Материал: Фазовые равновесия и структурообразование сплавов на основе алюминия и магния для авиационной промышленности. Жиляков Д.Г., Горожанкина О.В

Растворимость кремния в твердом алюминии при этой температуре составляет 1,65 %. С понижением температуры до 200 °С она уменьшается до 0,05 %.

Рис. 2. Изменение предела прочности и относительного удлинения алюминия от степени деформации [2]

0

Рис. 3. Изменение предела прочности и относительного удлинения алюминия от температуры отжига [2]

6

Диаграмма состояния алюминий – железо сложная, с несколькими промежуточными фазами. Наиболее богатым алюминием является соединение FeAl3. Между ним и алюминием имеется эвтектическая точка при 655 °С и 1,8% железа (рис.5). Растворимость железа в твердом алюминии при эвтектической температуре составляет 0,05 %, ниже 400 °С она падает до нуля. Это означает, что в двойных доэвтектических сплавах алюминия с железом последнее всегда выделяется в виде включений фазы FeAl3, которые имеют либо эвтектическое происхождение, либо появляются из-за распада твердого раствора. Эвтектические выделения могут образовываться при значительно меньших концентрациях железа, чем 0,05% из-за неравновесной кристаллизации.

В алюминии, содержащем одновременно железо и кремний, кроме указанных фаз, характерных для двойных систем, могут появляться и сложные тройные соединения – α-FeAlSi и β-FeAlSi. Они могут появляться непосредственно при кристаллизации в случае больших содержаний примесей или в результате распада твердого раствора.

Рис. 4. Диаграмма состояния системы алюминий

– кремний [1]

7

Рис. 5. Диаграмма состояния системы алюминий

– железо [1]

Примеси железа и кремния в алюминии являются вредными, так как существенно снижают его пластические свойства. Обе эти примеси не только содержатся в первичном алюминии, их количество непрерывно увеличивается в алюминиевых сплавах при переплавах из-за взаимодействия с кремнеземом огнеупоров и стальным плавильным инструментом (ложками, скребками).

Особенность алюминия как основы сплавов состоит в том, что он ни с одним металлом не дает непрерывный ряд твердых растворов. Только в системе с цинком (рис. 6) при повышенных температурах имеется достаточно большая область твердых растворов. Сплавы этой системы образуют эвтектическую систему при температуре 382 °С с богатой цинком эвтектикой при содержании 97-99 % Zn. Максимальная растворимость цинка в алюминии – 82,2 %. В области α- твердого раствора ниже температуры 391 °С имеется разрыв. Обогащенная цинком α-фаза при температуре 275 °С распада-

8

ется с образованием эвтектической смеси алюминия с 31,6 % Zn и цинка с 0,6 % Аl. Далее растворимость цинка понижается и при температуре 100 °С она составляет всего 4 %.

Рис. 6. Диаграмма состояния системы алюминий

–цинк [1]

Вподавляющем большинстве случаев в двойных системах алюминий – металл появляются хрупкие промежуточные фазы. Следовательно, упрочнять алюминий посредством образования твердых растворов возможно лишь в ограниченной степени. Поэтому используют другой путь упрочнения – посредством образования частиц соединений в матрице твердого раствора. Этот путь неизбежно предопределяет использование термической обработки – закалки и старения. Ограниченность же области твердых растворов на основе алюминия вынуждает задавать такое содержание каждого легирующего компонента, которое не приводило бы к появлению излишнего количества хрупких промежуточных фаз.

9

1.2.Классификация алюминиевых сплавов

Кпреимуществам алюминиевых сплавов относятся высокая удельная прочность и способность сопротивляться

инерционным и динамическим нагрузкам. Предел прочности алюминиевых сплавов достигает 50-70 кгс/мм2 при плотности не более 2,85 г/см3. По удельной прочности некоторые алюминиевые сплавы приближаются к высокопрочным сталям.

Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие тепло- и электропроводность и хорошие технологические свойства.

В качестве основных легирующих элементов алюминие-

вых сплавов применяют Cu, Mg, Si, Mn, Zn; реже – Li, Ni, Ti, Be, Zr. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости и

промежуточные фазы с алюминием и между собой (CuAl2, Mg2Si и другие).

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления, способности к термической обработке и свойствам (табл. 1).

Деформируемые алюминиевые сплавы, как правило, содержат 2 – 3 и более легирующих компонентов в количествах от 0,2 до 2 – 4% каждого. Исключение составляет лишь двойной сплав АМц с 1,0 – 1,6% Мn. Марганец входит в состав большинства деформируемых алюминиевых сплавов в количестве 0,2 – 1,5%. Его назначение состоит в том, что он существенно замедляет рекристаллизацию, повышает температуру этого процесса и тем самым упрочняет сплав при повышенных температурах, измельчает рекристаллизованное зерно, входит в состав сложных соединений, которые придают сплавам жаропрочность.

Диаграмма состояния системы Al – Mn представлена на рис. 7. Структура сплава АМц состоит из α - твердого раство-

10