Конспект лекций и ответы на экзаменационные вопросы по предмету Термическая Обработка

– Al – Cu – Mn, 3 – Al – Mg – Si, 4 – Al – Mg, 5 – Al – Mg, 9 – Al – Zn – Mg).

3 и 4 цифра – номер сплава.

3. Литейные сплавы.

Аналогична маркировке стали.

А – Al (основа).

2 место – легирующие элементы:

К – Si, М – Cu, Мг – Mg, Мц – Mn, Н – Ni, Ц – Zn.

После каждой буквы, соответствующей легирующему элементу, стоит цифра, показывающая его содержание в целых процентах. Если цифры нет, то количество легирующего элемента равно 1%.

В зависимости от технологии производства выпускаются полуфабрикаты из алюминиевых сплавов после различных вариантов термообработки. В этом случае к основной маркировке в конце добавляются буквы и цифры, показывающие состояние поставки:

А – плакировка.

Б – технологическая плакировка.

М – отожженный.

П – полунагартованный.

Н – нагартованный.

Т – твердый (закалка + естественное старение).

Т1 – закалка + искусственное старение.

ТН – закаленный, нагартованный и естественно состаренный.

Т1Н – закаленный, нагартованный и искусственно состаренный.

Т1Н1 – закаленный, усиленно нагартован и искусственно состаренный.

Сплавы, не упрочняемые термообработкой.

К этой группе относятся технический алюминий, деформируемый алюминий, сплавы Al с Mn (АМц), Al с Mg (АМг).

Сплавы Al c Mn (АМц).

Mn образует с Al интерметаллидную фазу AlMn_6, которая дает эвтектику при температуре 658є С при содержании Mn 1,95%. Количество Mn, которое может перейти в твердый раствор, составляет 0,5% при 500є С. Несмотря на ограниченную растворимость Mn в Al, эффект от упрочняющей термообработки настолько невелик, что эти сплавы считаются не упрочняемыми термообработкой. Mn повышает прочность Al, при этом сохраняется пластичность, высокая коррозионная стойкость, свариваемость. Поэтому из этого сплава делают листы, ленты для холодной штамповки.

Термообработка: рекристаллизационный отжиг 500є С – 1 час. Увеличение температуры или времени выдержки может привести к крупнозернистости. Для измельчения зерна вводят Ti. Повысить прочность можно только наклепом.

Сплавы Al c Mg (АМг).

Mg, растворяясь в Al, сильно увеличивает его прочность. Каждый процент Mg увеличивает прочность на 30 мПа. Однако прочность увеличивается за счет эффекта растворного упрочнения. Выделение вторичной фазы после закалки и старения дает заметный эффект упрочнения только при содержании Mg в сплаве 8%. Сплавы для холодной деформации содержат не более 6% Mg. Эти сплавы также считаются не упрочняемыми.

АМг1 – 1,1% Mg.

АМг2 – 2,5% Mg.

АМг3 – 3,2% Mg.

АМг5 – 5,5% Mg.

АМг6 – 6,5% Mg.

Первые три сплава используются для изготовления листов обшивки.

АМг5 и АМг6 используют в тяжело нагруженных деталях, хорошо свариваются.

Основной вид термообработки: отжиг 450-470є С, продолжительность 0,5-3 часа. Сплавы АМг можно упрочнять деформацией.

Сплавы, деформируемые и упрочняемые термообработкой.

Сплавы Al – Cu – Mg.

Дюралями называют сплавы Al с Cu, к которым дополнительно добавляют Mg и Mn. Упрочняются эти сплавы за счет закалки без полиморфного превращения и последующего старения. Выделение упрочняющих вторичных фаз позволяет блокировать дислокации и увеличивать сопротивление деформации. Особенностью термообработки дюрали является очень узкий интервал закалочных температур. Если сплав недогреть, то не происходит растворения вторичных фаз и эффекта закалки не будет. Если сплав перегреть, то по границам зерен появляется жидкая фаза, происходит усадка, образуется микропористость и резко снижаются прочность и пластичность. После нагрева и выдержки перенос деталей из печи в закалочный бак должен проводиться очень быстро (не более 30 сек). Поэтому для закалки алюминиевых сплавов строят специальную печь. После закалки проводят старение. Для жаропрочных дюралей применяют искусственное старение (120-160є С) от 4 до 12 часов.

