Термическая обработка алюминиевых сплавов

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и старение. Для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, применяют отжиг.

Закалка алюминиевых сплавов. Закалка заключается в нагреве сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Например, температура закалки сплавов системы А1—Сu, рис. 48, определится линией аbс, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих меньше 5,7 % Сu, и ниже эвтектической линии (548 °С) для сплавов, содержащих боль­шее количество Сu. При нагреве под закалку сплавов, содержащих до ~ 5 % Сu, избыточная фаза СuА1₂ полностью растворяется, и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный a-твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве. При содержании более 5 % Сu в структуре сплавов после закалки будет пересыщенный a-твердый раствор состава, отвечающего точке b, и нерастворенные при нагреве кристаллы соединения СuА1₂. После закалки сплавы имеют сравнительно невысокую прочность s_в, s_0,2 и высокую пластичность (d, y).

Рис. 48. Диаграмма состояния А1-Сu

Старение закаленных сплавов. После закалки следует старение, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток(естественное старение) или в течение 10...24 ч при повышенной температуре (искусственное старение). В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, что сопровождается упрочнением сплава. Распад пересыщенного твердого раствора происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения. При естественном (при 20 °С) или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100...150 °С) не наблюдается распада твердого раствора с выделением избыточной фазы; при этих температурах атомы меди перемещаются только внутри кристаллической решетки a-твердого раствора на весьма малые расстояния и собираются в двумерные пластинчатые образования или диски — зоны Гинье-Престона. Эти зоны протяженностью 3...6 нм и толщиной 0,5... 1,0 нм более или менее равномерно распределены в пределах каждого кристалла. Если сплав после естественного старения кратковременно нагреть до 230...270°С и затем быстро охладить, то упрочнение полностью снимается и свойства сплава будут соответствовать свежезакаленному состоянию. Это явление получило названиевозврат.

С повышением температуры старения процессы диффузии, структурных превращений и самоупрочнение протекают быстрее. Выдержка в течение нескольких часов при 150...200°С приводит к образованию дисперсных (тонкопластинчатых) частиц промежуточной q¢-фазы, не отличающейся по химическому составу от стабильной фазы q (СuАl₂), но имеющей отличную кристаллическую решетку; q¢-фаза когерентно связана с твердым раствором. Повышение температуры до 200...250°С приводит к коагуляции метастабильной фазы и к образованию стабильной q-фазы.

Эта общая схема распада пересыщенного твердого раствора в сплавах А1—Сu справедлива и для других сплавов. Различие сводится лишь к тому, что в разных сплавах неодинаков состав и строение зон, а также образующихся фаз.

Послеискусственного старения алюминиевые сплавы имеют пластичность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению и коррозию под напряжением ниже по сравнению с естественным.