Диаграмма

                                 Введение .

 

 Авиалями называют – алюминиевые деформируемые сплавы тройной системы Al-Mg-Si. Которые могут содержать так же другие легирующие элементы. Разработка сплавов этой системы стала возможной после исследований Д. Хансоном и М. Гейлером диаграммы Al-Mg-Si, старения сплавов этой системы и открытие эффекта термического упрочнения этих сплавов за счёт выделения Mg2Si. 

Из таблицы 1 можно узнать о составе сплавов относящихся к системе Al-Mg-Si.

 

Таблица    I

Химический  состав  промышленных  сплавов  системы  алюминий — магний—кремний   (ГОСТ   4784—74,   ОСТ   1.90048—72)

Марка сплава	Содержание в %                         основных элементов
	Mg	Si	Cu	Mn	Cr
АВ	0,45—0,90	0,5—1,2	0,10-0,5	0.15-0.35**	_
АД31	0,40—0,90	0.3—0,7	—	—	—
АДЗЗ	0,80—l,20	0,4—0,8	0,15— 0,40	—	0,15- 0,35
АД35	0,80—1,40	0,8—1,2	—	0,50—0,90	—
САВ-1*	045—0,90	0,7—1,2	—	—	—

Продолжение табл. 1

Марка сплава	Содержание, % примесей (не более)
	Fe	Cu	Mn	Zn	Ti	Ni	прочие
АВ АД31 АДЗЗ АД35 САВ-1*	0,5 0,5 0,7 0,5 0,2	0.10     —   0.10   0.12	-----   0.10   0.15     ---  0.012	0,20 0,20 0,25 0,20 0,03	0,150 0,150 0,150 0,150 0,012	0,03	0,10 0,10 0,15 0,10

 

* Согласно изменениям к ОСТ 1.90048—72  для сплава САВ-1 установлено допустимое содержание Cd (≤ 0,0001%) и В(≤0,00012%); сплав без ограничений по содержанию примесей Cd и В получил обозначение САВ-2.

** Или    хром.

 

 

 Как видно из таблицы 1 в сплавы  авиали кроме основных компонентов включаются так же марганец, медь и хром. Это делается для исключения потери на прочность в результате вылёживания. Наличие этих эле­ментов в авиалях приводит также к дополнительному упрочнению сплавов после естественного и искусственного старения. Благотворное влияние марганца и хрома на авиали заключается так­же в повышении коррозионной стойкости сплавов. Марганец и хром препятствуют, кроме того, образованию выделений из твердого раствора по границам зёрен.  В отличие от ука­занных элементов медь вызывает снижение коррозионной стойкости (увеличение склонности к межкристаллитной коррозии в искусственно состаренном состоянии).

 На свойства авиалей оказывают влияние и другие металлические элементы, обычно присутствующие в сплавах в качестве примесей. При содержании железа в сплаве до 0,3% практически не изменя­ются механические свойства авиалей, большие же количества желе­за (0,5—0,7%) вызывают снижение прочности и пластичности из-за образования нерастворимых интерметаллических фаз Al—Si—Fe, Al—Fe—Mn—Si, Al—Cr—Fe—Si и Al—Mn—Fe. Вместе с тем при повышенном содержании железа в сплавах измельчается струк­тура полуфабрикатов и уменьшается их склонность к горячим тре­щинам при литье. Наличие титана  также способствует    уменьшению    склонности сплавов к горячим трещинам и, кроме того, приводит к повышению прочности к пластичности слитков из-за измельчения их зерна и выравниванию их свойств по сечению. Цинк в тех количествах, в кото­рых допускается его содержание в авиалях, не оказывает   влияния на их механические, коррозионные и технологические свойства. Со­держание меди в авиалях, когда онa присутствует в качестве при­меси, ограничивается 0,1%, чтобы не допустить появления склонности к межкристаллитной коррозии у сплавов. Чрезвычайно малое до­пустимое содержание примесей в сплаве САВ-1, связано с   необхо­димостью в максимально возможной степени уменьшить его сече­ние захвата нейтронов, так как этот сплав используется для   изго­товления элементов атомных реакторов.

