Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой

К этой группе сплавов относятся сплавы высокой и нормальной прочности. Составы некоторых деформируемых термически упрочняемых сплавов приведены в таблице 6. Типичными термически упрочняемыми деформируемыми алюминиевыми сплавами являются дуралюмины (их маркируют буквой Д) – сплавы системы А1–Сu–Mg–Mn.

 

Таблица 6 – Состав некоторых деформируемых термически упрочняемых сплавов

Обозначение марок	Химический состав, %	Название сплава
Буквен-ное	Цифро-вое	Медь	Магний	Марганец	Zn	Ni	Fe	Si
Д1		3,8 – 4,8	0,4 – 0,8	0,4 – 0,8	0,3	0,1	0,7	0,7	Дуралюмин
Д16		3,8 – 4,9	1,2 – 1,8	0,3 – 0,9	0,3	0,1	0,5	0,5	Супер-дуралюмин
АК8		3,9 – 4,8	0,4 – 0,8	0,4 – 1,0	0,3	0,1	0,7	0,6 – 1,2	Ковочный сплав
В95		1,4 – 2,0	1,8 – 2,8	0,2 – 0,6	6,0	Cr-0,1	0,5	0,5	Высокопрочный сплав

 

Очень упрощенно процессы, проходящие при упрочняющей термической обработке (закалке и старении) дуралюмина можно рассмотреть, используя диаграмму Al – Сu (рисунок 6).

Рисунок 6 – Фрагмент диаграммы состояния “алюминий – медь”:

Т₁ – температура солидуса; Т₂ – температура закалки;

Т₃ – температура искусственного старения.

При закалке, которая заключается в нагреве сплава выше линии переменной растворимости, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении, фиксируется структура пересыщенного α-твердого раствора (светлый фон на рис. 7,а) и нерастворимых частиц железистых и марганцовистых фаз (темные включения). Сплав в свежезакаленном состоянии имеет небольшую прочность σ_в = 300 МПа и δ = 18 %.

Пересыщенный твердый раствор неустойчив, поэтому при нагреве, а иногда и просто при вылеживании при Ткомн происходит его распад.

Старение – это вид термической обработки, при которой происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением интерметаллидов. Старение может быть естественным или искусственным. Естественное старение заключается в вылеживании при комнатной температуре. Искусственное старение заключается в выдержке при температуре 150 – 190 ºС в течение 12–18 ч. При этом из пересыщенного
α-твердого раствора выделяются упрочняющие фазы CuAl₂, CuMgAl₂, и др. Поэтому наивысшая прочность достигается именно при старении закаленного сплава (σ_в = 490-540 МПа; δ = 11-14 %).

Микроструктура состаренного сплава представлена на рисунке 7,б. Она состоит из твердого раствора и включений различных вышеперечисленных интерметаллидных фаз.

 

Рисунок 7 – Микроструктура дуралюмина после: а) закалки в воде с температуры Т₂ (535 ±5ºС); б) закалки и искусственного старения
при Т₃ (150ºС). Справа – схематическое изображение структуры сплавов.