5. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марган­цем или с магнием (см. табл. 35). Упрочнение сплавов достигается в результате образования твердого раствора и в меньшей степени избыточных фаз.

600

500

400

/7*

а)

,

мпа.

Сплав АМц представляет о-твердый раствор марганца в алю­минии, в котором также имеются в небольшом количестве частицы соединения А1₀Мп. Сплавы типа АМг в равновесном состоянии после охлаждения двухфазные а + [} (А1₃М§₃) (рис. 185, а). Однако вследствие высокой устойчивости твердого раствора и малой скорости диффузии магния в алюминии, даже после медлен­ного охлаждения, они не содержат избыточных фаз и состоят толь­ко из а-твердого раствора. Магний сильно повышает прочность спла­вов (см. рис. 185, б). До 12—14% М§ пластичность изменяется мало, а затем резко падает. Сплавы А1—М§ добавочно легируют мар­ганцем (см. табл. 35), который, образуя дисперсные частицы А1_еМп, упрочняет сплав и спо­собствует измельчению зерна. Эф­фект от закалки и старения спла­вов АМг и АМц невелик, и их при­меняют в отожженном состоянии. Отжиг сплавов АМц и АМг2 про­водят при 350—410 °С, сплава АМгЗ — при 270—280 °С и сплава МАМг5 —при 310—335 °С, охлаж­дение на воздухе.

20

300

200

10

6 3 П15 18 21 Мд,%

Повышение прочности при не­котором уменьшении пластичнос­ти изделий простой формы (листы, плиты) достигается нагартовкой (см. табл. 35). Упрочнение, созда­ваемое нагартовкой, снимается в зоне сварки.

Рис. 185. Диаграмма состояния А1—М§ (а) и зависимость механи­ческих свойств сплавов от содер­жания магния (б)

Сплавы легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка и т. д.), хорошо свариваются и об­ладают высокой коррозионной стойкостью. Обработка резанием

395

затруднена. Сплавы применяют для сварных и клепаных эле­ментов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Например, сплавы АМц, АМг2, АМгЗ нашли применение при изготовлении емкостей для жидкости (баки для бензина), трубопроводов, палубных над­строек, морских и речных судов, в строительстве (витражи, перегородки, двери, оконные рамы и т. д.).

Для средненагруженных деталей и конструкций используют сплавы АМг5 и АМгб (рамы и кузова вагонов, подвесные нагру­женные потолки, перегородки здания и переборки судов, лифты, узлы подъемных кранов, корпуса и мачты судов и др.).

6. Литейные алюминиевые сплавы

Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склон­ностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением корро­зии и др.

Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержа­щие в своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в алюминии. В связи с этим содержа­ние легирующих элементов в литейных сплавах выше, чем в де­формируемых. Чаще применяют сплавы А1—51, А1—Си, А1—М§ (табл. 36), которые дополнительно легируют небольшим коли­чеством меди и магния (А1—31), марганца, никеля, хрома (А1—Си). Для измельчения зерна, а следовательно, улучшения механи­ческих свойств в сплавы вводят модифицирующие добавки: Т1, 2г, В, V и др. Состав и механические свойства некоторых литей­ных сплавов алюминия приведены в табл. 36.

Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают терми­ческой обработке. В зависимости от характера отливки и условий ее работы используют один из видов термической обработки, при­веденных ниже.

1. Искусственное старение (условное обозначение Т1) при (175 ± 5) °С в течение 5—20 ч без предварительной закалки. При литье многих сплавов (АЛ4, АЛ5, АЛЗ) в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому старение повышает прочность и улучшает обработку резанием.

2. Отжиг (Т2) при 300 °С в течение 5—10 ч. Охлаждение при отжиге проводят на воздухе. Отжиг применяют для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызван­ ных механической обработкой. Отжиг несколько повышает плас­ тичность.

3. Закалка и естественное старение (ТЗ, Т4). Температура закалки 510—520 °С для сплавов АЛ1, АЛ7 и 535—545 °С для

396

сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ19 и др. Так как после закалки отливки выдерживают достаточно длительное время при нормальной тем­пературе, режим (ТЗ) практически соответствует закалке и есте­ственному старению (Т4).

4. Закалка и кратковременное (2—3 ч) искусственное старе­ ние обычно при 150—175 °С (Т5). При данной температуре и про­ должительности процесс старения полностью не заканчивается, поэтому после такой обработки отливки приобретают высокую прочность при сохранении повышенной пластичности.

5. Закалка и полное искусственное старение (Т6) при 200 °С 3—5 ч. Старение при повышенной температуре по сравнению

397

{**№

3№

и

vi

с режимом Т5 придает наиболь­шую прочность, но пластичность снижает.

,\1

200

а)

200

ш

'"

'"

}00

50

т

1Ь

6. Закалка и стабилизирую­ щий отпуск (Т7) при 230 °С для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при 250 °С для сплава АЛ19 в течение 3—10 ч. Этот вид обработки ис­ пользуют для стабилизации струк­ туры и объемных изменений от­ ливки при сохранении достаточ­ ной прочности.

7. Закалка и смягчающий от­ пуск (Т8) при 240—260 ^СС в те­ чение 3—5ч. Высокая температу­ ра отпуска заметно снижает проч­ ность, но повышает пластичность и стабильность размеров.