 

Фазовый состав авиалей зависит прежде всего от соотношения концентраций в них основных легирующих элементов — магния и кремния. Если исходить из их среднего содержания (табл. 1), то ос­новными фазами в сплавах АВ, АД31, АДЗЗ и САВ-1 должны быть α(Al)+Mg₂Si+Si, а в сплаве АДЗ5 —фазы α(Al)+Mg₂Si.. Кроме указанных основных фаз, в авиалях могут присутствовать в зависимости от их химического состава различные интерметаллические соединения, на пример W(AlxMg5Cu₄Si₄), AlSiFe, AI₁₀Mn₂Si, AlCrFeSi, AlSiMnFe и др.

 

 

Общую характеристику авиалей можно дать в следующем ви­де. Авиали — группа деформируемых алюминиевых сплавов повы­шенной пластичности, низкой и средней прочности, с хорошими тех­нологическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, низ­ким электросопротивлением, способных подвергаться цветному ано­дированию и другим видам декоративной поверхностной обработки. Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет изготавливать из них тонкостенные полые прессованные полуфабрикаты сложной формы. Авиали можно подвергать также штамповке, вытяжке и другим видам обработки давлением при комнатной температуре со значительными степенями пластической деформации. Авиали обладают хорошей пластичностью в холодном и горячем состоянии, удовлетворительно обрабатываются резанием после закалки и старения.

Сварку этой группы деформируемых алюминиевых сплавов осуществляют аргоно-дуговым, роликовым  и точечным методами.

 

 

Технология получение.

 

В природе аллюминий находится в виде алюминиевых руд: бокситов, не-

фелинов, алунитов и каолинов. Важнейшей рудой, на которой базируется

большая часть мировой алюминиевой промышленности, являются бокситы.

  Получение алюминия из руд состоит из двух последовательно проводи-

мых этапов: сначала производят глинозем (Al2O3), а затем из него полу-

чают алюминий.

  Известные в настоящее время методы получения глинозема можно раз-

бить на три группы: щелочные, кислотные и электротермические. Наибо-

лее широкое применение получили щелочные методы.

  В одних разновидностях щелочных методов боксит, обезвоженный при

1000 ºC, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с мелом и содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия. Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат  натрия при этом переходит в раствор.

  В других разновидностях щелочного метода глинозем, содержащийся в

боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде.

  В обоих случаях образование водного раствора алюмината натрия приво-

дит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном окиси и гидроокиси кремния, железа и титана. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шлаком, осуществляют в отстойниках.

  В полученный раствор при 125ºC и давлении 5 атм. добавляют известь,

что приводит к обескремниванию, а именно CaSiO  уходит в осадок, образуя белыйшлак. Очищенный от кремния раствор после отделения его от белого шлака обрабатывают углекислым газом при 60-80 ºC, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия. Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема.

    Описанный способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита - около 80%.

  Получение металлического алюминия из глинозема заключается в его

электролитическом разложении на составные части: на алюминий и кислород.

Прочность алюминия незначительна, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок. Введение различных легирующих элементов в алюминий осуществляется путём добавления их в расплав, некоторые примеси остаются в алюминии после его производства. Это существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства.

 

Термическая обработка авиалей.

 

Свойства авиалей (в первую очередь механические) существен­но зависят от их термической обработки, которая применяется в ос­новном для повышения их прочности.

Наиболее распространен­ным в промышленности видом термической обработки авиалей является закалка с последующим естественным или искусственным старением. Закалку всех авиалей проводят обычно с температуры 520— 530°С. Естественное старение сплавов протекает при комнатной температуре. В результате этого процесса повышаются пределы прочности и текучести, увеличивается твердость. Обычно считается, что для практического завершения процесса естественного старения не­обходимо 5—7 суток. Эффект упрочнения сплавов после есте­ственного старения численно выражается в увеличении (по сравне­нию со свежезакаленным состоянием) предела прочности при раз­рыве растяжением на 30—40% и предела текучести приблизительно на 50%.

