Читайте также:
|
|
Марка сплава | Содержание элементов, % | Свойства | ||
Mn | Mg | sв, МПа | d, % | |
АМц | 1,0 – 1,6 | – | 130 (170) | 23 (10) |
АМг2 | 0,2 – 0,6 | 1,8 – 2,8 | 200 (250) | 23 (10) |
АМг3 | 0,3 – 0,6 | 3,2 – 3,8 | ||
АМг5 | 0,3 – 0,6 | 4,8 – 5,8 | ||
АМг6 | 0,5 – 0,8 | 5,8 – 6,8 | 300 (400) | 18 (10) |
Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой – это сплавы, в состав которых входят медь, магний, цинк, марганец, кремний и др. Эти элементы образуют с алюминием твердые растворы переменной растворимости и ряд химических соединений (CuAl2; Al2CuMg; Mg2Si и др.), что позволяет упрочнять такие сплавы термической обработкой – закалкой и старением.
Целью закалки является получение структуры однородного пересыщенного твердого раствора. Нагрев для закалки ведут до температур, при которых избыточные фазы растворяются в алюминии. После выдержки охлаждением в воде фиксируется структура пересыщенного твердого раствора. Сплавы имеют низкую прочность и высокую пластичность.
Старение – распад пересыщенного твердого раствора с выделением избыточных фаз и упрочнением сплава. Старение (без нагрева) при комнатной температуре называют естественным, с нагревом – искусственным. Существует «инкубационный» период, при котором в течение 1 – 2 часов после закалки нет заметного упрочнения и повышения твердости. Сплавы сохраняют пластичность, позволяющую подвергать их холодной обработке давлением (правке, гибке, клепке и т. п.).
Медь – основной компонент в сплавах этой группы. Поэтому процессы старения целесообразно рассмотреть на примере простой системы «алюминий – медь». Растворимость меди в алюминии переменная: от 0,2 (0°С) до 5 % (548°С), а ее содержание в сплавах – 2,5 – 4,5 %. Следовательно, структура таких сплавов – a-твердый раствор и кристаллы CuAl2.
При естественном старении (ниже 100°С) атомы меди перемещаются в решетке пересыщенного твердого раствора и собираются в пластинчатые образования толщиной в несколько атомных слоев – зоны Гинье-Престона (ГП). Эти зоны равномерно распределены в каждом кристалле твердого раствора и в прилегающих областях вызывают значительное искажение его кристаллической решетки, что является причиной упрочнения сплава.
Процесс естественного старения состоит только в образовании зон ГП, скорость возникновения которых постепенно уменьшается, и по истечении 4 – 7 суток старение заканчивается. Распад твердого раствора и образование новых фаз не происходят. Сплав приобретает максимальную прочность, сохраняющуюся в дальнейшем постоянной.
После естественного старения сплавы имеют высокую коррозионную стойкость и низкую чувствительность к хрупкому разрушению.
Если сплав после естественного старения кратковременно быстро нагреть до 230 – 270°С и быстро охладить, то упрочнение полностью снимается и восстанавливается пластичность. Эту операцию называют обработкой «на возврат».
При нагреве зоны ГП растворяются в твердом растворе, атомы меди и других компонентов равномерно распределяются в пределах кристаллов твердого раствора, искажения решетки устраняются. После инкубационного периода процесс естественного старения повторяется, но у сплава снижается сопротивление коррозии. Это ограничивает применение обработки «на возврат».
С повышением температуры (100 – 150°С) при искусственном старении ускоряются процессы диффузии, зоны ГП укрупняются, и в них увеличивается концентрация меди.
Нагрев до 150 – 200°С и выдержка в несколько часов приводят к образованию в местах зон ГП мелкодисперсных частиц CuAl2, не отделившихся от решетки твердого раствора. Повышение температуры до 200 – 250°С вызывает отделение и укрупнение (коагуляцию) этих частиц. Искусственное старение связано с распадом пересыщенного твердого раствора и образованием избыточных фаз – «фазовое» старение.
При более высоких температурах старения, в процессе коагуляции образовавшихся фаз, прочность и твердость сначала возрастают, достигают максимальных значений, а затем снижаются. Пластичность, вязкость и сопротивление коррозии возрастают. Такое старение, вызывающее разупрочнение сплавов, называют коагуляционным.
После искусственного старения у большинства сплавов вязкость, сопротивление хрупкому разрушению и коррозии под напряжением снижаются при возрастании прочности.
