Состав, структура, свойства цветных металлов и сплавов, полимерных материалов - Учебное пособие

других легирующих элементов, кроме или вместо меди, не вносит принципиальных изменений. Диаграмма состояния Al - Сu приведена на рис. 1.1. Диаграмма состояния двойного сплава, компоненты которого образуют между собой твердые растворы с ограниченной растворимостью эвтектического типа, эвтектика содержит 33% Сu и состоит из -твердого раствора Cu в Al и упрочняющей фазы CuAl2. Как видно из рис. 1.1, при комнатной температуре медь растворяется в алюминии в количестве около 0,2%, а максимальная растворимость при эвтектической температуре 548°С равна 5,7%. Любой сплав, содержащий до 5,7% Сu, можно перевести в однофазное -состояние соответствующим нагревом. Это состояние фиксируется быстрым охлаждением - закалкой. На изменении растворимости соединения CuAl2 в -твердом алюминиевом растворе основана упрочняющая термическая обработка в А1 - Сu сплавах. Рис. 1.1 Диаграмма состояния Al - Cu Термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из двух циклов - закалки и старения. Теоретические вопросы, связанные с закалкой алюминиевых сплавов, относительно просты: в процессе закалки фиксируется пересыщенный твердый раствор. Согласно диаграмме максимальная скорость превращения наблюдается вблизи температуры 300°С. Рис. 1.2 Диаграмма изотермического распада переохлажденного твердого раствора в алюминиевых сплавах (указано начало распада): 1 - А1 4% Сu 1,5% Mg; 2 - Al 4% Zn % Mg Полученный после закалки твердый раствор является пересыщенным при содержании в нем меди более 0,2%. Микроструктура иллюстрирует и объясняет фазовые изменения, вызванные закалкой (рис. 1.3). Рис. 1.3 Структура сплава А1 4% Сu: а, б - структура отожженного сплава Al 4% Сu - на фоне алюминиевого твердого раствора (почти чистого алюминия) видны включения CuAl2 (а - ? 900; б - ? 120); в - микроструктура того же сплава после закалки - гомогенный твердый раствор, нагрев до температуры закалки привел к полному растворению включений CuAl2, а быстрое охлаждение при закалке зафиксировало пересыщенный твердый раствор (? 100) Старение существенно изменяет свойства сплава Al - Сu: - в отожженном состоянии сплав Al 4% Сu имеет предел прочности в = 200 МПа; - в свежезакаленном состоянии (т. е. при испытании сразу после закалки) предел прочности несколько повышается в » 250 МПа; - после старения предел прочности возрастает значительно и достигает 400 МПа. в начальный период старения (первая стадия старения) в пересыщенном твердом растворе атомы меди, расположенные в свежезакаленном сплаве в случайных местах, собираются в определенных местах кристаллической решетки, в результате внутри кристалла образуются зоны повышенной концентрации растворенного компонента - Cu, их называют зоны Гинье - Престона (зоны Г. П.); - атомы меди на этой стадии старения из раствора не выделяются, поэтому среднее значение параметра решетки не изменяется; - однако в местах повышенной концентрации второго компонента - Cu параметр иной, чем в обедненны, это создает большие напряжения в кристалле и дробит блоки мозаики, что и приводит к повышению твердости; - содержание меди в зонах Г. Это уже выделения, т. е. новая фаза, которая имеет отличную от твердого раствора и от стабильной ?-фазы (CuAl2) решетку, когерентно связанную с матричным твердым раствором (рис. 1.8, б); - при дальнейшем повышении температуры ?-фаза превращается в стабильную -фазу (СuАl2) и происходит ее коагуляция (рис. 1.8, в). а б в Рис. 1.8. Влияние состава алюминиевых сплавов на процессы, происходящие при термической обработке На рис. 1.9 приведены кривые, которые показывают, как изменяется твердость сплавов А1 - Сu в зависимости от содержания меди.