 

Для получения максимальных σ_в и σ 0,2 у авиалей, их подверга­ют закалке и последующему искусственному старению, которые обычно проводят при температуре 160—170°С в течение 10—12 ч. Искусственное старение позволяет повысить прочность авиалей (по сравнению с ее значением после естественного старения) дополнительно на 30—50%. В тех случаях, когда от сплавов не требуется максимальная прочность, а важнее для повышения работоспособ­ности изделий наличие у них больших пластичности и разницы меж­ду σ_в и σ0,2  применяют искусственное старение при меньшей, чем указано, температуре. Соответственно может быть изменена также и продолжительность выдержки при старении. Например, для обработки деталей из авиаля марки АВ рекомендуется приме­нять искусственное старение при температуре 150—165°С в течение 8—15 ч. Из таблицы 2 можно увидеть изменение механических свойств в зависимости от режима термообработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние естественного и искусственного старения, а также отжига на различные механические свойства авиаля марки АВ.                                               Табл.2

 

        Вид  термической       σ_В                σ 0,2                          δ                              HB

         обработки                 кгс/мм^2       кгс/мм^2         %                кгс/мм^2

 

 

        Закалка    и

        искусственное           33                      28                16                  95

        старение

 

         Закалка и

        есте­ственное             22                      12                22                   65

         старе­ние  

 

           Отжиг                     12                        -                 30                   30  

 

 

Термическая обработка авиалей основана на эффекте увеличе­ния растворимости соединения Mg₂Si в алюминии при повышении температуры. Силицид магния является ионным соединением с ку­бической гранецентрированной решеткой, он состоит из 63,41% Mg и 36,59% Si, его плотность составляет 1,94 г/см^3 (по данным рентгено-

структурного анализа), микротвер­дость при комнатной темпера­туре 450 кгс/мм², температура плавления 1070°С.

Сплавы, содержащие до  1,85% Mg2Si, могут быть   переведены в однофазное состояние путем повы­шения их температуры. Это однофазное состояние может быть зафик­сировано при комнатной температуре закалкой с высокой скоростью.

 

Примечание.

Силицид магния является устойчивым соединением в тройной системе

 Al-Mg-Si, поэтому диаграмма состояний этой системы может

рассматриваться как квазибинарная для  Al-Mg2Si.

 

 

 

Структурные превращения при старении.

 

Старение алюминиевых сплавов включает в себя сложные про­цессы перегруппировки атомов в твердом растворе, образование метастабильных и затем стабильных фазовых выделений, рост (коагуляцию) выделившихся фаз.

 

Первым этапом старения является перегруппировка атомов внутри пересыщенного твердого раствора, которая приводит к обра­зованию субмикроскопических областей с повышенной концентра­цией Mg и Si. Эти области называют зонами Гинье — Престона, или кластерами. В сплавах Al—Mg—Si они представляют собой иглы длиной ~100 А и диам. 10—20 А; плотность их расположения в матрице (2—5)∙10¹⁵ см ^-3. Зоны Гинье — Престона — это еще не фазовые выделения. Они имеют кристаллическую решетку матрицы, слегка искаженную за счет увеличения концентрации ато­мов с иным, чем у алюминия, радиусом. Между решетками зон и матрицы сохраняется когерентная связь.

 Из-за диффузии легирующих элементов в зоны Гинье — Престона приле­гающие к ним участки раствора обеднены кремнием и магнием. Во время естественного и искусственного старения при не очень высокой температуре проис­ходит постепенное упорядочение структуры игольчатых зон Гинье — Престона.

 

Старение при более высокой температуре (выше 200ºС) приводит к об­разованию метастабильных β'-фаз. Их образование происходит только при искусственном старении сплавов. На этой стадии распада выделив­шаяся фаза сохраняет когерентную связь с решеткой матрицы. Ко­личество же выделений уменьшается примерно на два порядка. Ме­ханизм образования β '-фаз пока неясен. Вероятно, часть зон перестраивается в метастабильные фазы.

Так как зоны Гинье — Престона и β '-фазы сохраняют ко­герентную связь с решеткой матрицы, степень их устойчивости за­висит от степени соответствия их кристаллических решеток. Чем это соответствие больше, тем более устойчивыми в данных условиях являются зоны Гинье — Престона и β '-фазы. Влияние легирующих элементов на старение сплава определяется этим же фактором: если легирование способствует уменьшению указанного несоответствия решеток, то устойчивость зон и фаз увеличивается, а скорость ста­рения уменьшается.

 

Заключительная стадия распада твердого раствора — образова­ние выделений стабильной фазы Mg₂Si, которая уже не имеет коге­рентной связи с решеткой матрицы. Стабильная фаза вначале вы­деляется в виде стерженьков; равновесной же её формой являются пластинки. При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности выдержки наблюдается рост (коагуляция) выделений. При этом сплав переходит практически в равновесное состояние. Этот процесс носит название – перестарения сплава.

 

Что касается внешней формы продуктов распада твердого раствора, то первоначальные игольчатые зоны сменяются стержень­ками, а затем образуются равновесные выделения Mg₂Si в виде пластинок.

Обычная последовательность образования выделений при старении может быть представлена следующим образом:

                                     α à ЗГП à β'(Mg₂Si) à β (Mg₂Si).

 

Изменения,  происходящие  в  структуре  сплавов  при  старении, обусловливают    изменение    их  механических  и физико-химических свойств. Наибольшее   значение для практики имеет упрочнение сплавов, ради которого и про­водят  их  старение.

  При естественном, или зонном старении происходит с течением   време­ни непрерывное увеличение  σ_в и σ0,2 и некоторое понижение δ (см рис1). При увеличении времени старения происходит разупрочнение сплава. С повышением температуры старения увеличивается диффузионная подвижность атомов, быстрее происходят этапы распада пересыщенного твёрдого раствора. Быстрее идёт упрочнение и раньше наступает перестарение.                                                                                   

                                                                 

                                                                                                                                                 Кинетика изменения прочности и 

Если температура старения достаточно низкая,           пластичности   сплава типа АД-33                      

то перестарение может вообще не наблюдаться.         при естественном старении  Рис.1.

                                                                                                   

                               

 

 

Рассмотрим механизм уп­рочнения алюминиевых сплавов при старении. Как уже говорилось ранее, старение проводят в основном для повышения прочности сплава. Упрочнение возникает на стадии образования ЗГП и метастабильной β`-фазы. Их наличие, когерентность приводят к искажению кристаллической решётки и упрочнению сплава. Однако деформационное упрочнение не играет существенной роли в упроч­нении авиалей. Основной вклад в упрочнение искусственно состаренных спла­вов вносит, вероятно, взаимодействие дислокаций с атомами маг­ния и кремния в β'-фазах.    

 

 

Изменение механических свойств сплава типа АД33 при искусственном старении и температуре,ºC: 1-107, 2-121, 3-135, 4-149, 5-163, 6-171, 7-190, 8-204, 9-219, 10-232, 11-260. t-продолжительность старения в ч.

 

Механические свойства.

 

   В соответствии с принятой классификацией для алюминиевых сплавов авиали марок АД31, АДЗЗ и САВ-1 относят к группе материалов с низкой прочностью (σ_в  ≤ 30 кгс/мм²), а авиали ма­рок АДЗ5 и АВ  — со средней прочностью (30≤ σв ≤45 кгс/мм²). Их механические свойства (как и всех термоупрочняемых сплавов) сильно зависят от термической обработки. Типичные характеристики механических свойств полуфабрикатов из авиалей при комнатной температуре после наиболее употребляемых в промышленности ви­дов термической обработки — закалки с естественным (в числите­ле) и искусственным (в знаменателе) старением  имеют следующие значения:    

 Марка                 Вид                        σ0,2               σв             δ           ψ            НВ

  сплава              полуфабрикатов      кгс/мм^2    кгс/мм^2       %              %            кгс/мм^2

