Производство деталей из металлических порошков 8 страница

По микроструктуре в равновесном состоянии быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу и после литья имеют ледебуритную эвтектику, которую устраняют интенсивной ковкой. При недостаточной проковке остается карбидная ликвация, которая характеризуется локальным скоплением карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики.

Для улучшения обрабатываемости деформированной стали далее назначают изотермический отжиг, включающий нагрев до 840…860°С, выдержку 2…4 часа, последующее охлаждение с печью до 740°С и изо-термическую выдержку 4...6 часов, последующее охлаждение с печью до 400°С и окончательное охлаждение на воздухе. В отожженном состоянии структура стали содержит мелкозернистый сорбит, вторичные и более крупные первичные карбиды и хорошо обрабатывается резанием.

Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежу-щей стали приобретают после закалки и отпуска. Особенностью закалки является высокая температура нагрева до 1200…1280оС, обусловленная необходимостью максимального растворения карбидов и получения высоколегированного аустенита. Легирование аустенита происходит за счет растворения вторичных карбидов, а первичные карбиды не растворяются и тормозят рост зерна аустенита.

Высоколегированный аустенит обладает большой устойчивостью, поэтому охлаждающей средой при закалке обычно является масло, а мелкие инструменты иногда охлаждают даже на воздухе. Для уменьшения деформации применяется ступенчатая закалка в расплавленных солях температурой 400…500оС.

После закалки быстрорежущие стали содержат до 30% остаточного аустенита, что объясняется снижением точки начала мартенситного пре-вращения МН. Остаточный аустенит снижает твердость, а последующий распад может привести к изменению размеров и формы ответственного инструмента. Для снижения его количества осуществляют обработку холодом или проводят отпуск. В процессе выдержки при отпускной температуре 560оС из аустенита выделяются карбиды, что приводит к уменьшению его легированности и повышению МН,. Поэтому при последующем охлаждении он претерпевает мартенситное превращение, но в процессе однократного отпуска только часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Для снижения его количества до 3…5% проводят двух-, трехкратный отпуск. Твердость быстрорежущих сталей после отпуска может достигать 63-70 HRC в зависимости от марки, а прочность − до 2000 МПа.

Повышение износостойкости быстрорежущих сталей может быть достигнуто низкотемпературным цианированием, газовым или ионным азотированием, напылением нитридов титана.

Большим недостатком быстрорежущих сталей является наличие из-быточных карбидов, распределение которых регламентируется стандартами. Карбидная неоднородность снижает прочность и вязкость, ухудшает шлифование сталей, способствует выкрашиванию рабочих кромок.

Достаточно эффективно устраняется такой структурный дефект при получении быстрорежущих сталей методами порошковой металлургии. В этих сталях карбидная фаза очень дисперсная, что способствует более полному растворению карбидов в аустените и повышению теплостойкости. Температура закалки порошковых сталей на 20…30оС ниже традиционных.

Основные порошковые стали Р0М2Ф3-МП, М6Ф1-МП, М6Ф3-МП содержат мало дефицитного вольфрама. Применяются также стали Р6М5Ф3-МП, Р7М2Ф6-МП, Р12М3К5Ф2-МП и др. с содержанием углерода более 1,2%.

Стойкость режущего инструмента из порошковых сталей в 1,5…2 раза выше быстрорежущих сталей обычного производства.

3.3.3 Штамповые стали

В зависимости от температурных условий эксплуатации различают штамповые стали для деформации в холодном и горячем состояниях.

Для штампов холодной деформации основными требованиями являются: высокая твердость; износостойкость; прочность; сопротивление пластической деформации; повышенная вязкость (в случае наличия больших ударных нагрузок при эксплуатации).

Штампы для холодного деформирования. Для изготовления штампов небольшого сечения (до 20 мм) используют углеродистые стали, имеющие достаточную износостойкость и вязкость. Их твердость после закалки и отпуска должна быть 57…59 HRC.

Для изготовления более крупного инструмента, работающего в условиях динамических нагрузок, используют стали повышенной прокаливаемости (X, ХГС ХВГ) и стали с пониженным содержанием углерода (6ХС, 7ХФ). Их нагревают до температуры закалки АС1+20...30°C для заэвтектоидных и АС3+20..30°С для доэвтектоидных сталей. Охлаждение при закалке проводят в масле или через воду в масло, а также применяют ступенчатое охлаждение в расплавах солей и щелочей. Отпуск назначают при температурах 200...250°С (на твердость 53…58 HRC) и 430...470°С (на твердость 40…45 HRC).

Для интенсивного штампования используют инструменты из леде-буритных высокохромистых сталей типа X12, Х12МФ, Х6ВФ. Они являются полутеплостойкими и в их структуре после отжига присутствуют сорбитоподобный перлит, карбиды (Fe, Сr)7С3 и легированный цементит (Fe, Сr) 3С. Нагрев для закалки хромистых сталей проводят при температурах 1000°С и выше, чтобы растворить в аустените карбиды хрома.

Хромистые стали для получения большой твердости (61…63 HRC) и наибольших значений прочности и вязкости подвергают закалке на первичную твердость при 980…1020°С с отпуском при 150…200°С.

Для получения повышенной теплостойкости хромистые стали под-вергают закалке на вторичную твердость при 1080…1100°С и многократному отпуску при 500…520°С. При этом получают твердость (50…60 HRC), а прочность и вязкость лишь немного ниже, чем после закалки на первичную твердость. Закалка на вторичную твердость рекомендуется для штампов, которые нагреваются во время работы (интенсивное штампование) или при их изготовлении требуется значительное шлифование.

Штампы для горячего деформирования. При их изготовлении стали дополнительно должны обеспечивать:

- высокую разгаростойкость (стойкость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении);

- высокую окалиностойкость;

- высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от рабочей поверхности штампа;

- высокую прокаливаемость для обеспечения необходимых свойств по всему сечению крупногабаритного инструмента;

Для изготовления молотовых штампов, которые работают при не-значительной длительности контакта с горячим металлом, используют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ. Эти стали имеют высокую закаливаемость, прочность и вязкость после закалки с температуры 840…860°С и отпуска при 460…540°С. Твердость после отпуска составляет 40…45 HRC, а структура – сорбит или троостосорбит отпуска.

Для горячего прессования медных сплавов и для литья под давлением медных сплавов используют инструмент, изготовленный из стали с вольфрамом и повышенным количеством хрома (3Х2В8Ф). Она имеет повышенную теплостойкость до 650°С. Закалка осуществляется с температуры 1100оС с охлаждением в масле, отпуск при 620оС, получаемая твердость 42…45 HRC.

Более высокую разгаростойкость, окалиностойкость, вязкость и нечувствительность к масштабному фактору имеет сталь 4Х5В2ФС, которая применяется для изготовления пресс-форм для литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов. Температуры закалки и отпуска, соответственно, 1030оС и 570оС, твердость – 47…49 НRС.

Для повышения работоспособности пресс-формы и штампы подвергают азотированию, нитроцементации и др. Азотирование повышает в 4-5 раз устойчивость стали против коррозионного действия жидких алюминиевых сплавов.

3.3.4 Стали для измерительных инструментов

Основные требования, которые предъявляют к сталям для измери-тельных инструментов: высокая твердость, износостойкость и стабиль-ность в размерах на протяжении всего срока эксплуатации.

Особенно трудно обеспечить стабильность размеров, поскольку в стали после закалки и отпуска со временем могут происходить:

- перераспределение напряжений, что может вызвать деформацию;

- уменьшение тетрагональности мартенсита, что приводит к умень-шению объема и размеров;

- превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска, что увеличивает размеры.

Для изготовления измерительных инструментов используют углеродистые (У8 - У12) и низколегированные инструментальные стали (X, ХВГ, ХВС).

