Деформівні алюмінієві сплави, що зміцнюються термічною обробкою. Дюралюміни.

Дуралюміни – сплави алюмінію з міддю, додатково леговані марганцем та магнієм. Промислові сплави поділяють на групи:

1) класичний дуралюмін (Д1);

2) дуралюмін підвищеної міцності (Д16) (має підвищений вміст Mg);

3) дуралюміни підвищеної жароміцності (Д19, ВАД1, ВД17) (мають збільшене, порівняно з Д1, співвідношення Mg/Cu);

4) дуралюміни підвищеної пластичності (Д18, В65) (зі зниженим вмістом легуючих елементів).

Цифри в марках сплавів вказують на умовний номер за стандартом.

Зміцнювальна термічна обробка сплавів базується на змінній розчинності міді в алюмінії зі зниженням температури. Гартування передбачає нагрівання сплавів в однофазну α - область (рис. 2.4), витримку при цій температурі та прискорене охолодження з метою фіксації пересиченого міддю твердого розчину.

Після цієї операції пластичність сплавів зростає, міцність, порівняно з відпаленим станом, збільшується. Такий стан є нестабільним, із часом проходить виділення надлишку міді у вигляді дисперсних фаз (або зон). В α-твердому розчині лишається 0,2% Cu. Таке явище має назву – старіння. Процес супроводжується зростанням міцності.

Старіння – дисперсійне зміцнення, пов’язане із виділенням дрібнодисперсних твердих фаз. Розрізнюють природне старіння (процес відбувається при кімнатній температурі, тривалість процесу залежить від легування, для класичного дуралюміну Д1 – 4-5 діб) та штучне (процес проходить при підвищеній температурі (250-300ºС), тривалість процесу скорочується до кількох годин).

При температурі 20ºС (І стадія старіння) під час витримки в сплаві утворюються дископодібні скупчення атомів міді, які розміщуються паралельно площинам {100} ГЦК-гратки α-твердого розчину на основі алюмінію. Ці скупчення когерентно пов’язані з граткою α-фази, викликають в ній спотворення, зміцнюючи сплав. Такі утворення (товщиною 0,5-1,0 нм, діаметром 4-10 нм) мають назву зон Гіньє-Престона 1 (ГП-1). При подальшій витримці або при підвищенні температури виникають зони Гіньє-Престона 2 (ГП-2). Ці утворення мають впорядковану структуру, містять більшу кількість міді. За хімічним складом наближаються до сполуки CuAl₂, когерентний зв’язок з матрицею зберігається. Товщина виділень – 10 нм, діаметр – до 150 нм. Природне старіння завершується на стадії утворення зон. Подальше збільшення часу витримки або температури супроводжується перетворенням зон ГП-2 на θ'-фазу, когерентно пов’язану з матрицею, але відмінну за типом гратки від α-твердого розчину. При штучному старінні отримують θ'-фазу. При подальшому зростанні температури або часу витримки когерентність порушується, утворюється θ-фаза (CuAl₂). Частинки θ-фази швидко коагулюють, що призводить до знеміцнення сплаву.

Послідовність процесу старіння може бути представлена у вигляді схеми:

α+ГП-1→α+ГП-2→α+θ'→α+θ(CuAl₂)

При природному старінні максимальне зміцнення спостерігається після різної тривалості процесу. Чим більше співвідношення Mg/Cu тим повільніше відбувається старіння (Д1, Д16 – 4 доби, Д19 – 5 діб, ВАД – 10 діб).

Короткочасна витримка (30-120 с) дуралюмінів після природного старіння при температурі 230-270ºС дозволяє повертати матеріал у “свіжезагартований” стан. Це явище має назву – зворот. У такій спосіб може бути відновлена висока пластичність сплаву при операціях формозмінювання. Обмеження використання такої обробки пов’язано із необхідністю швидкого нагріву (застосовують лише для тонкостінних виробів) та погіршенням опору корозії на межах при багаторазових обробках.

У технологічному процесі первинною термообробкою є гомогенізація сплавів. Зливки з неоднорідною грубою структурою витримують при температурі 450-540ºС від 4 до 40 годин. Охолодження має бути повільним. Після такої обробки евтектичні частинки CuAl₂ розчиняються в α-твердому розчині, вирівнюється концентрація. Повільне охолодження супроводжується виділенням дисперсних частинок інтерметалідних фаз, пластичність, порівняно з литим станом, покращується. Обробка тиском здійснюється після гомогенізації. Наступні операції – гартування та старіння (природне або штучне).

Особливістю обробки дуралюмінів є необхідність забезпечення високої точності температури, при гартуванні, наприклад, Δt±5°С. Це пов’язано із наближенням температури гартування до температури плавлення евтектики. Перегрів призводить до плавлення евтектики на межах зерен, що супроводжується окисленням металу, такий дефект є невиправним.

Структурне зміцнення алюмінієвих сплавів. Пресефект.

Температура рекристалізації деяких алюмінієвих сплавів, для яких застосовують гарячу деформацію за певними режимами, перевищує температуру нагрівання під гартування. За таких умов, гарячедеформований напівфабрикат після остаточної термообробки зберігає полігонізовану структуру, що зумовлює підвищення міцності у порівнянні зі сплавом після рекристалізації. Підвищення міцності внаслідок збереження після термічної обробки нерекристалізованої структури найбільш характерно для пресованих напівфабрикатів, це явище отримало назву пресефект (структурне зміцнення). Структурне зміцнення напівфабрикатів залежить від кількох факторів: складу сплавів, режимів гомогенізації зливків перед обробкою тиском, температури та ступеня деформації, швидкості деформування при гарячій деформації, режимів остаточної термообробки.

Дуралюміни знайшли широке застосування в авіабудуванні через високу питому міцність.

З метою збільшення корозійної стійкості дуралюмінів застосовують плакування технічним алюмінієм (99,5%), при цьому зливок покривають планшетами технічного алюмінію, в процесі подальшого деформування товщина покриття складає до 4% від товщини листа. В композиції “Al – дуралюмін”, дуралюмін є катодом і не кородує. Недоліком плакованих листів є низький опір втомі. Інший спосіб збільшення корозійної стійкості – електрохімічне оксидування (анодування). Спосіб передбачає витримку напівфабрикатів в сірчаній кислоті, на поверхні виробів при цьому утворюється щільна плівка Al2O3, що має товщину більшу за звичайну.

Дата добавления: 2015-09-01