Микроструктуры алюминия и его сплавов

Алюминий характеризуется малой плотностью (2,7г/см³), высокой пластичностью (δ ~ 40%), низкой прочностью (σ_в=80МПа) и твёрдостью (НВ25). Обладает высокой тепло- и электропроводностью и коррозионной стойкостью. Постоянные примеси алюминия – Fe, Si, Cu, Zn, Ti ухудшают все эти свойства. На рисунке 2.5 тёмные включения – примеси Al₃Fe

Рисунок 2.5 – Микроструктура литого технического алюминия (х200)

Дюралюмины – многокомпонентные сплавы системы Аl-Cu-Mg-Mn. Упрочняются термической обработкой, которая состоит из закалки и естественного старения. В результате такой обработки они получают прочность до 450…500МПа (45…50кгс/мм²), а пластичность практически не меняется. Достоинством дюралюминов является высокая удельная прочность, недостатком – низкая коррозионная стойкость.

Светлое поле у дюралюминия – α -твёрдый раствор меди в алюминии, включения – химическое соединение CuAl₂ (рисунок 2.6а).

 

а                                                б                                              в

а) после отжига;б) после закалки от 530°C;

в) после закалки и искусственного старения при 250°С

Рисунок 2.6 – Микроструктуры дюралюмина (х250)

При нагреве включения CuAl₂ (рисунок 2.6б) растворились в алюминии и быстрым охлаждением в воде зафиксирован пересыщенный α -твердый раствор. Видны зёрна пересыщенного α -твёрдого раствора.

На рисунке 2.6в светлое поле – α -твёрдый раствор, включения – химическое соединение CuAl₂. Включения химического соединения CuAl₂ выделились из α -твердого раствора в процессе искусственного старения.

Ковочные сплавы предназначены для производства деталей ковкой и штамповкой. По химическому составу они близки к дюралюмину, иногда отличаются более высоким содержанием кремния. Сплавы применяются после закалки и искусственного старения.

Светлые участки (рисунок 2.7а) – твёрдый раствор компонентов в алюминии, тонкие линии – включения химического соединения CuAl₂, тёмная составляющая – силицид магния Mg₂Si – β -фаза.

    

а                                                               б

а) сплав АК 8 до закалки; б) сплав АК 8 после закалки с 510°С

и искусственного старения при 150°С в течение 12 часов

Рисунок 2.7 – Микроструктуры ковочного алюминиевого сплава АК 8 (х250 )

Светлые участки (рисунок 2.7б) – алюминиевый твёрдый раствор, внутри зёрен и по границам заметны тёмные включения упрочняющих фаз типа Mg₂Si, CuAl₂

Силумины – сплавы алюминия с кремнием обладают высокими литейными свойствами. Светлое поле у немодифицированного силумина (рисунок 2.8а) – α-твердый раствор Si в Al, тёмные иглы – включения Si.

    

а                                                                б

а) немодифицированный силумин; б) модифицированный силумин

Рисунок 2.8 – Микроструктуры силумина (х200)

 

Для повышения механических свойств, путем измельчения структуры, силумины модифицируют солями натрия. Светлое поле модифицированного силумина (рисунок 2.8б) – α -твёрдый раствор кремния и других элементов в алюминии, остальное – мелкозернистая эвтектика (Al – Si) тонкого строения.

Силумин обладает хорошими литейными свойствами, а после модифицирования повышенными механическими свойствами: предел прочности 180МПа (18кгс/мм²) против 140МПа (14кгс/мм²) и δ~ 8% против 3% у немодифицированного.