19.3. Термическая обработка алюминиевых сплавов

        Для упрочнения алюминиевый сплавов применяют закалку и старение, а для устранение неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава - отжиг.         Закалка алюминиевых сплавов. Закалка заключается в нагреве сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до нормальных температуры для получения перенасыщенного твердого раствора. Например, температура закалки сплавов системы Al-Cu (рис. 75), определяется линией абс, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих меньше 5,7 % Cu, и ниже эвтектической линии (548⁰С) для сплавов, содержащих большее количество меди.         Основной особенностью алюминиевых сплавов является малый интервал температур нагрева под закалку. Температура нагрева для сплавов Д16 - 485-505⁰С, сплавы В95 - 465-475⁰С и АК6 - 515-525⁰С. Более высокие температуры вызывают пережог (оплавление по границам зерен), что приводит к образованию трещин, пузырей на поверхности полуфабрикатов, снижается сопротивление коррозии, механические свойства и сопротивление хрупкому разрушению. Выдержка должна быть минимальной, обеспечивающей растворение избыточных фаз в твердом растворе.         Охлаждение при закалке должно быть со скоростью выше критической. Под критической скоростью закалки понимают минимальную скорость охлаждения, которая предотвращает распад перенасыщенного твердого раствора, что снижает механические свойства и коррозионную стойкость. Чаще для закалки применяют воду (t = 10-40⁰С). Во избежании частичного распада твердого раствора время переноса нагретого полуфабриката из печи в закалочный бак не должно превышать 15-30 с. Прокаливаемость алюминиевых сплавов составляет d_к = 120-150 мм. (d_к - критический диаметр)         Старение закаленных сплавов. После закалки следует старение, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток (естественное старение) или в течение 10- 24 ч при повышенной температуре 150-200⁰С (искусственное старение). Старение сопровождается распадом перенасыщенного твердого раствора с выделение зон Гинье-Престона. Если сплав после естественного старения кратковременно (несколько секунд или минут) нагреть до 240-280⁰С и затем быстро охладить, то упрочнение полностью снимается, и свойства сплава будут соответствовать свежезакаленному состоянию. Это явление получила название возврат. Однако после возврата и последующего старения ухудшают коррозионные свойства сплава, что затрудняют использовать возврат для практических целей. Для стареющих алюминиевых сплавов разных составов существует свои температурно-временные области зонного (образование зон ГП-1 и ГП-2) и фазового ( - и  - фазового) старения.         После зонного старения сплавы чаще имеют повышенный предел текучести и относительно невысокое отношение __  0,6-0,7, повышенную пластичность, хорошую коррозионную стойкость и низкую чувствительность к хрупкому разрушению (высокое значение К_с1).         После фазового старения отношение __ повышается до 0,9-0,95, а пластичность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению и коррозии под напряжением снижаются.         Структурное упрочнение. Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и другими переходными металлами превышает обычно назначаемую температуру нагрева под деформацию или закалку, поэтому после закалки и старения таких сплавов в них сохраняется нерекристаллизованная (полигонизованная)) структура с высокой плотностью дислокаций, что повышает ее прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения, в результате чего прочностные характеристики повышаются на 30-40 % . Наиболее сильное структурное упрочнение проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы), поэтому это явление применительно к ним называют пресс эффектом.         Диффузионный отжиг (гомогенизация). Этому виду отжига подвергаются слитки перед обработкой давлением для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен и между ветвями дендритов хрупких неравновесных эвтектических включений. В результате чего состав кристаллитов твердого раствора выравнивается, а интерметаллиды растворяются и при охлаждении выделяются виде мелких вторичных включений. Гомогенизация способствует получению мелкозернистой структуры в отожженных листах и уменьшает склонность коррозии под напряжением. В результате пластичность литого сплава повышается что улучшает обработку. Температура гомогенизации лежит в пределах 450-520⁰С, а выдержка составляет 4 - 40 ч. Охлаждение проводят на воздухе или вместе с печью.         Рекристаллизационный отжиг. Такой отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации; применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. температура рекристаллизации отжига в зависимости от состава сплава колеблется от 350 до 500⁰С, выдержка 1-2 ч. После рекристаллизационого отжига сплавов, не упрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения выбирается произвольно. Для сплавов, упрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения до 200- 250⁰С должна быть 30⁰С/ч. Отжиг в качестве промежуточной операции применяют при холодной деформации или между горячей и холодной деформациями.         Отжиг для разупрочнения сплавов, прошедших закалку и старение. Этот вид отжига проводят при 360-450⁰С с выдержкой 1 - 2 ч. при этих температурах происходит полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих фаз. Скорость охлаждения не должна превышать 30⁰С/ч. После отжига сплав имеет низкое временное сопротивление, удовлетворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением.