Механические свойства дюралюминия

Марка	Состояние, полуфабрикат	sв, МПа	s0,2, МПа	%
Д1	Отжиг Закалка + старение: прутки лист
Д16	Отжиг Закалка + старение: прутки лист

 

Режимы термической обработки сплавов:

– закалка с 495–505°С в воде для сплава Д1 и с 490–500°С в воде для сплава Д16;

– старение в обоих случаях при 20°С в течение 4 сут;

– cмягчающий отжиг проводят при 340–370°С.

Физические свойства этих сплавов в термически упрочненном состоянии практически одинаковы (различие в пределах точности измерения).

Заклепки из сплавов Д1, Д16 ставят не позднее, чем через 2 ч (Д1) или 20 мин (Д16) после закалки, когда сплав не начал еще заметно упрочняться в процессе старения; позднее ставить заклепки нельзя, так как в результате старения и снижения вследствие этого пластичности при расклепывании образуются трещины.

Разумеется, такая жесткая регламентация по времени создает технологические затруднения. Поэтому имеется сплав (Д18), специально предназначенный для заклепок, который можно расклепывать в состаренном состоянии. Этот сплав содержит пониженное количество упрочняющих элементов (меди, магния) и после закалки и старения имеет существенно более низкую прочность, но более высокую пластичность, чем, например, дюралюминий Д1.

Состав и механические свойства сплава Д18 следующие: 2,2–3% Сu; 0,2–0,5% Mg. После закалки с 495–505°С в воде и естественного старения s_в = 300 МПа, d = 24%, y = 50%: сопротивление срезу t_ср = 190 МПа.

Более высокую прочность можно получить у алюминиевых сплавов, содержащих в качестве основных присадок, кроме меди и магния, еще и цинк, т. е. у сплавов системы А1 – Mg – Cu – Zn.

В сплаве А1 + 10% Zn + 2% Mg (сплавы В95, B96) можно получить предел прочности до 600 МПа (табл. 1.4). Однако в условиях не очень активной коррозионной среды, даже такой, как дистиллированная вода, прочность резко падает. Недостаток этот устраняется добавкой ~ 2% Сu. Также влияет и малая присадка хрома или циркония.

Таким образом, применение получили сплавы не тройной Al – Zn – Mg, а четверной системы Al – Zn – Mg – Cu. Наиболее типичным представителем этой системы является сплав В95 (5–7% Zn; 1,8–2,8% Mg; 1,4–2% Сu; 0,1–0,25% Сr).

Основное упрочнение создается за счет растворения T -фазы (Al₂Mg₃Zn₃).

 

Таблица 1.4

Механические свойства (типичные) высокопрочных алюминиевых сплавов

Системы А1 – Zn – Mg – Сu

Сплав	Полуфабрикат	Режим старения после закалки при 465°С	Meханические свойства
sв, МПа	s0,2, МПа	d, %
В95	Листы Профили	120°С, 2 ч 140°С, 6 ч
B96	Профили	140°С, 6 ч

 

Высокое легирование снижает температуры начала плавления, поэтому используют более низкую температуру закалки по сравнению с такой для дюралюминия (460–470°С). Меньшая скорость распада пересыщенного твердого раствора сплава В95 (см. рис. 1.2) приводит к следующим изменениям в технологии термической обработки:

1) скорость охлаждения при закалке может быть уменьшена, что целесообразно, так как при этом уменьшаются внутренние напряжения, наличие которых увеличивает склонность к коррозионному растрескиванию (снижает прочность при испытании в коррозионно-активных средах). Это является главным недостатком наиболее высокопрочных алюминиевых сплавов. При закалке сплава В95 применяют не холодную, а подогретую до 80–100°С воду.

Весьма хорошие результаты дает закалка названных сплавов в жидком азоте[2], при которой охлаждение происходит медленнее, чем в холодной воде (в связи с меньшей теплотой парообразования жидкого азота), но более равномерно, чем в горячей;

2) естественное старение не дает максимальной прочности, как искусственное, даже при очень большой выдержке. Эта прочность достигается в результате старения при 120–140°С в течение 16–24 ч.

Если стремиться к максимальной прочности, то следует еще больше легировать сплав цинком, магнием и медью, чем сплав В95.

Наиболее прочный алюминиевый сплав – В96. Он содержит 8–9% Zn, 2,3–3% Mg; 2–2,6% Сu; 0,1–0,2% Zr. Прочность этого сплава достигает 700 МПа.