3.3. Деформируемые алюминиевые сплавы

3.3.1 Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые

термической обработкой

Изделия из этих сплавов подвергают упрочняющей термической обработке - закалке на пересыщенный твердый раствор с последующим старением. Среди таких сплавов выделяют их несколько групп:

1. Дуралюмины - сплавы системы Al - Cu - Mg, содержат 2,5-5% Cu, 0,5-2% Mg , 0-1% Mn. Они характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности и, как видно из схемы на рис. 3.1, могут быть существенно упрочнены термической обработкой за счет выделения из пересыщенного твердого раствора при естественном старении дисперсных частиц избыточных фаз - CuAl₂ ( ) с твердостью HV около 530 ед., а в сплавах, дополнительно легированных Mg -фазы S (CuMgAl₂ ) с твердостью HV около 564 ед. Механические свойства дуралюминов Д1, Д16, Д 18 приведены в таблице 3.1. Из приведенных данных следует, что повышение содержания меди, приводя к увеличению доли фазы , обеспечивает упрочнение дуралюминов. Упрочнению сплавов способствует и увеличение количества фазы S при повышении концентрации магния. После закалки (от 495-510С) и естественного старения в течение 5-7 суток происходит образование зон Гинье - Престона, богатых медью и магнием. Дуралюмины используют для изготовления деталей самолетов, вертолетов, кузовов автомобилей, корпусов катеров, лодок и т.д. Для повышения коррозионной стойкости дуралюминов листы из них подвергают плакированию чистым алюминием.

Таблица 3.1 - Химический состав и механические свойства ряда

деформируемых алюминиевых сплавов

Мар-ка спла-ва	Содержание элементов, % мас.				Вид полуфаб- риката	Механические свойства
	Cu	Mg	Mn	прочие		в Н/мм2	т Н/мм2	, %	Твер- дость,НВ
Упрочняемые термической обработкой (после закалки и старения):
Д1 Д16 Д18 В95 АК6 АК8	3,8-4,8 3,8-4,9 2,2-3,0 1,4-2,0 1,8-2,6 3,9-4,8	0,4-0,8 1,2-1,8 0,2-0,5 1,8-2,8 0,4-0,8 0,4-0,8	0,4-0,8 0,3-0,9 - 1,0-0,6 0,4-0,8 0,4-1,0	- - - 5-7Zn до 0,25 Cr 0,7-1,2 Si 0,6-1,2 Si	Листы Пр.прут. Листы Пр.прут. Проволока Листы Пр.прут. Поковки Поковки	400 480 440 530 300 540 600 400 480	240 320 330 400 170 470 560 299 380	20 14 18 11 24 10 8 12 9	95 105 70 150 100 135
Неупрочняемые термической обработкой (в отожженном состоянии):
АМц АМг2 АМг6	- - -	- 1,8-2,6 5,8-6,8	1,0-1,6 0,2-0,6 0,5-0,8	- - до 0,1 Ti, 0,005 Be	Листы Листы Листы	130 190 340	50 100 170	20 23 20	30 45 70

Примечание: Пр. прут. - прессованные прутки.

2. Сплавы “авиаль” (АВ) - это сплавы системы Al - Si - Mg; они содержат 0,5-1,5% Si, 0,5-0,9% Mg, а также дополнительно 0,1-0,5% Cu, 0,2-0,4% Mn. Эти сплавы обладают меньшей в сравнении с дуралюминами прочностью (примерно в 2 раза), но лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях, более высокой коррозионной стойкостью, удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. Их подвергают закалке от 515-525°С с охлаждением в воде с последующим естественным или искусственным (160°С, 12 ч.) старением. Используют для изготовления листов, труб, лопастей винтов вертолетов и других изделий.

3. Высокопрочные сплавы (В 95, В 96) являются сплавами системы Al - Zn - Cu - Mg и содержат 5-8,5% Zn, 1,4-3% Cu, 2-3% Mg, а также 0,2-0,6% Mn и иногда - небольшие количества хрома. Как следует из данных табл.3.1, высокопрочные сплавы в термически обработанном состоянии (закалка от 460-470 С и искусственное старение при 140°С, 16 ч.) характеризуются высокими прочностными характеристиками, но более низкой пластичностью, чем дуралюмины, уступая им и по коррозионной стойкости под напряжением. Цинк, магний и медь образуют фазы, обла-дающие переменной растворимостью в алюминии: M (MgZn₂ ), S (CuMgAl₂ ), T (Mg₃Zn₃Al₂ ). При нагреве под закалку эти фазы растворяются в твердом растворе. При последующем старении закаленного сплава происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием тонкодисперсных частиц метастабильных M`, T` и S` - фаз, вызывающих максимальное упрочнение сплавов. При повышении в таких сплавах концентрации цинка, магния и меди (например, сплав В 96 в сравнении со сплавом В 95) обеспечивается повышение прочностных характеристик (_в - до 700 Н/мм², _т - до 650 Н/мм²) при снижении их пластичности ( - около 7%). Высокопрочные сплавы применяют для изготовления высоконагруженных конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия (обшивка, шпангоуты, лонжероны самолетов).

4. Сплавы для ковки и штамповки (или ковочные сплавы) маркируют буквами АК (АК 6, АК 8). Они являются сплавами системы Al - Cu - Si - Mg и содержат 2-5% Cu, 0,6-1,2% Si, 0,4-1% Mg, а также 0,4-1% Mn. Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. По химическому составу они близки к дуралюминам, отличаясь от них повышенным содержанием кремния, что обеспечивает присутствие избыточных кремнийсодержащих фаз, в частности, силицида магния  (Mg₂Si). Эти сплавы используют для изготовления деталей сложной формы. Ковку и штамповку ведут при темпера-туре 450-475 С. Изделия подвергают закалке от 500-520°С и искусственному старению (150-165°С, 6-15 ч.). Сплавы с пониженным содержанием меди (АК 6) отличаются лучшей технологической пластичностью, но меньшей прочностью (табл. 3.1). Их используют для средненагруженных деталей: больших и малых крыльчаток, фитингов, качалок, крепежных деталей. Сплавы с повышенным содержанием меди (АК 8) хуже обрабатываются давлением, но более прочны и используются для изготовления высоконагруженных деталей несложной формы: подмоторных рам, поясов лонжеронов, лопастей винтов вертолетов и др.

5. Жаропрочные сплавы системы Al - Cu - Ni (Fe) - Mg - Mn содержат до 7% Cu, до 2% Mg, до 1% Mn и дополнительно - Fe (до 1,5%), Ni (до 1,5%) и Ti (до 0,2 %). Их используют для изготовления деталей, работающих при температурах до 300°С (поршни, головки цилиндров, детали компрессоров). Их подвергают упрочняющей термической обработке - закалке от 530°С с охлаждением в воде и искусственному старению при 200°С.

3.3.2. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые

термической обработкой

К ним относятся сплавы системы Al - Mn ( А Мц - 1 - 1,6 % марганца) и Al - Mg (2 - 6 % магния): А Мг2, А Мг3,..., А Мг6. Упрочнение таких сплавов достигается за счет легирования. Сплавы отличаются высокой пластичностью, высокой коррозионной стойкостью, но имеют заметно более низкие в сравнении, например, с дуралюминами, прочностные характеристики (см. табл. 3.1).

Сплавы А Мц имеют структуру, состоящую из кристаллов  - твердого раствора и вторичных выделений избыточной фазы MnAl₆(рис. 3.2, а). Сплавы применяются в отожженном состоянии. Пластическая деформация упрочняет сплав почти в два раза.

t°C

ж

600  ж+

1.95

400

+MnAl₆

200

Al 1 2 Mn,%

ж

 +ж

17.4

+Mg₂Al₃

()

Al 1.4 Mg,%

ж

+ж

578°C



+(Si)

Al 1.65 11.6 Si,%

Рисунок 3.2 - Участки диаграмм состояния сплавов системы Al-Mn (a),

Al - Mg (б), Al - Si (в)

Деформируемые сплавы системы алюминий - магний, как следует из рис. 3.2, б, при содержании до 7% магния могут дать незначительное упрочнение при термической обработке. Магний образует с алюминием  - твердый раствор, его концентрация в котором с повышением температуры может увеличиваться от 1,4 до 17,4%.

При комнатной температуре структура сплавов состоит из кристаллов твердого раствора  и избыточной фазы Mg₂Al₃. В этих сплавах прочностные характеристики повышаются с повышением содержания магния (см. табл. 3.1) за счет увеличения количества избыточной фазы. Сплавы А Мг, как и сплавы А Мц, часто применяются в нагартованном состоянии, когда с помощью пластической деформации обеспечивается их заметное упрочнение. Однако, пластические характеристики при этом резко снижаются, что ограничивает применение нагартованных сплавов.

Сплавы типа А Мц и А Мг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклепок, переборок, корпусов и мачт судов, лифтов, узлов подъемных кранов, рам вагонов, кузовов автомобилей и т.д.