Для получения твердости не менее HRC 60…64 высокоуглеродистые стали подвергают закалке в масле и длительному низкотемпературному отпуску.

Для инструментов повышенной точности после закалки проводят обработку холодом при температуре -80оС для уменьшения количества остаточного аустенита. Отпуск проводят при 120…170оС. Нагревание до более высокой температуре не допускается с целью сохранения необходимой твердости и износостойкости инструмента.

Для измерительного инструмента большого размера и сложной конфигурации используют нитраллой (38ХМЮА), который улучшают и далее азотируют на высокую твердость.

3.3.5 Твердые сплавы

Твердые сплавы являются инструментальными материалами, кото-рые состоят из карбидов тугоплавких металлов и кобальта в качестве связующего компонента. Эти сплавы изготавливают методами порошковой металлургии. Порошки карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия, ванадия спекают с порошком кобальта при 1400…1550оС после предыдущего прессования.

Характерной особенностью твердых сплавов является их очень большая твердость (87...92 HRA), которая сохраняется при нагревании до 800...1000оС. Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструмента из быстрорежущих сталей в 10...20 раз.

Основными твердыми сплавами являются сплавы групп BK, TK и TTK.

Сплавы группы ВК изготовляют на основе карбида вольфрама, цифра после букв "ВК" указывает на содержание кобальта в процентах. Чем больше содержание кобальта, тем выше прочность, но твердость незначительно снижается. Твердые сплавы этой группы имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они теплостойкие до 800оС и их применяют для обработки чугунов и сплавов цветных металлов, в которых при механической обработке образуется хрупкая стружка.

Сплавы с малым количеством кобальта имеют повышенную твер-дость и износостойкость, но пониженную прочность (ВКЗ). Из-за этого их следует использовать для чистового точения. Сплавы с повышенным количеством кобальта используют для чернового точения (ВК6, ВК8). Сплав ВК20 используют для армирования штампов, что резко повышает их износостойкость. После алмазной заточки обеспечивается очень высокая чистота (отсутствие зазубрин, мелких трещин) лезвия инструмента.

Сплавы группы ТК изготовляют на основе карбидов вольфрама и титана. Их маркируют буквами "Т" и "К" и цифрами. Цифра после "Т" указывает на содержание карбидов титана в процентах, а после "К" – кобальта, остальное – карбид вольфрама. Сплавы этой группы имеют более высокую твердость, чем группы ВК. Теплостойкость сплавов группы ТК составляет 900…1000оС. Их применяют для высокоскоростной обработки сталей.

Сплавы группы ТТК изготовляют на основе карбидов вольфрама, титана и тантала. Их маркируют буквами "Т", "Т", "К" и цифрами. Цифра, которая стоит после букв "ТТ", указывает на суммарное содержание карбидов титана и тантала, а цифра, которая стоит после буквы К – на содержание кобальта. Сплавы этой группы применяют для более тяжелых условий резания (черновое точение стальных слитков, поковок, отливок).

Высокая хрупкость вольфрамовых сплавов, а также дефицитность вольфрама послужили причиной разработки и использования безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС). В этих сплавах основой являются карбиды и карбонитриды титана, а в качестве связующего компонента используются никель и молибден. Сплавы маркируются буквами КТН и ТН.

БВТС уступают вольфрамсодержащим сплавам по прочности, так же как теплопроводность и теплостойкость. Пониженная теплопроводность означает, что при одинаковом количестве теплоты, выделяемой при резании, режущая кромка инструмента из БВТС нагревается сильнее. Это обстоятельство вместе с меньшей теплостойкостью определяет более низкую стойкость такого инструмента при высоких скоростях резания.

Широкое применение в качестве инструментального материала по-лучила режущая керамика, теплостойкость которой достигает 1200…1400оС, а твердость превышает 80 НRC, что позволяет выполнять резание со скоростями до 600 м/мин. В отличие от твердых сплавов керамика не содержит металлической связки, а состоит только из твердых компонентов (оксидов, карбидов, нитридов). Отсутствие пластичной фазы в структуре определяет высокую хрупкость и низкую прочность керамики, что не позволяет использовать её при резании со значительными силовыми нагрузками.