Сплавы А1—81. Эти сплавы (см. табл. 36), получившие назва­ние силумины, близки по составу к эвтектическому сплаву (рис. 186, а) и потому отличаются высокими литейными свой­ствами, а отливки — большой плотностью.

Наиболее распространен сплав, содержащий 10—13 % $1 (АЛ2), обладающий высокой коррозионной стойкостью. Сплав АЛ2 содержит в структуре эвтектику а + р и нередко первичные кри­сталлы кремния (см. рис. 187, а). Кремний при затвердении эв­тектики выделяется в виде грубых кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних надрезов в пластичном а-твер-дом растворе. Такая структура обладает низкими механическими свойствами (см. рис. 186).

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избы­точных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05—0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % N3? и 33 % ЫаС1. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния (см. рис. 186, а) и за эвтектически и (эвтек­тический) сплав АЛ2 (11 —13 % 81} становится доэвтектическим, В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы сс-раствора (рис. 187, б). Эвтектика приоб­ретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов Р-(50 и а-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы

398

кремния обволакиваются пленкой силицида натрии 1\а₂о1, пл,1« рая затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства сплава (см. рис. 186, б). Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Доэвтекти-ческие сплавы АЛ4 и АЛ9 (см. табл. 36), дополнительно легиро­ванные магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой. Упрочняющей фазой служит М§₂^-При одновременном введении магния и меди могут образоваться фазы СиА1₂ и V (А1_хМб_вСи₄51₄).

Среднеиагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению (Т1), а крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей и т. д.) —закалке и искусственному старению (Т6). Отливки из сплава АЛ9, требующие повышенной пластичности, подвергают закалке (Т4), а для повышения прочности — закалке и старе­нию (Т6). Когда важна высокая пластичность и стабильность раз­меров, после закалки проводят отпуск при 250 °С в течение 3— 5 ч.

Сплавы А1—51 сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплавы А1—Си. Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются реза­нием. Литейные свойства сплавов низкие (большая усадка, склон­ность к образованию горячих трещин и т. д.). Сплав АЛ7 исполь­зуют для отливки небольших деталей простой формы (арматура, кронштейн и т. д.). Сплав склонен к хрупкому разрушению вслед-

399

ствие выделения по границам зерен грубых частиц СиА1_а и А1₇Си₂Ре (см. рис. 183, а) поэтому его применяют в закаленном состоянии (Т4), когда эти соединения переведены в твердый раствор. Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150 °С 2—4 ч (Т5).

В сплаве АЛ19 кроме СиА1_а образуются фазы А1₁₂Мп_аСи и А1₃Т1, располагающиеся по границам зерен твердого раствора. Присутствие в твердом растворе марганца и образование по гра­ницам интерметаллидиых фаз повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно.

Упрочнение сплава достигается закалкой и старением при 175°С 3—5 ч (Т5, Т6). Сплавы А1—Си малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы А1—М§. Сплавы алюминия с магнием (см. табл. 36) имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая кор­розионная стойкость, повышенные механические свойства и обра­батываемость резанием. Добавление к сплаву (9,5—11,5 % Мо) модифицирующих присадок (Т1, 2г) улучшает механические свой­ства, а бериллия — уменьшает окисляемость расплава, что позво­ляет вести плавку без защитных флюсов.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Структура сплавов (см. рис. 185, а) состоит из а-твердого раст­вора и грубых включений частиц А1₈Мё2, которые располагаются по границам зерен, охрупчивая сплав, В связи е этим сплавы АЛ8 и АЛ27 применяют после закалки от 430 °С е охлаждением в масле (40—50 °С) и выдерживают при температуре закалки в течение 12—20 ч, что обеспечивает растворение частиц А3₃М§₂ в «-твердом растворе и получение после закалки однородного твердого раствора. Добавление к сплавам А1—М§ до 1,5 % 51 (сплавы АЛ 13, АЛ22) улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики. Сплавы применяют в судострое­нии и авиации.

Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275—300 °С. Струк­тура литого сплава АЛ1 состоит из а-твердого раствора, содержа­щего Си, М§ и N1 и избыточных фаз А1_аСиМ§ и А1₆Си₃Ы1. Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175 ^СС (Т5); поршни подвергают закалке и старению при 200 °С (Т7). При закалке 5-фаза растворяется в «-твердом растворе.

Более жаропрочны сплавы АЛЗЗ и АЛ19. Ниже приведена длительная прочность жаропрочных алюминиевых сплавов:

Сплав АЛ7 АЛ1 АЛ19 АЛЗЗ

<тШ. МПа 30 45 65 90

400

Высокая жаропрочность обусловлена добавками в сплавы Мп_у Т1, N1, Се, 2г (см. табл. 36), образующими нерастворимые (мало-растворимые) интерметаллидные фазы (А1₀Си₃, А1₂Се₍ А1₂2г и др.). Сплав АЛЗЗ упрочняют закалкой от высокой температуры 545 °С и старением при 175 °С.

Для крупногабаритных деталей, работающих при 300—350 °С, применяют сплав АЛ21. Отливки сложной формы из сплава под­вергают отжигу при 300 °С. Для получения высоких механических свойств отливки закаливают от 525 °С в горячей воде и под­вергают стабилизирующему отпуску при 300 °С (Т7).