Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой



Наиболее распространенный алюминиевый сплав, упрочняемый термической обработкой – это дуралюмин. Дуралюмины – это сплавы Al-Cu-Mg в которые дополнительно вводят Mn. Типичным дуралюмином является сплав Д1, содержащий 3,8-4,8%Cu, 0,4-0,8% Mg, 0,4-0,8%Mn, а также постоянные примеси Si и Fe меньше 0,7%. Однако производство его постоянно сокращается из-за сравнительно низких механических свойств. Вместо него все чаще (особенно для профилей) используется сплав Д16 с более высоким содержанием Mg (1,2-1,8%).

Дуралюмины удовлетворительно обрабатываются резанием и хорошо свариваются точечной сваркой.

Применяются дуралюмины для изготовления деталей и элементов конструкций средней и повышенной прочности (σВ =410-490МПа у Д1 и σВ =440-540МПа у Д16 в состаренном состоянии), требующих долговечность при переменных нагрузках; в строительных конструкциях, не требующих высокой коррозионной стойкости; в самолетостроении (обшивка, шпангоуты, стрингеры и лонжероны самолетов) и т.д.

Дуралюмин, изготавливаемый в листах, для защиты от коррозии подвергают плакированию (покрытию тонким слоем Al высокой чистоты). Однако прочность при этом снижается ~на 80МПа.

Упрочнение дуралюминов осуществляется закалкой и старением. В исходном (отожженном) состоянии структура дуралюмина – твердый раствор, вторичные включения интерметаллических соединений – CuAl2, S – фаза (Al2CuMg), Mg2Si и нерастворимых соединений Mn-(Mn, Fe)Al6.

Для закалки дуралюмины нагревают до 5050С (Д16) и 5100С (Д1) (выше нельзя из-за пережога) и закаливают в воду.

В процессе нагрева под закалку избыточные фазы практически полностью растворяются в алюминий. Быстрое последующее охлаждение (в воде) приводит к образованию пересыщенного твердого раствора, обладающего невысокой прочностью, но высокой пластичностью.

Окончательной операцией термообработки дуралюминов является старение, которое может быть естественным (при комнатной температуре до 7 суток) и искусственным (до 24 часов при повышенной температуре).

В процессе старения происходит распад пересыщенного раствора, что сопровождается упрочнением. Этот распад происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения. При естественном старении (200С) или при искусственном старении с нагревом меньше 1500С происходит зонное старение, при котором атомы меди, имеющие Rат меньший чем у Al, перемещаются внутри решетки α – твердого раствора и концентрируются в определенных местах, образуя двумерные пластинчатые, дискообразные области, толщиной в несколько атомных слоев и протяженностью 30-60А – зоны Гинье – Престона (ГП-1). Причем концентрация Cu в ГП-1 составляет ~54% от ее концентрации в интерметалиде CuAl2.

Дальнейшая выдержка приводит к укрупнению зон ГП как по толщине (10-40А), так и по протяженности (200-300А), а также к повышению концентрации меди в них до значений, соответствующих CuAl2. Такие зоны принято называть зонами ГП-2. Следует отметить, что при естественном старении происходит только зонное старение с образованием зон Гинье-Престона.

При искусственном старении дальнейшая выдержка или повышение температуры приводит к образованию в местах расположения зон ГП-2 дисперсных частиц промежуточной Ө’ - фазы. Эта фаза не отличается по химическому составу от стабильной Ө (CuAl2) - фазы, когерентно связана с α-твердым раствором, но имеет отличную от Ө-фазы кристаллическую решетку. При дальнейшей выдержке или повышении температуры Ө’ - фаза превращается в стабильную Ө - фазу с коагуляцией последней. Процессы образования Ө1 – фазы и Ө - фазы называют фазовым старением.

В результате старения прочностные характеристики дуралюмина возрастают примерно вдвое, а пластические понижаются на 25-35%.

Сплавы авиаль.

Это сплавы с содержанием Сu (0,1-0,5%), Mg (0,45-0,90%), Mn или Cr (0,15-0,35%) и Si (0. 5-1, 2%). Они уступают по прочности дуралюмину в 2 раза, но превосходят его по пластичности как в холодном, так и в горячем состоянии.

Авиали обладают высоким пределом выносливости, хорошо сопротивляются коррозии, удовлетворительно свариваются аргонодуговой и контактной сваркой.

Авиали поставляются в виде листов, труб и других полуфабрикатов, используемых для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки. Из них изготавливают лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери и т.д.

Авиали упрочняются закалкой и старением. Упрочняющей фазой у них является соединение Mg2Si.

Закалка производится с нагревом до 515-5250С и охлаждением в воду. Старение осуществляют либо при 200С в течение 4-5 суток, либо при 1600С в течение 12 часов. Процессы, протекающие при термообработке, аналогичны дуралюминам.

8.4. Высокопрочные алюминиевые сплавы.

К ним относятся алюминиевые сплавы, в которые кроме обычных присадок (Cu и Mg) вводят еще и цинк (В95-5,7% Zn, В96-7,6-8,6%Zn). Прочность этих сплавов достигает σВ=550-700МПа, но при меньшей пластичности (δ=7-8%), чем у дуралюмина.

Эти сплавы обладают пониженной коррозионной стойкостью, однако в ряде случаев это устраняется присадками Cr и Zn (0,1-0,25%). У них меньше, чем у дуралюмина, предел выносливости и сопротивляемость повторным статистическим нагрузкам; они обладают большей чувствительностью к концентраторам напряжений.

Сплавы В95 и В96 хорошо обрабатываются резанием и свариваются точечной сваркой. Их применяют в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах меньше 100-1200С (обшивка, стрингеры, лонжероны и т.д.), для силовых каркасов строительных сооружений и т.д.

Упрочняющими фазами у высокопрочных алюминиевых сплавов являются Т- фаза (Al2Mg3Zn3), S – фаза (Al3CuMg) и MgZn2.

Высокое легирование снижает температуру начала плавления. Поэтому В95 и В96 имеют более низкую температуру закалки, чем дуралюмины и авиали –460-4700С. Другой особенностью закалки является использование в качестве охлаждающей среды подогретую до 80-1000С воду, так как скорость распада высоколегированного твердого раствора меньше, чем твердого раствора Cu-Al.

И, наконец, естественное старение не дает максимальной прочности, и поэтому применяют искусственное старение при температуре 120-1400С в течение 16-24 часов.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.132.225 (0.011 с.)