Фазовый состав сплава Фазовый состав <a href=сплава" title="Фазовый состав сплава" align="left" width="150" height="200" class=""/>

Фазовый состав сплава достаточно сложен (рис. 15). Кроме твердого раствора α меди и марганца в алюминии в сплаве присутствуют  интерметаллиды  CuAl2,  Al3Ti  и  более  сложная  фаза – Al12Mn2Cu. Такая структура сплава повышает его жаропрочность до 300 °С. Сплав АМ5 очень чувствителен к примесям железа.

Для получения максимальной прочности его содержание должно быть не более 0,2 %. Наибольшая прочность (до 450 МПа) достигается после термической обработки по режиму Т5, а максимальная пластичность (10–20 %) может быть получена в закаленном состоянии (Т4).

Сплав применяют для силовых деталей, работающих в условиях повышенных статических и динамических нагрузок при повышенных температурах. Коррозионная стойкость может быть повышена анодированием деталей.

Фазовый состав <a href=сплава" title="Фазовый состав сплава" width="267" height="223" class=""/>

Рис. 15. Микроструктура сплава АМ5

Сплав АМ4,5Кд (ВАЛ10) является наиболее прочным из алюминиевых сплавов и при этом сохраняет высокую пластичность. По составу он отличается от сплава АМ5 добавкой кадмия. Используется для наиболее нагруженных деталей, работающих при температурах до 300 °С.

Сплавы АМ5 и АМ4,5Кд в настоящее время полностью вытеснили другие сплавы системы Al – Cu (АЛ1, АЛ7, АЛ12, АЛ21 и АЛ33), которые были включены в прежние стандарты.

Сплавы IV группы (магналии) – это легкие высокопрочные конструкционные материалы с высокой коррозионной стойкостью. Они хорошо обрабатываются резанием и полируются. К недостаткам сплавов IV группы можно отнести пониженные литейные свойства и герметичность. Сплавы в расплавленном состоянии имеют повышенную склонность к окислению, а также образованию горячих трещин и усадочной рыхлоты. По жидкотекучести они уступают силуминам, но превосходят сплавы системы Al – Cu.

Из диаграммы состояния системы Al – Mg (рис. 16) следует, что растворимость магния в твердом растворе весьма значительна и достигает 17,4 %. В системе наблюдается образование нескольких химических соединений. Первое из них – Al3Mg2 (βфаза) – появляется при 38 % магния. Эвтектика образуется при содержании Mg более 30 % и содержит вышеуказанный хрупкий интерметаллид, поэтому эвтектические сплавы не применяются. Низкая температура плавления эвтектики (449 °С) приводит к увеличению интервала кристаллизации сплавов. Сплавы системы Al – Mg еще более широкоинтервальные, чем сплавы системы Al – Cu, и они обладают низким комплексом литейных свойств.

В случае длительной эксплуатации при повышенных температурах магналии разупрочняются, поэтому двойные сплавы рекомендуется использовать при температурах не выше 80 °С. Однако в изделиях, предназначенных для разового применения, эти сплавы, особенно сложнолегированные магналии, в течение нескольких минут могут работать при температурах до 400 °С, что объясняется медленным распадом твердого раствора.

Механические свойства сплавов возрастают при увеличении концентрации до 13 % Mg, но уже при 11 % Mg начинается резкое уменьшение пластичности.

Для литейных сплавов используют две области концентрации: 4,5…7 % Mg и 9,5…13 % Mg. Первая группа – это сплавы средней прочности и пластичности, не упрочняемые ТО, а вторая – сплавы, закалка которых приводит к достижению высокой прочности и пластичности.

Сплав АМг5К (АЛ13) дополнительно легирован кремнием, марганцем и цирконием. Кремний несколько улучшает литейные свойства и повышает жаропрочность. Образующаяся фаза Mg2Si входит в состав тройной эвтектики α + β + Mg2Si (рис. 17) и увеличивает ее общее количество, тем самым повышая жидкотекучесть и снижая горячеломкость.  Однако фаза Mg2Si не оказывает упрочняющего действия, а пластичность сплава снижает, что и ограничивает концентрацию кремния (не более 1,5 %). Добавки марганца улучшают коррозионную стойкость и также повышают жаропрочность.

Фазовый состав <a href=сплава" title="Фазовый состав сплава" width="242" height="237" class=""/>

Рис. 17. Микроструктура сплава АМг5К

К недостаткам сплава можно отнести низкую прочность, поэтому его применяют для получения всеми видами литья ненагруженных деталей, работающих в условиях атмосферного коррозионного воздействия при температурах не выше 150 °С.

Сплав АМг7 (АЛ29) по составу отличается от АМг5К только повышенным содержанием магния и меньшим допустимым содержанием примесей. Сплав предназначен для литья под давлением. Он более прочный, применяется для деталей, работающих при средних статических и динамических нагрузках в условиях влажного климата. Детали из сплава АМг7 длительное время могут работать при температурах до 150 °С.

