Деформируемые алюминиевые сплавы

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термообработкой, имеют сравнительно низкую прочность, но более высокую пластичность и кор­розионную стойкость. Их применяют в отожженном состоянии или упрочняют с помощью холодной пластической деформации. К таким сплавам относятся сплавы типа АМц (система А1-Мn) и типа АМг (система Al-Mg). Из сплавов типа АМц изготавливают коррозионностойкие изделия, непосредственно контактирующие с пищевыми средами: емкости, поплавки и поплавковые камеры молочных сепараторов, стаканы центрифуг, оборотные бачки для хранения и транспортировки пива, трубопроводы. Сплав АМг2 применяют для производства тары для консервов и пресервов и ряда средненагруженных деталей трубопроводов и емкостей.

Такие сплавы хорошо обрабатываются давлением и свариваются. Из них обычно изготавливают изделия, получаемые глубокой вытяжкой из листового материала. Благодаря меньшей плотности и достаточной прочности чаще применяют алюминиево-магниевые сплавы. Широкое распространение получили деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой. Примером деформируемых термоупрочняемых алюминиевых сплавов являются сплавы алюминия с медью.

Закалка должна производиться со скоростью, предотвращающей распад пересыщенного твердого раствора. Закалку обычно производят в воде. Сразу после закалки сплавы имеют невысокую прочность и обладают способностью к пластической деформации. Закаленные детали можно подвергать различным технологическим деформирующим операциям: гибке, отбортовке, расклепке заклепок.

С целью дальнейшего упрочнения сплавы подвергают естественному в течение нескольких суток или искусственному старению при температуре около 150 ºС в течение 10-24 ч. Эффективнее естественное старение. В этом случае сплавы имеют более высокую пластичность и менее чувствительны к концентраторам напряжений.

Наиболее распространенными деформируемыми алюминиевыми сплавами являются дуралюмины. Они содержат, %: 2,5-5,0 Сu, 0,4-1,8 Mg, 0,4-0,9 Мn. Медь и магний вводят в сплав для его упрочнения, марганец усиливает упрочняющий эффект и повышает коррозионную стойкость. Наибольшее упрочнение достигается после старения.

Достоинством дуралюминов является высокая удельная прочность, благодаря чему они относятся к числу широко применяемых материалов во многих отраслях техники. В пищевой и холодильной промышленности используют для изготовления емкостей, тестомесильных аппаратов, сепараторов, поплавковых камер, арматуры, трубопроводов и т. д.

Дуралюмины имеют пониженную коррозионную стойкость. Для повышения коррозионной стойкости листы дуралюмина плакируют, т. е. покрывают слоем чистого алюминия и производят совместную прокатку листов. Лист алюминия толщиной 2-5 % от основного металла, сваривается с ним, защищая его, таким образом, от коррозии.

Для повышения коррозионной стойкости деталей из дуралюминов их также подвергают анодной поляризации в 10%-ном растворе серной кислоты. Выделяющийся кислород способствует образованию на поверхности дуралюминовой детали оксидной пленки, предохраняющей ее от окисления.

Деформируемые алюминиевые сплавы на основе Al-Zn-Mg-Cu (В95, В96) имеют наиболее высокую прочность среди всех алюминиевых сплавов σ_в = 500-750 МПа, но невысокую пластичность δ = 7-10 %. Сплавы этой системы легирования используются в самолетостроении для тяжелонагруженных деталей.

Для легирования алюминия применяют литий — самый легкий металл с плотностью 0,5 г/см³. В настоящее время разработаны сплавы систем Al-Cu-Li (ВАД23) и Al-Mg-Li (01420), а также режимы их упрочнения при термической обработке. В сплавах этого типа при искусственном старении достигается большее упрочнение, чем при естественном старении. Сплавы имеют прочность, близкую к прочности дуралюминов (σ_в= 400 МПа), но значительно меньшую плотность. Сплавы обладают высокой технологической пластичностью, особенно при горячей деформации. Из них могут быть получены все виды деформированных полуфабрикатов, включая фольгу.

Сплавы системы Al-Mg-Li являются самыми легкими из всех известных алюминиевых сплавов (на 12 % легче сплава Д16 и на 15 % — сплава В95). Такое существенное снижение массы объясняется тем, что оба легирующих элемента легче алюминия.

Благодаря сочетанию низкой плотности, высокого модуля упругости, коррозионной стойкости и хорошей свариваемости сфера применения сплавов системы Al-Mg-Li в технике непрерывно расширяется.

В России разработан сплав с добавками Sc и Zr, не упрочняемый тер­мической обработкой. Сплав марки 01570 содержит 6 % Mg, но в отличие от сплава АМг дополнительно легирован 0,15-0,35 % Sс 0,05-0,15 % Zr. Скандий проявляет себя как сильный модификатор, способствующий получению плотных слитков с мелкозернистой структурой. При последующих нагревах твердый алюминиевый раствор скандия распадается с образованием дисперсных частиц Al₃Sc, способствующих упрочнению. Если отожженные листы сплава АМг6 имеют σ_в = 340 МПа и σ_0,2 = 180 МПа, то прочность сплава марки 01570 составляет σ_в> 400 МПа, σ_0,2 >300 МПа при высокой пластичности δ=15-20 %. Подобно всем неупрочняемым сплавам на основе Al-Mg, сплав 01570 обладает хорошей свариваемостью, причем скандий оказывает на структуру шва модифицирующее действие.

Подобно сплаву АМг6 сплав 01570 может применяться как криогенный конструкционный материал для работы в среде жидкого кислорода и азота. При уменьшении содержания магния до 4-5 % сплав сохраняет высокую пластичность при температуре жидкого водорода (20 К).

Механические свойства термоупрочняемых алюминиевых Al-Zn-Mg-Cu сплавов одинакового состава при введении малых добавок скандия и циркония приведены в табл. 2.

Таблица 2 Влияние скандия и циркония на механические свойства А1- Zn-Mg-Cu сплавов

Разработан термоупрочняемый слав 01970, содержащий 5,2 % Zn, 2,0 % Mg, 0,3 % Мn, дополнительно легированный 0,2 % Sc и 0,1 % Zr. Его свойства после старения: σ_в = 480-520 МПа; σ_0,2 = 420-490 МПа; δ=11-15% при увеличении сопротивления малоцикловой усталости в 2-2,5 раза по сравнению с обычными высокопрочными сплавами. Сплав имеет высокую коррозионную стойкость. Сварные соединения сплавов, легированные скандием, характеризуются самой высокой прочностью из всех известных алюминиевых сплавов. Они могут быть рекомендованы для наиболее ответственных конструкций.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: