Термическая обработка алюминиевых сплавов

Алюминий

Алюминий по своей распространенности в земной коре занимает первое место среди металлов и третье среди всех элементов. По разным исследованиям концентрация данного металла в земной коре составляет от 7,45 до 8,14 %. В природе алюминий встречается только в соединениях, самыми распространенными из которых являются:

• александрит,
• бокситы,
• нефелины,
• берилл,
• алуниты,
• каолинит,
• алуниты,
• полевые шпаты,
• корунд,
• глиноземы.

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Алюминий обладает следующими физическими свойствами: плотность - 2712 килограмм на кубометр, температура плавления около 660 градусов по Цельсию, температура кипения более 2500 градусов по Цельсию, высокая пластичность, твердость от 24 до 32 по Бриннелю, твердость по Моосу 2,75.

Алюминиевые сплавы

Самыми распространенными сплавам алюминия являются:

1. Алюминиево-марганцевые сплавы. Данные сплавы характеризуются сочетанием хорошей пластичности, коррозионной стойкости, свариваемости, высокой усталостной прочности и удовлетворительной прочности. Содержания магния составляет от 1 до 6%. Чтобы улучшить прочностные характеристики алюминиево-магниевого сплава его легируют ванадием, титаном, кремнием, хромом или марганцем.
2. Алюминиево-марганцевые сплавы. Данные сплавы обладают хорошими свариваемостью, пластичностью, технологичностью, прочностью и высокой коррозионной стойкостью. Основными примесями в таком сплаве являются железо и кремний, способствующие уменьшению растворимости марганца в алюминии.
3. Алюминиево-медные сплавы. Данные сплавы обладают механическими свойствами, которые превышают свойства низкоуглеродистых сталей, хорошо поддаются механической обработке. Их основной недостаток - низкая коррозионная стойкость.
4. Сплавы алюминий-медь-кремний. Данные сплавы используются во втулочных подшипниках и в производстве блоков цилиндров с формообразованием. Они обладают высокой твердостью поверхности.
5. Сплавы алюминий-цинк-магний. Данные сплавы обладают высокой прочностью и хорошей обрабатываемостью. Значительный недостаток сплавов алюминий-цинк-магний является очень низкая коррозионная стойкость под воздействием механического напряжения, которая может быть увеличена за счет легирования медью.
6. Алюминий-кремниевые сплавы. Данные сплавы являются литейными и обладают малой усадкой при кристаллизации расплава.
7. Сплавы алюминий-магний-кремний. Данные сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Основными способами термической обработки алюминиевых сплавов являются закалка, отжиг старение и термомеханическая обработка. Отжиг применяется в том случае, когда возникшее неравновесное состояние сплава является причиной появление нежелательных свойств, например, пониженной пластичности. В данном случае могут быть применены гомогенизационный или рекристаллизационный отжиг. В промышленных масштабах температура гомогенизационного отжига составляет от 450 до 560 градусов по Цельсию, а время выдержки от 4 до 36 часов. Рекристаллизационный отжиг применяется в качестве промежуточного этапа между холодной и горячей деформацией. В некоторых случаях он применяется, как последний этап термической обработки деформированных полуфабрикатов. Для промышленных алюминиевых сплавов температура рекристаллизационного отжига составляет от 300 до 500 градусов по Цельсию, выдержка от 30 минут до 2 часов.

3акалка для алюминиевых сплавов применяется с целью получения пересыщенного твердого раствора. Например, в алюминиево-медном сплаве, с содержанием меди 4 % ее растворимость в алюминии составляет 0,2 %, а после закалки увеличивается в 20 раз. Температура нагрева при закалке составляет от 450 до 560 градусов по Цельсию. Для литейных сплавов выдержка может продолжаться десятки часов, а деформированных сплавов десятки минут.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании термической обработки и пластической деформации. Для сплавов алюминия применяются три вида термомеханической обработки:

1. Низкотемпературная обработка, цель которой - увеличение прочности, при заметном снижении пластичности.
2. Высокотемпературная обработка, цель которой - увеличение коррозионной стойкости и прочности при сохранении высокой пластичности.
3. Межоперационная термомеханическая обработка, цель которой - увеличение равномерности свойств по объему, повышение пластичности в высотном и поперечном направлениях и уменьшение анизотропии.

Старение представляет собой выдержку закаленного на пересыщенный твердый раствор сплава при относительно низких температурах, при которых начинается распад пересыщенного твердого раствора. Цель старения алюминиевых сплавов заключается в дополнительном повышении прочности закаленных сплавов.