1. Дюрали средней прочности Д1, Д6.

2. Дюрали повышенной прочности Д16.

3. Дюрали жаропрочные Д19, ВАД1.

4. Дюрали повышенной пластичности Д18.

Крупным недостатком являются плохая коррозионная стойкость. Для повышения коррозионной стойкости проводят плакировку. Стали групп 2 и 3 подлежат закалке и искусственному старению.

Сплавы Al – Si – Mn.

Основные стали группы: АВ, АД31, АД33, АД35. Данные сплавы используют для изготовления обшивки самолетов.

Термообработка: закалка 540-560є С (охлаждение на воздухе или в масле) + искусственное старение 160-180є С. Сплавы относятся к среднепрочным.

Сплавы Al – Zn – Mg – Cu.

Основные стали группы: В93, В95, В96, В96ц.

Химический состав: 6-8,5% Zn, 2-2,5% Mg, 1-2% Cu.

Сплавы данной группы обладают повышенной прочностью.

Термообработка: закалка 450-470є С (охлаждение в кипящей воде) + искусственное старение 175є С. Если требуется максимальная вязкость, то сплав подвергают перестариванию (Т2). Высокопрочные сплавы используют для тяжело нагруженных элементов каркаса самолетов. Недостаток данных сплавов – плохая коррозионная стойкость, хрупкость.

Сплавы Al – Cu – Mn.

Основные стали группы: Д20.

Данные сплавы являются жаропрочными.

Рабочие температуры от –250є С до 250є С.

Упрочняются термообработкой, хорошо свариваются, имеют хорошую коррозионную стойкость.

Сплавы Al – Zn – Mg.

Основные стали группы: 1915, 1925.

Понижено количество Zn. Данные стали разработаны для замены АМг6. Стали хорошо свариваются, имеют хорошую коррозионную стойкость. Упрочняются термообработкой (закалка + старение). Сплавы относятся к среднепрочным.

Сплавы АК.

Основные стали группы: АК4, АК41, АК6, АК8, АК10, АК12.

Эти сплавы для горячей штамповки. Сплавы относятся к группе высокопрочных. Они упрочняются термообработкой (закалка + старение), не поддаются сварке.

Добавки Fe и Ni позволяют получить в сплаве труднорастворимые упрочняющие фазы.

Поэтому детали не теряют прочности при температуре 300є С. Вместе с тем при нормальной температуре прочность и пластичность меньше, чем у дюралей.

Сплавы Al – Li – Cu, Al – Li – Mg.

Li имеет хорошую растворимость и упрочняет сплав. Введение Li повышает упругость и жесткость конструкции. Сплавы имеют плохую технологичность и сильно окисляются.

Специальные алюминиевые сплавы.

Основные стали группы: САП1, САП2, САП3.

После прокатки получают либо листы, либо профили. При этом основа сплава – чистый алюминий. А в качестве упрочняющей фазы выступает окись алюминия, в которую покрыты частицы порошка. При горячей деформации окисная пленка дробится, измельчается и равномерно распределяется по всему объему полуфабриката. В процессе нагревания такая окисная пленка не растворяется вплоть до расплавления, что позволяет сохранить прочность при рабочих температурах до 350є С. Эти сплавы являются самыми жаропрочными. При нормальной температуре прочность и пластичность хуже, чем у дюралей. А максимальная жаропрочность зависит только от количества окислов внутри металла. Если в качестве исходных материалов брать более мелкий порошок, то объемная доля окислов увеличивается, соответственно увеличивается сопротивление деформации. Поэтому, изменяя размер порошка, изменяют количество окислов.