озподілу атомів у кристалічній решітці твердого розчину в ній виникають перекручування, які призводять до значного підвищення твердості й міцності з одночасним зниженням пластичності сплаву. Процес зміни структури загартованого сплаву при кімнатній температурі зветься природного старіння.
Природне старіння особливо 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 штучне старіння. У цьому випадку процес відбувається швидко, але зміцнення відбувається менше. Пояснюється 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.
Сплави алюмінію з марганцем і магнієм
Серед незміцнюючих алюмінієвих сплавів найбільше значення придбали сплави на основі Al-Mn і Al-Mg.
Марганець і магній, так само як і мідь, мають обмежену розчинність в алюмінії, що зменшується при зниженні температури. Однак ефект зміцнення при їхній термообробці невеликий. Пояснюється це наступним чином. У процесі кристалізації при виготовленні сплавів, що містять до 1,9% Mn, що виділяється з твердого розчину надлишковий марганець повинний був би утворити з алюмінієм розчинне в ньому хімічна сполука Al (MnFe), що в алюмінії розчиняється. Отже, наступне нагрівання вище лінії граничної розчинності не забезпечує утворення гомогенного твердого розчину, сплав залишається гетерогенним, що складається з твердого розчину і частинок Al (MnFe), а це призводить до неможливості загартування і наступного старіння.
У випадку системи Al-Mg причина відсутності зміцнення при термічній обробці інша. При вмісті магнію до 1,4% зміцнення бути не може, тому що в цих межах він розчиняється в алюмінії при кімнатній температурі і ніякого виділенні надлишкових фаз не відбувається. При більшому ж змісті магнію гартування з наступним хімічним старінням приводить до виділення надлишкової фаз - хімічної сполуки Mg Al.
Однак властивості цього з'єднання такі, що процеси, що передують його виділенню, а потім і включення, що утворяться не викликають заметногоеффекта зміцнення. Незважаючи на це, введення і марганцю, і магнію в алюміній корисно. Вони підвищують його міцність і корозійну стійкість (при вмісті магнію не більше 3%). Крім того, сплави з магнієм більш легкі, ніж чистий алюміній.
Інші легуючі елементи
Також для поліпшення деяких характеристик алюмінію в якості легуючих елементів використовуються:
Берилій додається для зменшення окислення при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0,01-0,05%) застосовують в алюмінієвих ливарних сплавах для поліпшення плинності у виробництві деталей двигунів внутрішнього згоряння (поршнів і головок циліндрів).
Бор вводять для підвищення електропровідності і як рафінуючі добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, використовувані в атомній енергетиці (крім деталей реакторів), тому він поглинає нейтрони, перешкоджаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0,095-0,1%.
Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, свинець, олово, кадмій вводять в алюмінієві сплави для поліпшення оброблюваності різанням. Ці елементи утворюють м'які легкоплавкі фази, які сприяють ламкості стружки і змазування різця.
Галій додається в кількості 0,01 - 0,1% в сплави, з яких далі виготовляються витрачаються аноди.
Залізо. У малих кількостях ( gt; 0,04%) вводиться при виробництві проводів для збільшення міцності і покращує характеристики повзучості. Так само залізо зменшує прилипання до стінок форм при лиття в кокіль.
Індій. Добавка 0,05 - 0,2% упрочняют сплави алюмінію при старінні, особливо при низькому вмісті міді. Індіевих добавки використовуються в алюмінієво - кадмієвих підшипникових сплавах.
Кадмій. Приблизно 0,3% кадмію вводять для підвищення міцності і поліпшення корозійних властивостей сплавів.
Кальцій надає пластичність. При вмісті кальцію 5% сплав володіє ефектом надпластичності.
Кремній є найбільш використовуваною добавкою в ливарних сплавах. У кількості 0,5-4% зменшує схильність до тріщин. Поєднання кремнію з магнієм уможливлюють термоуплотненіе сплаву.
...
