Алюміній

Структурні перетворення, що відбуваються в алюмінієвих сплавах при їхній термічній обробці, істотно відрізняється від таких у сталі тому, що алюміній не має аллотропічного перетворення. У них підвищення міцності може відбуватися тільки за рахунок процесів, зв'язаних з виділенням із перенасиченого в результаті загартування твердого розчину якихось зміцнюючіх фаз.

Характерними зміцнюючими сплавами є дюралюмінії-сплави алюмінію з міддю, що містять постійні домішки кремнію й заліза і можуть бути леговані магнієм і марганцем. Кількість міді в них знаходиться в межах 2.2-7 %.

Назва марок дюралюмінію починається буквою Д, потім йде цифра, що не відбиває хімічного складу, а являє собою просто номер. У різний час було розроблено багато марок дюралюмінію, але багато хто з них не знайшли широкого застосування. Зараз промисловість випускає п'ять основних марок дюралюмінію, хімічний склад яких приведений у таблиці.

ДюралюмінійОсновний хім. склад

CuMnMgSiFe

Д 13,8-4,80,4-0,80,4-0,8 0,7 0,7

Д 163,8-4,90,3-0,91,2-1,8 0,50,5

Д 182,2-3,0<0,2| 0,2-0,5 0,5 0,5

Д 193,8-4,30,5-1,01,7-2,3 0,5 0,5

Д 206,0-7,00,4-0,8<0,05 0,30,3

Мідь розчиняється в алюмінії у кількості 0,5% при кімнатній температурі і 5,7% при евтектичній температурі, рівної 548 C .

Термічна обробка дюралюмінію складається з двох етапів. Спочатку його нагрівають вище лінії граничної розчинності (звичайно, приблизно до 500 C ). При цій температурі його структура являє собою гомогенний твердий розчин міді в алюмінії. Шляхом загартування, тобто швидкого охолодження у воді, цю структуру фіксують при кімнатній температурі. При цьому розчин виходить пересиченим. У цьому стані, тобто в стані загартування, дюралюміній дуже м'який і пластичний.

Структура загартованого дюралюмінію має малу стабільність і навіть при кімнатній температурі в ній мимовільно відбуваються зміни. Ці зміни зводяться до того, що атоми надлишкової міді групуються в розчині, розташовуючи в порядку, близькому до характерного для кристалів хімічної сполуки CuAl . Хімічна сполука ще не утвориться і тим більше не відокремлюється від твердого розчину, але за рахунок нерівномірності розподілу атомів у кристалічних ґратах твердого розчину в ній виникають перекручування, що приводять до значного підвищення твердості й міцності з одночасним зниженням пластичності сплаву. Процес зміни структури загартованого сплаву при кімнатній температурі зветься природного старіння.

Природне старіння особливе, інтенсивно відбувається протягом перших декількох годин, цілком же завершується, додаючи сплаву максимальну для нього міцність, через 4-6 доби. Якщо ж сплав підігріти до 100-150 C ,то відбудеться рукотворне старіння. У цьому випадку процес відбувається швидко, але зміцнення відбувається менше. обумовлюється це тим, що при більш високій температурі дифузійні переміщення атомів міді здійснюються більш легко, тому відбувається завершене утворення фази CuAl і виділення її з твердого розчину. Зміцнююча ж дія отриманої фази виявляється меншим, чим дія перекрученості ґрати твердого розчину, що виникає при природному старінні.

Порівняння результатів старіння дюралюмінію при різній температурі показує, що максимальне зміцнення забезпечується при природному старінні в плині чотирьох днів.

Близькими по хімічному складі до дюралюмінію, але в гарячому стані трохи більш пластичними, чим вони, є алюмінієві сплави для кувань і штампувань, що маркірують буквами АК (алюміній кутий) і порядковим номером (АК4, АК4-1, АК6 і АК8).