19.5. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

        К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием. Упрочнение сплавов достигается в результате образования твердого раствора и в меньшей степени избыточных фаз.         Сплав АМn представляет собой  - твердый раствор марганца в алюминии и частиц соединения Al₆Mn. Сплавы типа АМn в равновесном состоянии после охлаждения двухфазные  (Al₃Mg₂) (рис. 76а). Магний сильно повышает прочность сплавов (рис. 76 б). Сплавы АМг добавочно легируют марганцем, который, образуя дисперсные частицы, упрочняет сплав и способствует измельчению зерна. Эффект от закалки и старения невелик и поэтому их применяют в отожженном состоянии. Таблица 52

Температура отжига и среда охлаждения для деформируемых алюминиевых сплавах, не упрочняемые ТО

марка	температура отжига, 0С	среда охлаждения
АМц , АМг 2	350-410	воздух
АМг3	270-280	воздух
МАМг5	310-335	воздух

                 Повышение прочности при некотором уменьшении пластичности изделий простой формы достигается нагартовкой. Упрочнение, создаваемое нагартовкой, снимается в зоне сварки.         Сплавы хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высоко коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Сплавы АМц, АМг2, АМг3 применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Для средне нагруженных деталей и конструкций используют сплавы АМг5 и АМг6.

19.6. Литейные алюминиевые сплавы

         Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидко текучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошей механическими свойствами, сопротивлением коррозии. Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. (Al-Si, Al-Cu, Al-Mg).         Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. В зависимости от характера отливки и условий ее работы используют один из видов термической обработке приведенных ниже. 1. Искусственное старение (Т1) при (175 5) ⁰ С в течение 5-20 ч без предварительной закалки, при литье многих сплавов (АЛ4, АЛ5, АЛ3) в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому старение повышает прочность и улучшает обработку резанием. 2. Отжиг (Т2) при 3000С в течение 5 - 10 ч. Охлаждение при отжиге проводят на воздухе. Отжиг применяют для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызванных механической обработкой. Отжиг несколько повышает пластичность. 3. Закалка и естественное старение (Т3, Т4) Температура закалки 510 -520 ⁰ С для сплавов АЛ1, АЛ7 и 535-545 ⁰ С для сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ19 и др. Так как после закалки отливки выдерживают достаточно длительное время при нормальной температуре, режим (Т3) практически соответствует закалке и естественному старению (Т4). 4. Закалка и кратковременное (2-3 ч.) искусственное старение обычно при 150-175 ⁰ С (Т5). При данной температуре и продолжительности процесс старения полностью не заканчивается, поэтому после такой обработки отливки приобретают высокую прочность при сохранении повышенной пластичности. 5. Закалка и полное искусственное старение (Т6) при 200 ⁰ С 3 - 5 ч. Старение при повышенно         температуре по сравнению с режимом Т5 придает наибольшую прочность, но пластичность снижается. 6. Закалка и стабилизирующий отпуск (Т7) при 230 ⁰ С для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при 250 ⁰ С для сплава АЛ19 в течение 3-10 ч. Этот вид обработки используют для стабилизации структуры и объемных изменений отливки при сохранении достаточной прочности. 7. Закалка и смягчающий отпуск (Т8) при 240-260 ⁰ С в течении 3-5 ч. Высокая температура отпуска заметно снижает прочность, но повышает пластичность и стабильность размеров.          Сплавы Al-Si . Эти сплавы, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому сплаву ( рис. 77а ) и поэтому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки большой плотностью. Наиболее распространен сплав, содержащий 10-13% Si (АЛ2), обладающий высокой коррозионной стойкостью.          Кремний при затвердевании эвтектики выделяется в виде грубых кристаллов игольчатой формы, которые играют роль грубых надрезов в пластичном - твердом растворе. Такая структура обладает низкими механическими свойствами ( рис. 77б ). Для измельчения структуры и устранение избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05-0,08 %) . Таблица 53

Химический состав (по легированным элементам) и типичные механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов

Сплав	Содержание элементов, %					Вид термической обработки	Механические свойства
	Mg	Si	Mn	Cu	Другие элементы		в , МПа	0,2 , МПа	
Сплавы Al-Si (силумины)
АЛ2	-	10-13	-	-	-	Т2	180	90	5
АЛ4	0,17-0,3	8- 10, 5	0,25- 0,5	-	0,15 Ti 0,1 Be	T1 T6	180 260	140 200	2 4
АЛ9	0,2- 0,4	6-8	-	-	0,15 Ti 0,1 Be	T4 T5	200 220	140 160	5 3
Сплавы Al-Сu
АЛ7	-	-	-	4-5	0,2Ti	T4 T5	240 260	160 200	7 3
АЛ19	-	-	0,6-0,1	4,5-5,3	0,15-0,35 Ti	T4 T5	320 360	180 250	9 5
Сплавы Al-Mg
АЛ8	9,5- 11,5	-	-	-	0,07 Ti 0,07 Be	T5	350	170	10
АЛ27	9,5- 11,5	-	-	-	0,05-0,15 Ti 0,05-0,22 Zr 0,05-0,15 Be	T4	360	180	18
Жаропрочные сплавы
АЛ1	1,25- 1,75	-	-	3,75- 4,5	1,75-2,25 Ni	T5 T7	260 220	200 180	0,6 1,2
АЛ21	0,8-1,3	-	0,15-0,25	4,6- 6	0,1-0,25 Cr 2,6-3,6 Ni	T2 T7	210 220	- 200	1,2 1,5
АЛ33	-	-	0,6-1,0	5,5- 6,2	0,8-1,2 Ni 0,05-0,2 Zr 0,15-0,3 Ge	T7	280	180	2,0

        В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния и заэвтектический сплав становится доэвтектическим . В этом случае вместо кристаллов избыточного кремния появляются кристаллы - раствора. Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов и - твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия Na ₂ Si, который затрудняет их рост. Такие изменения улучшают механические свойства сплава. Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Доэвтектические сплавы, дополнительно легируемые магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой.         Сплавы сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.          Сплавы Al - Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ9) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие. Сплав АЛ7 используют для отливок небольших деталей простой формы. Склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц CuAl ₂ и Al ₇ Cu ₂ Fe поэтому применяют в закаленном состоянии, если требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению. В сплаве АЛ19 кроме CuAl ₂ образуются фазы Al ₁₂ Mn ₂ Cu и A _l2 Ti, располагающие по границам зерен твердого раствора. Присутствие в твердом растворе марганца и образование по границам интерметаллидных фаз повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно. Упрочнение достигается закалкой и старением. Сплавы малоустойчивы против коррозии и поэтому отливки обычно анодируют. Сплавы Al-Mg. Сплавы алюминия с магнием имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплаву модифицирующих присадок титана и циркония улучшают механические свойства, а бериллия - уменьшают окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.         Структура состоит из -твердого раствора и грубых включений частиц Al ₃ Mg ₃ , которые располагаются по границам зерен, охрупчивая сплав. Сплавы предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации          Жаропрочные сплавы . Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которых изготовляют поршни, головки цилиндров и других деталей, работающих при 275-300 ⁰ С. Структура литого сплава АЛ1 состоит из - твердого раствора, содержащего медь, магний и никель и избыточных фаз A _l2 CuMg и Al ₆ Cu ₃ Ni . Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175⁰С (Т5); поршни подвергаются закалке и старению 200⁰С (Т7). При закалке S – фаза растворяется в - твердом растворе.         Более жаропрочны сплавы АЛ33 и АЛ19. Таблица 54

Длительная прочность жаропрочных алюминиевых сплавов

Сплав	АЛ7	АЛ1	АЛ19	АЛ33
300 100 , МПа	30	45	65	90

        Высокая жаропрочность обусловлена добавками ( таблица 53) , образующие нерастворимые интерметаллиды. Сплав АЛ33 упрочняют закалкой от высокой температуры 545 ⁰ С и старением при175 ⁰ С.         Для крупногабаритных деталей, работающих при 300-350 ⁰ С, применяют сплава АЛ21. Отливки сложной формы подвергают отжигу при 300 ⁰ С. Для получения высоких механических свойства отливки закаливаются от 525 ⁰ С в горячей воде и подвергают стабилизирующему отпуску при 300 ⁰ С (Т7).