элементами с концентрацией от «а» до «б» (рис.1). В эту группу входят такие сплавы как дюралюмин, авиаль, высокопрочные, ковочные и жаропрочные.

Дюралюмины. Дюралалюминами называют сплавы на основе алюминия и меди, которые содержат также магний и марганец, а в качестве примесей – железо и кремний.

Марганец повышает стойкость дюралалюмина против коррозии, повышает температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства за счет присутствия в структуре дисперсных частиц Al₁₂Mn₂Cu. Железо является вредной примесью, т.к. снижает эффект упрочнения при старении вследствие образования нерастворимого в алюминии соединения Al₇Cu₂Fe. Кремний, как и железо, способствует понижению прочности, но вызвано это уменьшением количества основных упрочняющих фаз (CuAl₂ и Al₂CuMg).

Кроме этого вредное влияние железа и кремния сказывается и на трещиностойкости К_1с, т.е. облегчается распространение трещин при действии растягивающих напряжений. Допустимое содержание железа и кремния до 0,5% согласно ГОСТа 4784-74. Снижение содержания железа и кремния 0,1-0,3% и ниже значительно повышает вязкость разрушения К_1с, не изменяя величины _в и _0,2.

Наибольшее практическое применение имеют такие марки дюралюмина как Д1 и Д16 (Таблица 2). Буква Д обозначает в маркировке, что это дюралюмин, а цифра после буквы – порядковый номер в ГОСТе.

Таблица 2

Химический состав и некоторые механические свойства дюралюминов после закалки и старения

Марка	Химический состав, %				Механические свойства
	Al	Cu	Mg	Mn	в, МПа	0,2, Мпа	, %
Д1	основа	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	490	320	14
Д16	основа	3,8-4,9	1,2-1,8	0,3-0,9	540	400	11

Для упрочнения дюралюминов проводят закалку и старение. Закалка состоит в нагреве сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или почти полностью растворяются в алюминии (линия абс., Приложение 2). После выдержки при данной температуре проводят быстрое охлаждение. При нагреве под закалку избыточная фаза CuAl₂ полностью растворяется и быстрым охлаждением фиксируется только пересыщенный -твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве. После закалки дюралюмины обладают высокой пластичностью ( = 25%) и мягкостью. Это используется при проведении различных формоизменяющих операций в холодном состоянии. Однако пересыщенный -твердый раствор неустойчив и из него самопроизвольно начинает выделяться избыточная мелкодисперсная интерметаллическая фаза CuAl₂ , что придает дюралюмину повышенную твердость и прочность. Этот процесс называется старением. Если старение проводится при комнатной температуре, (естественное старение), то упрочняющий эффект достигается на 5-6 сутки. Если же после закалки сплав нагреть до 150-200^оС, то упрочнение произойдет через 10-20 часов, и такое старение называют искусственным. Однако, естественное старение предпочтительнее, т.к. обеспечивает получение более высокой коррозионной стойкости.

Состаренный сплав можно возвратить к свежезакаленному состоянию, если нагреть его до 200-250^оС и выдержать при этой температуре. Такой сплав вновь приобретет способность к естественному старению. Это явление называется возвратом.

Дюралюмины удовлетворительно обрабатываются резанием после закалки, и после старения, хорошо свариваются точечной сваркой, но сварной шов обеспечивает только 60-70% прочности основного металла поэтому соединение листов дюралюмина осуществляется заклепками. Удельная прочность дюралюмина после закалки и старения близка к удельной прочности легированной стали.

Для повышения коррозионной стойкости дюралюмины подвергают либо электрохимическому оксидированию, либо плакированию. Эти сплавы используют в самолетостроении, т.е. изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингеры и лонжероны самолетов, а также силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей и т.д.

Сплавы авиаль. Это алюминиевые сплавы, содержащие в качестве основных легирующих элементов магний (до 1,2%) и кремний (до 1,2%). Эти сплавы обладают большей пластичностью в холодном и горячем состоянии, чем дюралюмины, но меньшей прочностью.

Кроме Mg и Si, которые образуют упрочняющую интерметаллическую фазу Mg₂Si, в составе авиалей содержатся марганец, хром и медь (табл.3).

Таблица 3