            

 

  АД31        Прессованные профили     8/20            17/24       20/10      ---          ---/80

 АДЗЗ                       То же                       14/27           24/31       20/12     ---/25      65/95 

 АД35                       То же                              18/28             27/33       15/8       ---/35      60/95

 АВ                         То же                       ---/29           ---/35       ---/12     ---/20      ---/95

 САВ-1                      То же                       16/---           23/---       22/---     40/---      65/--- 

  АВ                   Штамповки                     ---/26           ---/31       ---/10      ---           ---/85       

                    (продольное направление)

 

 

 

 

 

 

 

Механические свойства полуфабрикатов зависят от многих фак­торов, в частности от технологии их производства. Влияние техно­логии производства на механические свойства различных полуфаб­рикатов из сплава САВ-1 при комнатной температуре (термическая обработка: закалка и естественное старение) иллюстрируют сле­дующие данные:

 

Вид полуфабрикатов                     σв                 σ0,2              δ

                                              кгс/мм^2                кгс/мм^2          % 

Слитки, 400X4300X4800 мм      19,2               13,1            9,8

Кольцевые поковки . . . .            19,7                12,3          16,7  

 Штамповка, 15т . . . .                  20,3                12,0          15,5

Катаные плиты, 65X85 мм .       22,0                12,5           25,0   

 Горячепрессованпые трубы .    23,2                17,6           22,4

 Холоднокатаные трубы . .         24,4                15,8           23,6

 

Из приведенных данных следует, что основным технологическим фактором, определяющим уровень механических свойств полуфабри­катов из сплава САВ-1, является общая степень их пластической де­формации. В результате влияния этого фактора удлинение полуфаб­рикатов в продольном направлении резко возрастает даже при от­носительно небольших степенях деформаций, у сильно же деформи­рованных полуфабрикатов удлинение в 2—2,5 раза больше, чем у литого металла. Предел прочности также увеличивается (на 3— 5 кгс/мм²) при росте пластической деформации полуфабрикатов, но значительно меньше, чем относительное удлинение. Повышение же предела текучести происходит практически лишь в том случае, если применяется правка полуфабрикатов растяжением.

 

Полуфабрикаты из авиалей обнаруживают и некоторую анизо­тропию свойств. Так механические свойства штанг из сплава АД35 в продольном и поперечном (в скобках) направлениях изменяются следующим образом (в числителе—закалка и искусственное старение, в знаменателе — закалка и естественное старение):

 

Диаметр штанг,              σв                                 σ0,2                                      δ

  мм:                          кгс/мм^2                                 кгс/мм^2                                            %

100…………          36,0(32,0) /30.5(28,0)     33,0(29,0)/20,5(18,5)       12,0(10,0)/13,0(13,0)  

 

150…………          35,0(30,0)/29,0(27,0)      30,0(26,0)/20,0/(17,5)       12,0(9,0)/13,0(14,0)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анизотропия свойств полуфабрикатов из авиаля проявляется в большей мере при испытании на ударную вязкость. Так, ударная вязкость поковок массой 1500—2500 кг из сплава САВ-1 с различной величиной зерна для продольных и поперечных (в скобках) образцов при закалке и естественном старении (в числителе) и при закалке и искусственном старении (в знаменателе) имела следующие значения:

 

 

Размер зерна, мм^2                                 100— 300                                 1,0—2,5

ан, кгс ∙м/см^2                                       6,8(3,4)/2,3(2,4)                    5,5(2,5)/1,2(1,5)

 

Таким образом, у поковок из сплава САВ-1 массой 1500— 2500 кг ударная вязкость, определяемая на поперечных образцах (направление удара вдоль волокна), в два рала ниже ударной вязкости продольных образцов (направление удара поперек волокна). Интересно, что это различие обнаруживается только после естественного старения материала и практически отсутствует после искусственного старения. Приведенные данные свидетельст­вуют также о меньшей величине ударной вязкости материала по­ковок с мелким зерном, чем у материала со значительно более крупным зерном. Это различие проявляется после естественного и в еще большей мере после искусственного старения.

