Дюралюмины
Благодаря низкой прочности двойные алюминиевые сплавы применяются. Главными материалами для подробностей летательных двигателей и аппаратов являются сплавы, упрочняемые термической обработкой.
Обычную группу этих сплавов составляют дюралюмины.
Дюралюмины являются высокопрочными алюминиево-бронзовы-ми сплавами с улучшающими добавками марганца, кремния и магния. В них присутствует кроме этого вредная примесь железа.
Кое-какие виды дюралюминов содержат другие элементы и цинк.
Главным легирующим элементом в дюралюминах есть медь. В сплавах алюминия с медью, как мы знаем, присутствует химическое соединение СиА12.
Помимо этого, алюминий с медью образуют ограниченные жёсткие растворы с переменной растворимостью, растущей с увеличением температуры.
При нагревании химическое соединение переходит в жёсткий раствор, а при медленном охлаждении выделяется из него. При стремительном охлаждении выделение химического соединения не происходит и образуется неравновесная, либо метастабильная струк-тУра пересыщенного жёсткого раствора.
Это явление употребляется при упрочняющей термической обработке сплавов типа дюралюминов, складывающейся из старения и закалки (естественного и неестественного).
Естественное старение алюминиево-бронзовых сплавов протекает свободно при полном отсутствии железа в алюминии. Но алюминий, используемый при выплавке сплавов, постоянно содержит некое количество железа, которое образует нерастворимое в алюминии химическое соединение Cu2FeAl7, именуемое фазой N. Наряду с этим ограничивается образование фазы СиА12, талантливой переходить в жёсткий раствор при закалке и упрочнять сплав при естественном старении.
Дабы вернуть сплаву свойство конечно стареть, в него нужно ввести 0,5—1,5% магния. Тогда вместо нерастворимой фазы N образуется прекрасно растворимое соединение CuMgAl2, именуемое фазой S и являющееся очень действенным упрочнителем.
Наряду с этим железо связывается в нерастворимом соединении FeAl3, не мешающем естественному старению. При изучении в микроскоп фаза N отмечается в виде продолговато-округлых включений тёмного цвета, a FeAl3 — в форме игл.
Влияние магния и железа на свойство алюминиевых сплавов к естественному старению иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 149.
Закаленные дюралюмины смогут быть упрочнены и при помощи неестественного старения, т. е. нагрева до 150—250° и выдержки в течение нескольких часов.
Термическая обработка дюралюминов складывается из старения и закалки. При выборе температуры закалки дюралюминов возможно руководствоваться диаграммой сплавов А1—СиА12.
Но направляться иметь в виду, что под влиянием других добавок и магния линии фазовых превращений данной диаграммы смещаются в сторону пониженных концентраций и температур. Так, к примеру, введение 0,8% магния и 0,5% кремния сокращает предельную растворимость меди в алюминии приблизительно на 10% и снижает эвтектическую температуру с 548 до 515 °С.
Рис. 1. Область дюралюминов на диаграмме сплавов состояний сплавов
Рис. 2. Изменение твердости при старении сплава алюминия с 4% меди: 1 — с железом; 2 — без железа; 3 — с железом и 0,5% магния
Рис. 3. Территория температур закалки дюралюминов на диаграмме
Данный порок появляется в следствии окисления и оплавления узких прослоек эвтектического состава, образующихся между зернами жёсткого раствора благодаря дендритной ликвации при кристаллизации и ускоренном охлаждении жидкого сплава в простых производственных условиях.
Рис. 4. Микроструктура дюралюмина: а — верно закаленного; б — пережженного. Ув. 250.
Травитель: 7% HF, 27% HN03, 66% Н20
При температуре закалки сплав выдерживается с целью полного растворения упрочняющей получения и фазы однородного жёсткого раствора. После этого направляться стремительное охлаждение.
Наряду с этим фиксируется пересыщенный пластичный жёсткий раствор.
Упрочнение закаленного сплава достигается последующим естественным старением. Неестественное старение для упрочнения дюралюминов используется существенно реже.
Упрочнение дюралюминия при естественном старении не связано с распадом жёсткого раствора и выделением из него упрочняющей фазы. Механизм упрочнения при естественном старении есть совсем вторым.
В закаленном сплаве, находящемся в состоянии однородного жёсткого раствора, атомы меди размещаются в узлах кристаллической решетки, равномерно распределяясь по всему количеству жёсткого раствора. При естественном старении эти атомы диффундируют к некоторым узлам решетки алюминия, распределенным в плоскости куба, и создают обогащенные медью области, по соотношению компонентов родные к химическому соединению CuA12.
Но химическое соединение наряду с этим не образуется и из жёсткого раствора не выделяется. Эти области являются плоские округлые скопления бронзовых атомов, именуемые территориями Гинье—Престона.
Они имеют толщину в 2—3 ядерных слоя. Диаметр их изменяется в зависимости от температуры естественного старения и образовывает от 50 до 600 кХ.
Эти скопления атомов меди приводят к искажению решетки жёсткого раствора и упрочнение сплава при старении.
Теория естественного старения прекрасно растолковывает явление так именуемого возврата. Обработка на возврат пребывает в нагреве закаленного и подвергнутого естественному старению дюралюминия приблизительно до 270 °С и выдержке при данной температуре в течение около 30 сек.
Наряду с этим отмечается возврат материала к особенностям свежезакаленного сплава — высокой пластичности и низкой твёрдости.
Сущность этого явления пребывает в диффузионном рассасывании территорий, обогащенных медью, и в новом образовании, как и по окончании закалки, однородного жёсткого раствора.
Наилучшее упрочнение дюралюминия при термической обработке отмечается лишь в том случае, в то время, когда все параметры режима этого процесса выдерживаются с идеальной тщательностью. Особенно серьёзным есть правильное поддержание температуры закалки.
Это достигается применением в качестве нагревающих сред селитровых ванн, применением электрического обогрева этих ванн, автоматической регулировкой температур и постоянным механизированным перемешиванием селитры.
Продолжительность выдержки при нагреве под закалку выбирается от 3 до 5 мин. для деталей и тонких полуфабрикатов и до 30 мин. для более массивных, имеющих толщину до 10—15 мм.
Охлаждение при закалке в большинстве случаев проводится в холодной проточной воде. Для устранения короблений выполняют правку изделий.
Преимущественное использование естественного, а не неестественного старения дюралюминов возможно обосновано при помощи графиков, приведенных на рис. 152.
Как видно из этих графиков, громаднейшее упрочнение дюралюминия возможно достигнуто при естественном старении, т. е. в следствии выдержки закаленного сплава при простой температуре 20 °С. Упрочнение в следствии неестественного старения, проводимого при температуре 100, 150 и 200 °С, оказывается менее большим.
Рис. 5. Изменение прочности закаленного дюралюминия в следствии старения при разных температурах
Длительность естественного старения зависит от температуры помещения, в котором оно проводится, и образовывает 5—7 дней. Задержка естественного старения методом понижения температуры довольно часто употребляется на практике, к примеру, с целью приостановки твердения при необходимости пластической деформации при правки изделия либо при второй операции.