Для изготовления лезвийного инструмента используются искус-ственные сверхтвердые материалы (СТМ). Применение имеют СТМ на основе нитрида бора: композит-01 (эльбор); композит-02 (белбор); композит-05 (гексанит-Р) и др. Из алмазных поликристаллов изготавливают СТМ марок АСПК (карбонадо) и АСБ (баллас). Из материалов, полученных спеканием зерен алмаза, производят СТМ марок СВБН и СКМ (карбонит). Крепление заготовок СТМ обычно осуществляют запрессовыванием в металлокерамические вставки, которые затем крепятся к корпусу инструмента.

СТМ обладают наиболее высокими твердостью, модулем упругости, теплопроводностью, по сравнению с другими инструментальными материалами, что позволяет обеспечить высокую точность обработки, малую шероховатость поверхности и, тем самым, создавая условия для исключения операции шлифования. Применение инструмента из СТМ позволяет обрабатывать закаленные стали, чугуны, твердые сплавы с твердостью > 60HRC и производить точение деталей с толщиной стенки 0,2 мм.

3.4 Специальные стали

3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией. В зависимости от механизма коррозионного процесса различают электрохимическую (под действием электролитов) и газовую (под действием газов) коррозию. Стали, являющиеся стойкими против электрохимической коррозии, классифицируют как коррозионностойкие или нержавеющие, а против газовой коррозии – жаростойкие.

Основной причиной электрохимической коррозии сталей является низкий электрохимический потенциал железа, который может повысить только хром. Наличие в стали более 12% Cr делает её коррозионностойкой.

Различают хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Хромистые стали разделяются в зависимости от содержания хрома на три типа: с 13% Cr, 17% Сr и 27% Cr.

Стали с 13% Cr относятся к сталям мартенситного класса. Это наиболее распространенные и дешевые нержавеющие стали и, кроме этого, имеют хорошую свариваемость. Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т. д. Эти стали закаливают от 1000…1050оС в масле и отпускают при 180…200оС с получением твердости 50…60 HRC.

Стали с 17% и 25% Сr относятся к сталям ферритного класса. Широкое распространение получили стали 12Х17, 15Х25Т, 15Х28, 25Х25Т. Сталь 12Х17 применяют после рекристаллизационного отжига при 760…780оС для изготовления оборудования для пищевой промышленности и кухонной посуды. Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20оС.

Хромоникелевые нержавеющие стали 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10Т относятся к немагнитным сталям аустенитного класса. Для получения чисто аустенитной структуры, обладающей высокой коррозионной стойкостью, их закаливают в воде от 1100…1150оС.

При нагревании этих сталей до температур 500…570оС возможно образование по границам зерен аустенита карбидов хрома, в результате чего приграничные зоны обедняются хромом до содержания менее чем 12%. Это создает условия для распространения коррозии по границам зерен (так называемая межкристаллитная коррозия). Для предотвращения этого явления в сталь вводят 0,10…0,15 % Ti.

3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы

Жаростойкость (окалиностойкость) - это сопротивление металла окислению в газовой среде при высоких температурах. К жаростойким относятся стали, которые работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 500оС.

Для повышения окалиностойкости сталь легируют хромом, алюминием, кремнием. Эти элементы имеют большее сродство c кислородом, чем железо, и образуют на поверхности стали плотные пленки окислов Cr2O3, Al2O3, SiO2. Наличие этих пленок приводит к торможению процессов последующего окисления.

Окалиностойкость зависит от состава стали, а не от её структуры и определяется, прежде всего, содержанием хрома. Минимальное содержание хрома, которое обеспечивает окалиностойкость при разных температурах, составляет: для 700оС – 5%; для 900оС – 12%С; для 1000оС – 18%; для 1100оС – 25%.

Стали, легированные Cr и Si, имеют название сильхромы, легированные Cr и Al – хромали, а легированные Cr, Al и Si – сильхромали.

В качестве сильхромалей широкое распространение нашли стали мартенситного класса 40Х9С2 и 40Х10С2М, которые имеют температуру окалинообразования 850оС.

Сталь 10Х13СЮ (сильхромаль) окалиностойкая до 950оС и, кроме этого, обладает стойкостью в средах, содержащих серу. Однако необходимо отметить, что присутствие большого количества алюминия и кремния в этих сталях способствует повышению хрупкости и поэтому их содержание ограничивают.

Для работы при более высоких температурах до 1100оС применяют стали 10Х23Н18, 15Х25ТЛ, 30Х24Н12СЛ.

3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочность – это сопротивление металла механическим нагрузкам при высоких температурах. При этом может наблюдаться явление ползучести, когда происходит процесс непрерывной деформации металла под действием постоянной нагрузки. Ползучесть происходит при температурах выше порога рекристализациии или при нагрузках выше, чем граница упругости.

Повышение сопротивления ползучести достигается легированием стали, при этом повышается энергия межатомной связи и тормозятся диффузионные процессы, а после термической обработки формируется гетерогенная структура, которая состоит из твердого раствора и дисперсных или интерметаллидных фаз, когерентных с основой.

Для работы при температурах до 350оС применяются обычные углеродистые и легированные стали.

При температурном интервале эксплуатации 350...500оС используют стали ферритного и перлитного класса 15ХМ, Х6М, 25Х1МФ и др.

К жаропрочным сталям, работающим при температурах 500...650оС относятся стали аустенитного класса 10Х18Н9М, 09Х14Н16Б и др. Для достижения высокой прочности при эксплуатационных температурах производят закалку этих сталей 1050…1200оС в воде, масле или на воздухе и старение при 600…850оС. Температура старения не должна вызывать заметной коагуляции избыточных фаз.

Если рабочая температура деталей составляет 650…800оС, то для их производства применяют дисперсионно-твердеющие сплавы на основе никеля - нимоники (ХН65ВМТЮ, ХН77ТЮ и др.). Термическая обработка нимоников, которая обеспечивает структурное состояние с максимальной жаропрочностью, заключается в закалке с охлаждением на воздухе и последующем отпуске (старении) при 700…750оС длительностью 10…16 ч. При старении образуются интерметаллидные фазы типа Ni3 (Ti, Al), когерентно связанные с основным раствором, а также карбиды и нитриды титана, увеличивающие жаропрочность.

3.4.4 Магнитные стали и сплавы

Магнитные стали и сплавы в зависимости от значений коэрцитивной силы подразделяются на магнитотвердые (низкая магнитная проницаемость и коэрцитивная сила Нс превышает 4000 А/м) и магнитомягкие (большая магнитная проницаемость и коэрцитивная сила Нс < 4000 А/м).

Для обеспечения высокой коэрцитивной силы магнитотвердые стали должны иметь структуру со значительным количеством дефектов строения (дислокаций, блоков, межзеренных границ и т. д.), которые вы-зывают внутренние напряжения и искажения кристаллической решетки. Этим требованиям отвечает мартенситная структура, что дает возможность использовать в качестве магнитотвердых материалов высокоуглеродистые стали У10, У11, У12, которые после закалки в воде имеют Нс = 4800...5200 А/м. Однако они прокаливаются на небольшую глубину, поэтому их применяют для изготовления магнитов сечением 4...7 мм.

Для изготовления больших по размеру магнитов применяются стали, легированные хромом и кобальтом: ЕХ, ЕХ3, ЕХ5К5. Они имеют значительно лучшую прокаливаемость и более высокую коэрцитивную силу (до 10 кА/м). Содержание углерода в этих сталях составляет ~ 1,0%. Для улучшения магнитных свойств производят сначала воздушную закалку от 1050…1250оС, а затем закалку с 850...1000оС. Воздушная закалка или нормализация необходима для растворения крупных карбидов, которые могут не раствориться при нагреве под вторую закалку. Обработка холодом устраняет парамагнитный остаточный аустенит и тем самым повышает магнитные свойства. Отпуск при 100оС стабилизирует коэрцитивную силу во времени.

