Файл: Дорофеев, А. Л. Индукционная структуроскопия.pdf

№ 4-004-64). Наиболее чистый технический алюминий марки АВ0000 содержит 0,004% примесей.

Железо почти нерастворимо в алюминии, и эта при­ месь наблюдается в нем в виде эвтектики или темных пластинок соединения «FeAl3.

Кремний дает с алюминием твердый раствор с макси­ мальным пределом насыщения 1,85%. Сплавы алюминия с кремнием известны в основном как литейные сплавы.

Деформируемые сплавы на основе алюминия имеют в своем составе медь, магний, цинк, марганец и другие компоненты.

4-2. ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СПЛАВЫ

Двухкомпонентные сплавы служат основой для изу­ чения свойств многокомпонентных промышленных спла­ вов алюминия.

По влиянию на электропроводность химические ком­ поненты сплавов на основе алюминия делятся на три

группы: золото, бериллий, никель, железо,, цинк, крем­ ний— весьма мало влияют на электрическую проводи­ мость; медь, серебро, магний —более сильно влияют на электрическую проводимость; титан, ванадий, марганец— сильно влияют на электрическую проводимость.

На рис. 4-2 показано влияние содержания отдельных компонентов на электрическую проводимость алюминие-

Термически не упрочняемые сплавы применяют для мало нагруженных деталей, изготовляемых холодной штамповкой с глубокой вытяжкой,.для сварных деталей, а также для изделий, не испытывающих воздействия коррозии.

Остановимся иа важнейшем двухкомпонентном спла­ ве: сплаве'алюминия с медью. Добавка меди к алюми­ нию дает твердый раствор. Он насыщается при 5,7% Си. Медь определяет поведение сплава при термической обработке, его физические и технологические свойства. При большом содержании меди появляется эвтектика, состоящая из твердого раствора и химического соедине­ ния СііАІг. На основе этого сплава разработаны различ­ ные марки дюралюминия.

52

Твердые растворы значительно превосходят по твер­ дости чистые металлы и в отличие от химических соеди­ нений обладают превосходной 'пластичностью.

В сплавах, не содержащих эвтектики, после затверде­ вания получается одни твердый раствор, а затем с по­ нижением температуры из него выпадают вторичные выделения СиА12, так как при охлаждении предел насы­ щения твердого раствора уменьшается до 0,1% Си. Та­ ким образом, сплав AI—Си является двухфазным (твер­ дый раствор на основе, алюминия и избыточная твердая фаза). При нормальной температуре он состоит из твер­ дого раствора с 0,1% Си и более или менее крупных включений СиАІ2. При закалке при температуре около 500 °С быстрое охлаждение предупреждает выделение частиц СиАІ2 из твердого раствора. Тогда при нормаль­ ной температуре получается нераспавшийся однофазный твердый раствор,'который будет неустойчивым — перена­ сыщенным. Медь свыше 0,1% будет стремиться выде­ литься из твердого раствора. При старении с течением времени образуются дисперсные соединения СиА12 .

Распад пересыщенного раствора происходит в не­ сколько стадий в зависимости от температуры и продол­ жительности старения. При естественном старении про­ исходит собирание меди в определенных плоскостях кри­ сталлической решетки твердого раствора. Эти зоны име­ ют форму тончайших дисков толщиною в .несколько атомных слоев (зоны Гинье — Престона). Они препятст­ вуют движению дислокаций, что приводит к 'повышению прочности [Л. 72, 73].

При искусственном старении (150—180°С и выше) образуются зоны Гинье — Престона большей величины, что при выдержке ведет к образованию тонкопластичных частиц промежуточной фазы, вызывающей упрочнение.

По закону Н. С. Курнакова распад твердого раствора должен сопровождаться уменьшением электрического со­ противления. У некоторых составов сплава AI—Си этот закон нарушается, так как при старении сопротивление заметно увеличивается.

Для сплавов А]—Си характерно .явление возврата свойств при старении. Сущность его состоит в том, что состаренный при комнатной температуре твердый рас­ твор 'после кратковременного нагрева (в течение несколь­ ких минут и даже нескольких десятков секунд при над­ лежащим образом выбранных температурах) и при более

53

(прокаткой, прессованием, ковкой, штамповкой, волоче­ нием и т. п.), имеют различные механические свойства. При этом наибольшее увеличение предела прочности и текучести с 'пониженным значением удлинения получа­ ются у изделий, прессованных вдоль волокна. Это явле­ ние получило название «пресс-эффекта».

Для изучения природы «пресс-эффекта» исследова­ лось влияние химического состава сплава, степени и тем­ пературы деформации, скорости прессования, характера и величины деформации и внутренних напряжений на электрическую проводимость сплава этой системы.

Бесконтактный метод измерения электрической про­ водимости позволил провести оценку состояния твердого

прессования (исследовалось влияние подпрессовки, тем­ пература и степень деформации). Проведено большое число замеров электрической проводимости в исходных слитках, в пресс-остатках и прутках в различных состоя­ ниях: после прессования, закалки и старения. Электри­ ческая проводимость измерялась в осевой плоскости' раз­ резанного пресс-остатка и прутка. Перед замером прессостаток или пруток, разрезанный вдоль оси иа две части, фрезеровался, зачищался наждачной шкуркой и подвер­ гался глубокому травлению. Принятая методика устра­ няла возможность нагартовки поверхностного слоя.

Измерения электрической проводимости, выполнен­ ные параллельно с металлографическим анализом и измерениями, твердости, позволили оценить состояние твердого раствора в сплаве.

Результаты этих экспериментов мы рассмотрим после краткого знакомства с электрическими свойствами основных промышленных сплавов.

Сопоставление результатов исследований изменения электрической проводимости двойных сплавов на основе алюминия с Си, Zn, Ag, Mg и Si показало, что электри­ ческая проводимость сплавов непосредственно после за­ калки быстро растет. Однако скорость роста и абсолют­ ная величина электрической проводимости для различ­ ных добавок неодинакова.

54

Электрическая проводимость сплава с 3% Си, закаленного прЛ 'іем.пературе 500 °С, уже через 1 мин старения при 20 °С увеличи­ вается на 2%. Максимальное увеличение электрической проводимо­ сти составляет 3—4%. Электрическая проводимость сплава с 3% Zn в аналогичных условиях не изменяется. Повышение содержания Zn в сплаве приводит к изменению электрической проводимости при

время закалки. Изменение электрической проводимости сплавов при старении определяется двумя независимыми одновременно протекаю­ щими процессами: распадом твердого раствора и перераспределением атомов легирующего элемента. С увеличением содержания легирую­ щего элемента уменьшается влияние первого процесса. Максимум электрической проводимости связан с распадом твердого раствора и образованием скопления атомов.

Легирование алюминия магнием и кремнием приводит к неболь­ шому увеличению его электрической проводимости в начале старения. Далыіешая выдержка при комнатной температуре не изменяет электрических свойств этих сплавов. При сравниваемых условиях время достижения максимума электрической проводимости лри ста­ рении алюминиевых сплавов с добавкой 1,3% Zn и Си составляет соответственно 1,52 и 3 600 сек. Это время зависит от скорости диф­ фузии атомов и увеличивается с увеличением различия атомных ра­ диусов (Л. 70].

Интересно влияние железа на старение сплава А!—Си. При от­ сутствии железа эти сплавы способны к старению при комнатной температуре. Однако при небольших добавках железа (а также ко­ бальта, никеля, молибдена) эта способность полностью утрачивает­ ся. Магнии в этом отношении противоположен железу. Добавки его полностью' восстанавливают утраченную способность к старению.

К двухкомпонентыым сплавам относится литейный сплав — силумин. Он содержит 10—13% Si. Упрочнение этого сплава достигается модифицированием. После мо­ дифицирования (Na, NaFe и NaCl), эвтектика становит­ ся мелкозернистой, а прочность достигает 15 кгс/ммг и более. Электрическая проводимость зависит от процент­ ного состава примесей (меди ч железа).

По величине электрической проводимости сплава можно контролировать его состав и следить за модифи­ кацией (в пределах одной плавки). Делались успешные попытки оценивать процентное содержание железа, од­ нако следует подчеркнуть, что для многокомпонентных сплавов этот метод применим лишь тогда, когда изме­ няется лишь одна из компонент сплава. Проводится про-

55

мышленный контроль степени модификации некоторых силуминов. Например, модифицированный сплав А14 имеет электрическую проводимость 20,6 м/(ом-мм2), а немодифицпрованнын 16,9—17,4 м/ (ом • мм2).

4-3. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ (ДЕФОРМИРУЕМЫЕ) СПЛАВЫ

Среди многокомпонентных сплавов можно выделить сплавы системы AI—Си—Mg (дюрали), например Д16 и Д1, оплав авиль, отличающийся от дюралей механизмом упрочнения, высокопрочные алюминиевые сплавы, со­ держащие цинк (В93, В95), алюминиевые сплавы для ковки и штамповки (АК6 и АК8) и жаропрочные сплавы типа АК4-1. Сплавы типа AI—Си—Mg применяются в основном в естественно состаренном состоянии, а спла­ вы AI—Mg—Zn; Al—Mg—Zn—Си — после искусственно­ го старения [Л. 40].

Al2 CuMg. Добавления марганца к существенным изме­ нениям твердости не ведут. Однако его присутствие уве­ личивает сопротивление коррозии.

Сплавы с содержанием меди, близким к 4,0%, а маг­ ния и марганца в любых количествах обладают устойчи­ вым твердым раствором. У сплавов, содержащих боль­ шее количество меди (5%), твердый раствор менее устойчив.

Примерный химический состав, механические свойст­ ва и электрическая проводимость сплава Д16 приведены в табл. 4-1 при трех температурах закалки: 490, 500 и 510°С.

Данные, приведенные в таблице, получены по результатам изме­ рений, проделанных автором совместно с Е. И. Шиловой и 3. В. Че­ ренковой на образцах, пресссгванпых из слитков. Прессованные за­ готовки отжигались при температуре 400 °С в течение 2 ч и охлаж­ дались до 280 °С со скоростью 30 °С/ч. Далее образцы толщиной 6 мм прокатывались в холодном состоянии с промежуточным отжи­ гом по тому же режиму, до толщины листов 2 мм. Образцы выреза­ лись в .поперечном направлении по отношению к іпрокатке. Механи­ ческие характеристики приведены при температуре закалки 500 С С (вводе) и естественном старении при 170±5°С.

56