Цветные металлы и сплавы (стр. 7 )

Сплав АД33 кроме Mg и Si содержит Cu и Cr, что обеспечивает более высокую прочность, чем у АД31. Сплав обладает высоким сопротивлением коррозионной усталости.

По уровню прочности сплавы АД35 и АВ близки, но достигается этот уровень различными способами. В сплаве АД35 предусмотрено высокое содержание марганца, а в сплаве АВ дополнительно введена медь. Сплав АД35 имеет высокую коррозионную стойкость.

В системе Al—Mg—Si существует квазибинарное сечение Al—Mg2Si (рис. 16.3), которое делит диаграмму состояния на две самостоятельные системы Al—Si—Mg2Si и Al—Mg5Al8—Mg2Si. В равновесии с алюминиевым твердым раствором находятся три фазы: Si, Mg5Al8, Mg2Si.

Рис. 16.3. Алюминиевый угол диаграммы Al—Mg—Si. Распределение фазовых областей в твердом состоянии

Квазибинарный разрез отвечает соотношению концентраций Mg / Si = 1,73. В зависимости от концентрации магния и кремния сплавы могут располагаться в фазовых областях: a + Mg2Si или a +  Mg2Si + Si. Сплавы АД31, АД35 и АВ имеют фазовый состав a + Mg2Si +Si, а сплав АД33 — фазовый состав a + Mg2Si. Растворимость магния и кремния с понижением температуры уменьшается, что лежит в основе термического упрочнения.

Уровень механических свойств в основном определяется содержанием Mg2Si, однако добавки марганца, хрома и меди вносят дополнительное упрочнение.

Термическая обработка. Сплавы упрочняются термической обработкой по следующим режимам:

закалка (нагрев до 510–535 ° С и последующее охлаждение в холодной воде) + естественное старение в течение 10–15 сут.; закалка + искусственное старение при 160–170 ° С в течение 10–12 ч.

Процесс естественного старения сплавов системы Al—Mg—Si замедленный по сравнению со сплавами типа дуралюмина. Эффект естественного старения достаточно высок и составляет 30–40 % от s в и около 50 % от s 0,2 в свежезакаленном состоянии. Максимальные прочностные свойства при удовлетворительной пластичности обеспечиваются искусственным старением.

Упрочнение при старении сплавов системы Al—Mg—Si вызывается зонами Гинье—Престона и метастабильными выделениями фазы b ¢ на базе соединения Mg2Si. В процессе распада пересыщенного твердого раствора последовательно выделяются зоны игольчатой формы с последующим упорядочением структуры b ¢ ¢ , метастабильная фаза b ¢ , стабильная фаза b пластинчатой формы.

Максимальное упрочнение обусловлено преимущественно выделениями b ¢ или b ¢ ¢ + b ¢ — фаз с размером частиц около 0,03 мкм, что на порядок меньше, чем в других стареющих сплавах. Упрочнение в сплавах системы Al—Mg—Si является в основном следствием химических эффектов, поскольку значительных когерентных напряжений на межфазных границах не обнаружено.

Важно отметить, что искусственное старение необходимо проводить не позднее 20–30 мин после закалки. В противном случае эффект упрочнения уменьшается (в частности, s в и s 0,2 снижаются на 30–50 МПа при перерыве между закалкой и искусственным старением более 1 ч). Для предотвращения этого явления (в случае технологической невозможности проведения искусственного старения сразу после закалки) рекомендуется кратковременное искусственное старение при 150–180 ° С в течение 5–20 мин сразу после закалки. Это обеспечивает максимальное упрочнение при искусственном старении независимо от продолжительности предшествующего вылеживания.

Отжиг полуфабрикатов рекомендуется проводить при температурах 350–370 ° С (АД35, АВ), 350–400 ° С (АД31), 380–420 ° С (АД33). Охлаждение производится в печи со скоростью 30° /ч до температуры 250 ° С, дальнейшее охлаждение — на воздухе.

Технологические свойства. Сплавы АД31, АД33, АД35 и АВ хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Пластичность сплавов при температуре обработки давлением 450–500 ° С высокая. Допустимая степень деформации за один прогрев 85 %.

Для обеспечения высокой пластичности при холодной деформации сплавы отжигают (см. выше). Для снятия технологического наклепа, полученного в результате холодной деформации, рекомендуется проводить отжиг при 350–370 ° С в течение 0,5–1,5 ч, охлаждение на воздухе.

Пластичность сплавов системы Al—Mg—Si в отожженном состоянии хорошая, в естественно и искусственно состаренном состояниях удовлетво-рительная (табл. 16.15).

Обрабатываемость резанием сплавов Al—Mg—Si в отожженном состоянии неудовлетворительная, в естественно и искусственно состаренном состояниях удовлетворительная.