Сплавы АМг6л (АЛ23) и АМг6лч (АЛ231) используются в литом и закаленном состоянии. Они предназначены для литья в кокиль и песчаные формы средненагруженных корпусных деталей, подвергающихся коррозионным воздействиям при температурах от –60 до

+80 °С. Добавки циркония и титана оказывают модифицирующее действие и способствуют повышению прочности и пластичности. Бериллий снижает окисляемость расплава. Кремний несколько улучшает литейные свойства.

Сплавы АМг10 (АЛ27) и АМг10ч (АЛ271) являются наиболее прочными из магналий. Они применяются только в закаленном состоянии. В литом состоянии сплавы очень хрупкие, так как по границам зерен (рис. 18, а) выделяется хрупкая βфаза (Mg2Al3). Крупные выделения этой хрупкой составляющей, часто образующей сплошную сетку, служат причиной трещинообразования в отливках, снижают механические свойства.

Фазовый состав <a href=сплава" title="Фазовый состав сплава" width="430" height="209" class=""/>

Рис. 18. Микроструктура сплава с 10 % Mg (а) и сплава с добавкой 0,01 % В (б) в литом состоянии (×70)

При нагреве под закалку βфаза растворяется, и сплав принимает строение, близкое к гомогенному. На границах зерен могут оставаться железосодержащие фазы и Mg2Si, если есть примеси кремния. Однако процесс растворения крупных включений βфазы протекает медленно (до 70 часов), поэтому в двойных сплавах хрупкое действие βфазы может сохраняться и после закалки. Под воздействием

добавок Ti, Zr и В βфаза измельчается (рис. 18, б), и процесс растворения значительно ускоряется. После закалки предел прочности сплавов с высоким содержанием Mg за счет комплексного легирования малыми добавками титана, бериллия и циркония возрастает до 400 МПа, а относительное удлинение – до 20 %.

По коррозионной стойкости сплавы, AMг10 и AMг10ч превосходят все другие алюминиевые сплавы. Они отлично обрабатываются резанием, полируются, удовлетворительно свариваются. Применяют сплавы с высоким содержанием Mg для корпусных деталей, станин, шпангоутов, работающих в условиях высоких статических и ударных нагрузок и подвергающихся коррозионному воздействию атмосферы и морской воды.

Сплавы V группы представлены в стандарте двумя сплавами системы Al – Zn – Si и одним сплавом системы Al – Zn – Mg. Из диаграммы состояния Al – Zn (рис. 19) видно, что растворимость цинка в алюминии очень велика (84 % при температуре образования эвтектики 382 °С). В твердом состоянии при температуре 275 °С наблюдается своеобразное расслоение твердого раствора (монотектическое превращение) на два твердых раствора, отличающихся содержанием цинка. Однако при комнатной температуре растворимость цинка составляет лишь 2 %. Продуктами распада твердого раствора при понижении температуры являются частицы цинка. Двойные сплавы Al – Zn на практике не применяются. Растворное упрочнение при растворении цинка в алюминии незначительно. Даже при содержании до 20 % Zn сплавы обладают низкими механическими свойствами. Литейные свойства также плохие изза широкого интервала кристаллизации и отсутствия эвтектики. При более высоком содержании цинка сплавы имеют слишком высокую плотность, что сводит к минимуму одно из достоинств алюминиевых сплавов – легкость.

Более удачными оказались попытки дополнительного легирования этой системы кремнием и магнием. Высокая устойчивость твердых растворов цинка и магния в алюминии сообщают сплавам склонность к самозакалке. Они обладают сравнительно высокими механическими свойствами и хорошо обрабатываются резанием. Сплавы можно использовать в литом состоянии без термообработки.

Сплавы АК7Ц9 (АЛ11) и АК9Ц6 (АК9Ц9р) называют цинковистыми силуминами. Они содержат небольшое количество магния, образующего фазу Mg2Si. Кремний образует эвтектику со сложным твердым раствором цинка и кремния в алюминии α(Zn,Si) + Si и обеспечивает хорошие литейные свойства. Механические свойства в литом состоянии выше, чем у обычных силуминов. Со временем прочность возрастает в процессе естественного старения. Сплавы имеют удовлетворительную герметичность, хорошо обрабатываются резанием и свариваются. К недостаткам можно отнести высокую плотность и низкую коррозионную стойкость.

Сплав АК7Ц9 используется в автомобилестроении для изготовления сложных по конфигурации средненагруженных деталей, работающих при температурах не выше 150 °С.

Сплав АЦ4Мг (АЛ24) дополнительно легирован марганцем и титаном. Марганец улучшает коррозионную стойкость сплава. Титан способствует измельчению зерна и, вместе с марганцем, повышает прочность. Наибольшая прочность сплава (до 400 МПа) достигается после закалки и искусственного старения. Сплав имеет пониженные литейные свойства и герметичность, склонен к образованию горячих трещин. Это связано с широким интервалом кристаллизации. Из других особенностей сплава можно отметить структурную стабильность и небольшую склонность к размерным изменениям при длительной эксплуатации. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и обрабатываемостью резанием. Хорошо полируется и удовлетворительно сваривается.

Рекомендуется для изготовления деталей точных приборов, радиои электроаппаратуры, а также для сварных конструкций, работающих в условиях средних статических нагрузок при температурах до 200 °С.

  • Читать все новости