Охлаждающие среды и влияние скорости охлаждения на структуру и свойства алюминиевых сплавов

Холодная вода – наиболее распространенная закалочная среда для алюминиевых сплавов, отличающаяся максимальной охлаждающей способностью. Применяется для закалки:

• Длинномерных полуфабрикатов алюминиевого проката.
• Полуфабрикатов и деталей из сплавов, для которых характерна пониженная устойчивость пересыщенного твердого раствора (к примеру, для Д16).

Как правило, температура холодной воды находится в пределах 10-40 °С.

Вследствие неоднородного и резкого охлаждения в холодной воде возникают коробления и остаточные напряжения. Уменьшить их можно за счет замедления закалочного охлаждения, увеличения его однородности, увеличивая температуру воды либо пользуясь специальными закалочными средами – жидкий азот, водные растворы органики, масло и воздух. По мере снижения скорости охлаждения непрерывно увеличивается результативность понижения коробления и напряжений. Наблюдается возрастание вероятности распада пересыщенного твердого раствора, а также степени его отрицательного воздействия на свойства. Это становится ключевой причиной регламентирования температуры воды и содержания органики, и ограниченное применение масла и жидкого азота.

Замедленное охлаждение при закалке провоцирует изменения в структуре, определяемые посредством электронной микроскопии. К таким изменениям относятся:

1. Интенсивные локализованные выделения относительно крупных частиц стабильных фаз на границах зерен, субзерен и между фаз.
2. Расширение зон, которые свободны от выделений ЗСВ.
3. Снижение содержания избыточных вакансий и плотности дислокаций.

Снижение скорости охлаждения вызывает изменения структуры, обусловленные снижением свойств алюминиевых сплавов:

1. Разупрочнение при уменьшении эффекта старения вследствие меньшей перемыщенности твердого раствора.
2. Понижение пластичности и разрушения, которое обусловлено увеличенным распадом по границам зерен и возрастанием доли межзеренного разрушения.
3. Возникновение тенденции к коррозийному разрушению из-за избирательного выделения упрочняющих фаз по границам зерен и появления приграничных ЗСВ.

Выбор «мягкой» охлаждающей среды (вид, содержание, температура), чтобы уменьшить коробления и закалочные напряжения, а также возможная толщина закаливаемого изделия устанавливаются:

• Видом сплава;
• Типом полуфабриката;
• Режимом старения.

Для закалки поковок и штамповок, как правило, используют горячую воду и даже кипящую. Для закалки деталей сложной структуры на машиностроительных заводах – водные растворы органики.

Для полуфабрикатов из сплавов типа дуралюмин (Д16 и пр.) не допускается закалка в среды с пониженными скоростями. Если рассматривать массивные полуфабрикаты из данных сплавов, когда нужно учитывать вероятность замедленного охлаждения даже при закалке в холодной воде, то благоприятным является режим искусственного старения (Т1). Он улучшает коррозионные свойства, но при этом способствует значительному ухудшению характеристик разрушения и пластичности в сравнении с режимом естественного старения (Т).

Вследствие очень низкой интенсивности охлаждения строго ограничена закалка алюминиевых сплавов в жидком азоте. Следовательно – ухудшение коррозионных и прочих свойств, а также характеристик разрушения.