Закалка алюминиевых сплавов

Как видно из рис.1, большинство компонентов хуже растворяются в алюминии, если температура понижается. Как следствие, становится возможным применение способов старения и закалки с целью упрочнения сплавов.

Если говорить более подробно, сплавы из алюминия не подвержены полиморфным превращениям. Закалка и старение, являющиеся методами упрочняющей термической обработки, возможны благодаря снижению растворимости легирующих элементов, находящихся в составе твердого матричного раствора. Этот процесс обеспечивается падением показателя температуры до комнатной, если исходное значение было эвтектическим или перитектическим.

Закалка – это нагрев алюминиевых сплавов, выдержка в течение некоторого времени и быстрое охлаждение до комнатной температуры. Интерметаллидные фазы растворяются в алюминии практически полностью, благодаря чему образуется пересыщенный твердый раствор. Таким образом, закалка без полиморфных превращений обеспечивает насыщение твердого раствора точечными дефектами и легирующими элементами. В результате полученная концентрация не только соответствует температуре нагрева, но и остается в таком состоянии после охлаждения.

Свойства таких сплавов и кинетика их старения зависит от:

пересыщения легирующими компонентами твердого раствора;
зеренной структуры (ее конечное формирование происходит обычно во время нагревания);
плотности и дефектов кристаллического строения.
Прочность закаленных сплавов прямо пропорциональна росту пересыщения раствора легирующими компонентами. Две основных причины тому:
контакт растворенных атомов с дислокациями;
перемены в структуре дислокаций в сплаве.
Результаты повышения концентрированности твердого раствора:
увеличение количества промежуточных превращений во время старения;
уменьшение критического зародыша следующей фазы.
Рассмотрим пример, проиллюстрированный рис.1. Здесь abc – линия температуры закалки сплавов Аl—Сu. Она расположена между двумя другими:
линией предельной растворимости сплавов с содержанием Сu меньше 5,6% (находится выше указанной);
эвтектической линией (548°С) сплавов, насыщенных медью (находится выше указанной).

Избыточная фаза СuАl₂ растворится в полной мере, если под закалку нагревать сплавы с малым содержанием меди. Во время быстрого охлаждения произойдет фиксация пересыщенного α-твердого раствора, при этом количество меди будет такое же, как и в сплаве.

Если содержание меди превысит 5,6%, после закалки в сплаве будет находиться пересыщенный α-твердый раствор, соответствующий точке b, а также кристаллы СuАl₂, которые не растворились в процессе нагревания.

Во время подготовки к закалке деформируемых сплавов из алюминия могут иметь место рекристализационные процессы. Зачастую результатом этого становится уменьшение прочности, спровоцированное ростом зерна и снижением плотности дефектов.

Стоит отметить, что нерекристализованная структура не всегда является гарантией высокого показателя прочности. Во время нагрева происходит растворение избыточных фаз и распад твердого раствора, пересыщенного такими компонентами: Mn, Zr, Сr. Режим закалки оказывает некоторое влияние на распределение дисперсоидов, их плотность и размер, а также на степень распада. Эти показатели определяют протекание процессов рекристаллизации, устойчивость раствора, распределение дислокаций и продуктов распада.