Таблица 16.15

Параметры штампуемости листов из сплавов системы Al—Mg—Si

Сплав	Состояние	Квыт	Котб	Квыд, %	Rmin, мм
АД33	М	1,8–1,95	1,35–1,55	12–15	(0,8–1,25) × s
АД35	З*	1,7–1,8	1,3–1,5	10–12	(1,0–1,55) × s
АВ	Т1	–	–	–	(2,0–2,5) × s

* Свежезакаленное состояние.

Сплавы АД31, АД33 и АД35 при сварке плавлением и контактной сварке обладают удовлетворительной свариваемостью. Сплав АВ хорошо сваривается дуговой и контактной сваркой.

Для указанных сплавов рекомендуется присадочная проволока СвАК5. Временное сопротивление s в сварного соединения с предварительной закалкой и искусственным старением материала не ниже 0,7 от s в основного материала. Искусственное старение сварного соединения повышает его s в до 0,8–0,9 от s в основного материала.

Применение. Из сплавов АД31, АД33 и АД35 выпускаются преимущественно прессованные полуфабрикаты и штамповки, а из сплава АВ — плиты, листы, прессованные полуфабрикаты и штамповки. Механические характеристики полуфабрикатов сплавов приведены в табл. 16.16.

Сплав АД31 применяется для деталей невысокой прочности (s в £ 200 МПа) с хорошей коррозионной стойкостью и декоративным видом, работающих в интервале температур от –70 до 50 ° С. Сплав применяется с различными цветовыми покрытиями, в том числе для ювелирных изделий «под золото», отделки кабин самолетов и вертолетов. Цветовые покрытия на изделиях из сплава АД31 (и других алюминиевых сплавов) получают двумя способами:

– непосредственно при электрохимическом оксидировании в растворе щавелевой кислоты. При этом декоративная окраска образующейся оксидной пленки зависит от плотности тока I и может иметь цвет серебристый при I = 1,5–2,0 A/дм2, желтый (под латунь) при I = 3,0 A/дм2 или коричневый при I = 5 A/дм2;

– адсорбционным окрашиванием пористых оксидных пленок, полученных химическим оксидированием в растворе серной кислоты. Процесс окрашивания основан на способности оксидных пленок впитывать и удерживать в себе красящие вещества (органические красители или минеральные пигменты). Получаемая цветовая гамма покрытий в данном случае может меняться от черного до золотисто-желтого цвета.

Таблица 16.16

Гарантируемые механические характеристики полуфабрикатов из сплавов системы Al—Mg—Si

Сплав	Полуфабрикат	Состояние	Толщина (s) или диаметр (d), мм или масса (m), кг	Направление вырезки образцов	s в, МПа	s 0,2, МПа	d, %
не менее
АД31	Прессованный профиль	Т	s £ 125	Д	140	70	13
Пруток	5 £ d £ 300
Прессованный профиль	Т1	s £ 125	200	150	8
Пруток	5 £ d £ 300
АД33	Прессованный профиль	Т	Всех размеров	Д	180	110	15
Пруток	5 £ d £ 300	180	110	15
Прессованный профиль	Т1	s £ 10	260	230	10
Пруток	5 £ d £ 300	270	230	10
Штамповка	m £ 10	270	200	8
30 £ m £ 425	250	190	6
АВ	Прессованный профиль	Т	s £ 125	Д	180	–	14
Пруток	5 £ d £ 300	180	–	14
Труба прессованная	s ³ 5 (стенка)	210	–	14
Труба катаная, тянутая	Всех размеров	210	–	14
АВ	Прессованный профиль	Т1	s £ 125	Д	300	230	10
Пруток	5 £ d £ 300	300	–	12
Труба прессованная	s ³ 5 (стенка)	310	230	8
Труба катаная, тянутая	Всех размеров	310	–	8
Поковка	m £ 1500	280	–	10
Штамповка	m £ 200	Д	300	220	12
П	270	–	4
АВ	Лист неплакированный	М	0,5 £ s £ 5	П	150	–	20
5 £ s £ 10,5	150	–	15
Т	0,6 £ s £ 0,3	200	–	20
3 £ s £ 5	200	–	18
5 £ s £ 10,5	180	–	16
Т1	0,4 £ s £ 5	300	–	10
5 £ s £ 10,5	300	–	8
АВ	Плита	Т	11 £ s £ 25	П	180	–	14
25 £ s £ 40	170	–	12
40 £ s £ 80	170	–	10
Т1	11 £ s £ 25	П	300	–	7
25 £ s £ 40	290	–	6
40 £ s £ 80	280	–	6

Сплав широко используется в гражданском строительстве для оконных витражей, дверных рам, перегородок, эскалаторов, а также в мебельной, автомобильной, легкой промышленностях. При применении специальной термомеханической обработки сплав АД31Е приобретает высокие электрические свойства при относительно высоких прочностных свойствах.

Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности (s в £ 270 МПа), от которых требуется удовлетворительная коррозионная стойкость во влажной воздушной и морской средах (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов). Сплав АД33 и его сварные конструкции успешно работают при температурах до 200 ° С, а также в криогенной технике (трубопроводы, патрубки), в судостроении и гражданском строительстве.

Сплав АД35 применяется для деталей средней прочности (s в ³ 300 МПа) в закаленном и искусственно состаренном состояниях или при s в ³  200 МПа в закаленном и естественно состаренном состояниях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и равномерная структура, практически без крупнокристаллического ободка (см. гл. 3). В судостроении для различных деталей и конструкций используются профили из этого сплава в закаленном и естественно состаренном состояниях.

Сплав АВ (s в ³ 300 МПа) применяется для деталей самолетов, двигателей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях, лопастей вертолетов, штампованных и кованых деталей сложной формы.

Ковочные сплавы системы Al—Cu—Mg—Si

К этой системе принадлежат сплавы АК6 и АК8 (табл. 16.17), которые обладают хорошей пластичностью и стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. Их применяют для изготовления штамповок и поковок. Эти сплавы термически упрочняемые.

Дополнительное легирование сплавов медью повышает эффект упрочнения по сравнению с авиалями при некотором снижении относительного удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию.

Небольшие добавки титана (0,10–0,15 %) и хрома (≈ 0,01 %) позволяют устранить столбчатую структуру слитков и повысить пластичность в горячем состоянии. После термообработки сплавы с этими добавками имеют сильно измельченную структуру и повышенные механические свойства.

Распад твердого раствора при старении в сплавах системы Al—Cu—Mg—Si протекает по двум направлениям: b ¢ ¢ ® b ¢ ® b (Mg2Si) и q ¢ ¢ ® q ¢ ® q (CuAl2). При наибольшем упрочнении сплава АК6 наблюдается фаза q ¢ ¢ , сплава АК8 — фаза q ¢ . В сплавах АК6 и АК8 могут присутствовать частицы избыточной фазы Mg2Si, а в сплаве АК8 — также фазы W (AlCuMgSi) и частицы нерастворимого соединения AlFeMnCuSi.

Термическая обработка. Сплавы АК6 и АК8 применяются в закаленном и, как правило, в искусственно состаренном состоянии. Режимы их термической обработки приведены в табл. 16.18.

Для получения высоких механических свойств полуфабрикатов и деталей из этих сплавов охлаждение при закалке проводят в воде с температурой не выше 40 ° С. Для снижения закалочных напряжений и коробления при закалке массивных, сложных по конфигурации деталей и полуфабрикатов из сплавов АК6 с толщиной стенки до 30 мм допускается охлаждение в воде, нагретой до 80–90 ° С, а с толщиной до 150 мм — до 70–80 ° С. Закалка в горячей воде вызывает снижение прочностных характеристик на ≈ 5 %, но не ухудшает другие свойства. При этом наблюдается некоторое повышение сопротивления коррозионному растрескиванию.

Таблица 16.17

Марки и химический состав (масс. %) сплавов системы Al—Cu—Mg—Si
(остальное — Al) (ГОСТ 4784–97)

Марка сплава	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Ni	Другие элементы
Российская	Международная
АК6 1360	–	0,7–1,2	0,7	1,8–2,6	0,4–0,8	0,4–0,8	–	0,3	0,1	0,1	–
АК6ч	–	0,7–1,2	0,4	1,8–2,6	0,4–0,8	0,4–0,8	–	0,3	0,1	0,1	–
АК8 1380	2014	0,5–1,2	0,7	3,9–5,0	0,4–1,0	0,2–0,8	0,1	0,25	0,15	–	Ti + Zr: 0,2

Таблица 16.18

Рекомендуемые режимы термической обработки сплавов АК6 и АК8

Сплав	Полуфабрикат	Закалка	Старение
температура, ° С	закалочная среда	вид	температура, ° С	выдержка, ч
АК6, АК6ч	Все виды	505–525	Вода	Естественное Т	20	96
Т1	155–165	10–15
Т2	195–205	11–13
АК8	Поковки, штамповки	495–505	Вода	Естественное Т	20	96
Т1	155–165	10–15
Т2	195–205	11–13
Прессованные	Естественное Т	20	96
Т1	165–175	10–12

Сплав АК6, так же, как сплавы системы Al—Mg—Si, чувствителен к перерыву между закалкой и искусственным старением (см. выше). Сплав АК8 к такому перерыву не чувствителен, и его вылеживание после закалки не сказывается на механических свойствах после последующего искусственного старения.