Некоторые сплавы с марганцем, хромом, никелем имеют температуру рекристаллизации выше температуры их горячей деформации или температуры закалки. Поэтому после закалки, и старения у них сохраняется нагартованная структура, что на 30 – 40 % превышает прочность. Это явление называется «структурным упрочнением», а для прессованных полуфабрикатов (прутки, профили, трубы) –«пресс-эффектом».
Полный отжиг для разупрочнения сплавов проводят при температуре 350 – 450°С с выдержкой в 1 – 2 часа. Скорость охлаждения не более 30°С/ч. При этом происходят полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих избыточных фаз. После отжига сплавы имеют низкую прочность, высокую пластичность и сопротивление коррозии под напряжением.
Дуралюмины – сплавы на основе, системы «алюминий – медь – магний», в которые дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости и механических свойств. Структура сплавов в равновесном (отожженном) состоянии: кристаллы твердого раствора и кристаллы CuAl2, Al2CuMg – основных упрочняющих фаз. Дуралюмины маркируют буквой «Д» с цифрой, указывающей номер сплава. После цифры часто ставится буква, характеризующая состояние сплава: М – мягкий (отожженный), Т – термически обработанный, Н – нагартованный. Дуралюмины хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии. Механические свойства сплава Д16 в отожженном состоянии: sв = 200 МПа; d = 18 %, НВ50.
Для термического упрочнения сплавов проводят закалку при температуре 490 – 500°С и естественное старение, которое практически заканчивается за 5 суток, и свойства стабилизируются (табл. 3). После старения дуралюмины могут быть подвергнуты дополнительному упрочнению нагартовкой, но при этом значительно снижается их пластичность. Для изделий, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться нагреву выше 100 – 150°С, применяют искусственное старение при 190°С в течение 6 – 8 часов. Прессованные полуфабрикаты из сплавов Д1 и Д16 прочнее катаных вследствие «пресс-эффекта».
Пайка и сварка дуралюминов не создают швов равной прочности с основным металлом. Поэтому клепаные соединения более надежны. Для заклепок используются сплавы Д1 и Д18, последний получил название «заклепочный».
Дуралюмины обладают пониженной коррозионной стойкостью, и поэтому листовой и другие виды проката подвергают «плакированию», т. е. покрытию слоем чистого алюминия при горячей прокатке. Прессованные профили защищают от коррозии анодной поляризацией (анодированием) с последующим лакокрасочным покрытием.
Дуралюмины широко используются в авиастроении для деталей и элементов конструкций средней и повышенной прочности в моторо- и ракетостроении, авто- и вагоностроении и т. п.
Высокопрочные сплавы (табл. 3) маркируют буквой «В» (В95, В96). Цифры показывают номер сплава. Состав В95 соответствует системе «алюминий – цинк – магний – медь» с добавками марганца и хрома, которые повышают коррозионную стойкость и усиливают эффект старения. Структура сплава состоит из a-твердого раствора и фаз: MgZn2; Al2CuMg; Al2Zn3Mg3. После закалки (460 – 475°С) и искусственного старения при 120 – 140°С в течение 16 – 24 ч из пересыщенного твердого раствора выделяются тонкодисперсные частицы этих фаз. Сплав приобретает высокую прочность при сохранении высокой пластичности. Эти свойства сплав сохраняет при длительных нагревах до 100 – 120°С. Естественное старение для высокопрочных сплавов не проводят.
Сплав В95 хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой.
К недостаткам этих сплавов относятся склонность к коррозии под напряжением и появление трещин под действием знакопеременных нагрузок, а также чувствительность к концентраторам напряжений и анизотропия свойств. Сплав В95 применяют для средне- и тяжелонагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжений сжатия.
Ковочные сплавы (табл. 3) отличаются высокой пластичностью при температурах ковки и горячей штамповки (450 – 475°С). Они относятся к системе «алюминий – медь – кремний – магний – марганец» и маркируются буквами «АК». Их подвергают закалке и искусственному старению при 150 – 165°С в течение 4 – 12 часов.
Сплав АК6 широко применяется для изготовления штампованных и кованых деталей сложной формы (картеры, крыльчатки компрессоров двигателей, кронштейны и др.). Сплав АК8 отличается большей прочностью, но хуже обрабатывается давлением в горячем состоянии и применяется для штамповки тяжелонагруженных деталей менее сложной формы (подмоторные рамы, стыковые узлы, лопасти винтов вертолетов и т. п.). Сплав АК8 менее технологичен и склонен к межкристаллитной коррозии в искусственно состаренном состоянии.
Таблица 3
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 109 | Нарушение авторских прав