5.2. Дюралюминий и другие деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
Дюралюминий1 – наиболее распространенный представитель группы алюминиевых сплавов, применяемых в деформированном виде и упрочняемый термической обработкой.
Он содержит 4% Сu и 0,5% Mg, а также марганец и железо.
Дюралюминий – сплав, по крайней мере, шести компонентов: Al, Cu, Mg, Mn, Si и Fe, основными добавками являются медь и магний. Поэтому указанный сплав можно причислить к сплавам системы А1 – Cu –Mg. Кремний и железо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.
Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений (следовательно, вызывающих старение), таких, как CuAl2, фаза S, Mg2Si, и нерастворимых, таких, как железистые и марганцовистые соединения.
Структура дюралюминия в отожженном состоянии (рис. 1.14, а) состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений.
После закалки с оптимальных температур (500°С) основное количество соединений CuAl2 и Mg2Si растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются. Поэтому в закаленном состоянии структура состоит из твердого раствора и нерастворимых включений соединений железа (на микроструктуре рис. 1.14, б включения черного цвета).
При нагреве выше 500–520°С происходит оплавление зерен по границам; при охлаждении участки жидкой фазы превращаются в эвтектику (рис. 1.14, в).
Механические свойства после окончательной термической обработки (после закалки и старения) сильно зависят от температуры закалки (рис. 1.15). В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, после закалки получается пересыщенный твердый раствор, а после старения – более высокая прочность. Нагрев же выше определенной температуры вызывает перегрев (рост зерна, окисление и оплавление границ зерна), что приводит к катастрофическому падению прочности и пластичности. Поэтому ясно, что при термической обработке дюралюминия важно соблюдать температурный режим закалки.
При термической обработке дюралюминия колебания температур закалки не должны превышать ±3–4°С.
Кривые старения дюралюминия приведены на рис. 1.9. Дюралюминий принадлежит к алюминиевым сплавам, естественно стареющим; наиболее высокие механические свойства у нормального дюралюминия получаются после старения при комнатной температуре в течение 5-7 сут.
Термическая обработка названных сплавов заключается в закалке примерно с 500°С в воде с последующим естественным (зонным) старением, т. е. детали из этих сплавов могут быть «готовы» лишь через пять – семь дней после закалки.
Так как коррозионная стойкость дюралюминия незначительна, то изыскивали различные способы для защиты его от этого процесса. Наиболее распространенный – плакирование чистым алюминием. Плакированный дюралюминий обладает такой же коррозионной устойчивостью, как чистый алюминий.
Рис. 1.14. Микроструктура дюралюминия:
а – отожженное состояние, × 200; б – закаленное состояние, × 100; в – перегретое при закалке состояние, × 200
Рис. 1.15. Механические свойства дюралюминия в закаленном и состаренном состояниях в зависимости от температуры закалки
По техническим условиям толщина плакированного слоя составляет 4–8% от толщины листа (или диаметра проволоки либо прутка). Естественно, что наличие на дюралюминии менее прочного слоя из чистого алюминия ухудшает прочностные свойства полуфабриката в целом, т. е. плакированный дюралюминий несколько менее прочен, чем неплакированный.
В настоящее время производят дюралюминий нескольких марок. Состав наиболее распространенных приведен в табл. 1.2.
Таблица 1.2