Для производства еще более больших магнитов применяют специ-альные сплавы с содержанием алюминия до 7%, никеля – до 14%, кобальта – до 40%, меди – до 4%, (алнико-сплавы). Наиболее распространенным является сплав ЮНДК40Т8АА, который имеет Нс более 145 000 А/м.

Для обеспечения минимальной коэрцитивной силы и высокой маг-нитной проницаемости магнитомягкий материал должен быть чистым от примесей и включений и иметь гомогенную структуру (чистый металл или твердый раствор). В качестве таких материалов применяют электротехническое железо, которое содержит не более 0,005% С и имеет название армко-железо.

Электротехнические стали представляют собой практически безуг-леродистые ферритные сплавы железа с кремнием до 5%. Последний су-щественно увеличивает магнитную проницаемость и снижает коэрцитив-ную силу. Электротехнические стали маркируются буквой "Э" и дальше указывается номер марки, который характеризует электротехнические свойства стали.

На основе никеля существуют сплавы с высокой магнитной прони-цаемостью, которые имеют название пермаллои. Самыми распространенными являются сплавы с 50% Fe и 50% Ni, а также высоконикелевые сплавы, легированные молибденом.

4 Цветные металлы и сплавы

В качестве конструкционных материалов получили наибольшее распространение сплавы на основе легких металлов с плотностью до 4500 кг/м3 (алюминий, магний, бериллий, титан), а также медные сплавы.

4.1 Алюминий и сплавы на его основе

4.1.1 Общая характеристика алюминия

Алюминий имеет температуру плавления 660оС, кристаллизуется с образованием гранецентрированной кристаллической решетки и при нагревании не испытывает полиморфных превращений. Алюминий обладает малой плотностью (2699 кг/м3) и характеризуется высокой химической активностью, но образование на поверхности плотной пленки Al2O3 защищает металл от коррозии.

В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты А999 (99,999% Al, осталь-ное – примеси); высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (примесей, соот-ветственно, 0,005, 0,01; 0,03, 0,05 %) и технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, А0 (примесей, соответственно, 0,15, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 1 %). Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полу-фабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют АД0 и АД1.

Механические свойства:

- отожженного алюминия высокой чистоты - sв = 50 МПа, δ = 50%;

- отожженного технического алюминия - s = 80 МПа; d = 35%.

Увеличение содержания примесей и пластическая деформация по-вышают прочность и твердость алюминия.

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается газо-вой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется малый вес, свариваемость, пластичность. Из алюминия изготавливают рамы, двери, трубопроводы, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду и др. Высокая пластичность позволяет производить из алюминия прокатку до малых толщин и получать алюминиевую фольгу для упаковки конфет.

Благодаря высокой теплопроводности его используют для различных теплообменников в промышленных и бытовых холодильниках. Следует также отметить высокую отражательную способность алюминия, чем объясняется его применение в прожекторах и рефлекторах.

Алюминий используется в электротехнической промышленности для изготовления кабелей и проводов. Электропроводность алюминия составляет 65% от электропроводности меди, но провод из алюминия равной электропроводности легче медного.

4.1.2 Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочно-стью, 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 кри-сталлической решеткой (564 HV).

При старении алюминиевых сплавов в пересыщенном твердом рас-творе 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 100оС 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 металлур-гии).

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.

4.1.2.1 Деформируемые алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг). Сплавы отличаются хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью.

В отожженном состоянии они обладают высокой пластичностью и низкой прочностью. Пластическая деформация повышает прочность этих сплавов почти в 2 раза. Однако применение наклепа ограничено из-за резкого снижения пластичности сплавов, поэтому их используют в отожженном мягком состоянии (АМгМ). Сплавы типа АМц и АМг отжигают при 350…420°С.