Сторінка
6

Алюміній

Мідь розчиняється в алюмінії у кількості 0,5% при кімнатній температурі і 5,7% при евтектичній температурі, рівної 548 C .

Термічна обробка дюралюмінію складається з двох етапів. Спочатку його нагрівають вище лінії граничної розчинності (звичайно, приблизно до 500 C ). При цій температурі його структура являє собою гомогенний твердий розчин міді в алюмінії. Шляхом загартування, тобто швидкого охолодження у воді, цю структуру фіксують при кімнатній температурі. При цьому розчин виходить пересиченим. У цьому стані, тобто в стані загартування, дюралюміній дуже м'який і пластичний.

Структура загартованого дюралюмінію має малу стабільність і навіть при кімнатній температурі в ній мимовільно відбуваються зміни. Ці зміни зводяться до того, що атоми надлишкової міді групуються в розчині, розташовуючи в порядку, близькому до характерного для кристалів хімічної сполуки CuAl . Хімічна сполука ще не утвориться і тим більше не відокремлюється від твердого розчину, але за рахунок нерівномірності розподілу атомів у кристалічних ґратах твердого розчину в ній виникають перекручування, що приводять до значного підвищення твердості й міцності з одночасним зниженням пластичності сплаву. Процес зміни структури загартованого сплаву при кімнатній температурі зветься природного старіння.

Природне старіння особливе, інтенсивно відбувається протягом перших декількох годин, цілком же завершується, додаючи сплаву максимальну для нього міцність, через 4-6 доби. Якщо ж сплав підігріти до 100-150 C ,то відбудеться рукотворне старіння. У цьому випадку процес відбувається швидко, але зміцнення відбувається менше. обумовлюється це тим, що при більш високій температурі дифузійні переміщення атомів міді здійснюються більш легко, тому відбувається завершене утворення фази CuAl і виділення її з твердого розчину. Зміцнююча ж дія отриманої фази виявляється меншим, чим дія перекрученості ґрати твердого розчину, що виникає при природному старінні.

Порівняння результатів старіння дюралюмінію при різній температурі показує, що максимальне зміцнення забезпечується при природному старінні в плині чотирьох днів.

Близькими по хімічному складі до дюралюмінію, але в гарячому стані трохи більш пластичними, чим вони, є алюмінієві сплави для кувань і штампувань, що маркірують буквами АК (алюміній кутий) і порядковим номером (АК4, АК4-1, АК6 і АК8).

До групи деформуємих зміцнюючих сплавів сплавів відносять також більш високоміцні, чим дюралюміній, сплави системи Al-Cu-Mg-Zn, назва марок яких починаються буквою В (високоміцні)-це сплави марок У93, У94, У95.

Характерною рисою основного хімічного складу сплавів У93, У94 і В95 є те, що при порівняно невеликому змісті міді (0.8-2.4 %) і магнію (1.2-2.8 %) у них уводять велика кількість цинку (5-7 %). Цинк не утворить зміцнюючих фаз, але, входячи до складу твердого розчину, збільшує ефект старіння, що приводить до значного підвищення твердості.

Серед незміцнюючих алюмінієвих сплавів найбільше значення придбали сплави на основі Al-Mn і Al-Mg.

Марганець і магній, так само як і мідь, мають обмежену розчинність в алюмінії, що зменшується при зниженні температури. Однак ефект зміцнення при їхній термообробці невеликий. Обумовлюється це наступним образом.

У процесі кристалізації при виготовленні сплавів, що містять до 1,9% Mn, що виділяється з твердого розчину надлишковий марганець повинний був би утворити з алюмінієм розчинне в ньому хімічна сполука Al (MnFe), що в алюмінії не розчиняється. Отже, наступне нагрівання вище лінії граничної розчинності не забезпечує утворення гомогенного твердого розчину, сплав залишається гетерогенним, що складається з твердого розчину й часток Al (MnFe), а це приводить до неможливості загартування і наступного старіння.

У випадку системи Al-Mg причина відсутності зміцнення при термічній обробці інша. При змісті магнію до 1,4% зміцнення бути не може, тому що в цих межах він розчиняється в алюмінії при кімнатній температурі і ніякім виділенні надлишкових фаз не відбувається. При більшому ж змісті магнію загартування з наступним хімічним старінням приводить до виділення надлишкової фаз-хімічного з'єднання Mg Al . Однак властивості цього з'єднання такі, що процеси, що передують його виділенню, а потім і включення, що утворяться, не викликають помітного ефекту зміцнення.

Незважаючи на сказане, введення й марганцю, і магнію в алюміній корисно. Вони підвищують його міцність і корозійну стійкість (при змісті магнію не більш 3%). Крім того, сплави з магнієм більш легені, чим чистий алюміній.

Значне підвищення міцності сплавів алюмінію з марганцем і магнієм може бути досягнуте шляхом їхньої пластичної деформації. Наклоьпані (загартовані) виробу з цих сплавів володіють істотно більш високою міцністю, чим у відпаленому стані. У сплаві Амц, наприклад, при наклепі тимчасовий опір підвищується з 13 до 22 кг/мм .

Назва марок сплавів системи Al-Mn позначають буквами Амц, а системи Al-Mg буквами Амг, далі в обох випадках випливає цифра, що вказує номер сплаву.

Для одержання ливарних сплавів в алюміній уводять такі легуючі елементи й у такій кількості, щоб забезпечити одержання в їхній структурі евтектики. Евтектика легкоплавка і, кристалізується при постійній температурі, що створює гарну волого текучість, тобто здатність сплаву в рідкому стані добре заповнювати ливарну форму.

Застосовувані в даний час ливарні алюмінієві сплави, поділяють на п'ять груп у залежності від того, який основний легуючий елемент уведений у них. До групи 1 відносять сплави, леговані магнієм, до групи 2-кремнієм, 3-міддю, 4-одночасно кремнієм і міддю, до групи 5 відносять сплави, легуємі іншими елементами, що включають у свій склад іноді до п'яти легуючих компонентів одночасно.