Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам. Временное сопротивление алюминиевых сплавов достигает 500…700 МПа при плотности не более 2,850 г/см³.

Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие теплопроводность и электрическую проводимость, хорошие технологические свойства.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сu, Mg, Si, Mn, Zn; реже – Li, Ni, Ti. Алюминий с основными легирующими элементами образует диаграммы, подобные диаграмме А1-Cu (рис. 21).

Рисунок 21 – Диаграмма состояния «алюминий – медь»

Многие легирующие элементы образуют с алюминием твердые растворы ограниченной переменной растворимости и промежуточные фазы CuAl₂, Mg₂Si и др. Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термической обработке, состоящей из закалки с получением пересыщенного твердого раствора и последующего естественного или искусственного старения.

Согласно диаграмме состояния Al-Cu, медь с алюминием образуют твердый раствор, максимальная концентрация меди в котором составляет 5,7% при эвтектической температуре. С понижением температуры растворимость меди уменьшается, достигая 0,2% при 20°С. Из твердого раствора при этом выделяется θ-фаза (СuА1₂), содержащая ~ 54,1% Сu. Она имеет объемно-центрированную тетрагональную кристаллическую решетку и обладает сравнительно высокой твердостью (530 HV). В сплавах, дополнительно легированных магнием, образуется еще S-фаза (CuMgAl₂) с ромбической кристаллической решеткой (564 HV).

При старении алюминиевых сплавов в пересыщенном твердом растворе выделяются пластинчатые выделения меди диаметром (30…60)× 10^-10м и толщиной до 10∙10^-10м, которые называются зонами Гинье–Престона (зоны Г. П.). На этой стадии достигается максимальное упрочнение. При повышении температуры до 100^оС зоны Г. П. преобразуются в Ө¢-фазу, когерентно связанную с маточным твердым раствором, но имеющую решетку, отличную от твердого раствора и стабильной Ө-фазы. Прочность алюминиевых сплавов, содержащих такие дисперсные выделения, уже не достигает своего максимального значения. При дальнейшем повышении температуры Ө¢-фаза превращается в стабильную Ө-фазу, происходит её коагуляция и при этом достигается еще меньшее упрочнение.

Алюминиевые сплавы подразделяются на:

- деформируемые, предназначенные для получения поковок, штамповок и проката (листов, плит, прутков и т. п.);

- литейные;

- гранулированные (получаемые методами порошковой металлургии).

Маркировка алюминиевых сплавов осуществляется следующим образом. Буква Д в начале марки обозначает сплавы типа дуралюминов. Буквы АК в начале марки присваивают ковким алюминиевым сплавам, а АЛ – литейным алюминиевым сплавам. Буквой В маркируются высокопрочные сплавы. После букв указывается условный номер сплава. Часто за условным номером следует обозначение, которое характеризует состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка + старение); Н – нагартованный; П - полунагартованный.

Конструкционная прочность алюминиевых сплавов зависит от примесей Fe и Si. Они образуют в сплавах нерастворимые в твердом растворе фазы, которые снижают пластичность, вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин. Легирование сплавов марганцем уменьшает вредное влияние примесей. Однако более эффективным способом повышения конструкционной прочности является снижение содержания примесей с 0,5…0,7% до 0,1…0,3% (чистый сплав), а иногда и до сотых долей процента (сплав повышенной чистоты). В первом случае к марке сплава добавляют букву "ч", например Д16ч, во втором – буквы "пч", например В95пч.