 

    Испытание образцов из поковок с разной величиной зерна на разрыв растяжением  показало, что пределы прочности и теку­чести материала с мелким зерном выше на 3—5 кгс/мм², чем мате­риала с крупным зерном. Это соотношение проявилось у материала поковок в состояниях естественного и искусственного старения. От­носительные удлинения у материала с разной величиной зерна близки, но у образцов с крупным зерном наблюдается значительно больший разброс значений этой характеристики. Относительное су­жение материала с крупным зерном меньше в состоянии естествен­ного старения и больше в состоянии искусственного старения.

 

Механические свойства изделий из авиаля зависят от темпера­туры прессования и степени деформации при правке. Соответствую­щее исследование проведено на материале слитка из сплава АД31. При этом температуру прессования профилей изменяли от 300 до 520°С, а деформацию (растяжку профилей) до 6%. Установлено, что повышение температуры прессования приводит к увеличению пределов прочности и текучести на 1—2 кгс/мм² и снижению отно­сительного удлинения на 2—4%. Влияние деформации при правке профилей — аналогичное.

На основании исследования рекомендова­но проводить прессование профилей из сплава АД31 при температу­рах 480—500°С, а правку осуществлять на растяжных машинах с деформацией до 4%.

 

Перерыв между закалкой и искусственным старением приводит к снижению прочности всех авиалей. Поэтому для каждого сплава допускается ограниченное время вылеживания. У сплава АД35 да­же в течение допустимого по инструкции перерыва (48 ч) между закалкой и искусственным старением значительно снижаются пределы прочности и текучести (на ~7 кгс/мм²) и немного увеличи­вается относительное удлинение (на ~2%). Установлено, что ин­тенсивное изменение механических свойств происходит в начале вылеживания, однако процесс протекает даже при выдержке дли­тельностью 30 сут.

 

Хотя все авиали (за исключением сплава САВ-1) предназначе­ны для работы при комнатной или близкой к ней температуре, все же проводится оценка непродолжительных выдержек полуфабрика­тов из этих сплавов при повышенных температурах, так как подоб­ные нагревы возможны в производственных условиях в процессе изготовления деталей, а иногда и при эксплуатации некоторых де­талей. Механические свойства прутков из сплава АД35 в искусст­венно состаренном состоянии после выдержки длительностью 25 ч имеют следующие значения при температурах, °C:

 

                           150           160         170        180        190        200

σв, кгс/мм^2................................            33,2          32,1        31,5       29,1       27,0       24,3

σ0,2 , кгс/мм² ...............................            31,6          30,2        29,5      26,4        23,7       20,1

δ, %.............................................             8,0             8,8          8,0        9,0          9,3          —

 

Таким образом, повышение температуры выдержки приводит к значительному уменьшению прочности. В связи с этим нагревать изделия выше 170°С при технологических операциях не рекоменду­ется.

 

Влияние температуры на механические свойства авиалей иногда трудно отделить от влияния одновременно протекающих процессов старения, эффективность которых зависит от их продолжительно­сти. Поэтому о температурной зависимости прочности и пластично­сти авиалей следует судить по результатам испытаний с малой про­должительностью выдержки при высокой температуре. Такие опыты показывают, что обычно при повышении температуры испытания на разрыв растяжением пределы прочности и текучести уменьшаются, а относительное удлинение или повышается, или в некоторых слу­чаях почти не изменяется.

На рисунке 2 показана температурная зависимость предела проч­ности и относительного удлинения сплава АВ (прутки после закал­ки и искусственного старения); выдержка образцов при температу­ре

испытания составляла 30 мин. Прочность резко

снижается в интервале температур 20—400°С; изменение относительного удли­нения имеет

более сложный характер: оно увеличивается в интер­вале температур 20—100°С и 200—400°С и немного уменьша­ется при 100—200°С.

Вероятно,  уменьшение относительного                                             

удлинения в интервале температур 100—200°С связано с процессами старения.                                                   

В области отрицательных температур                                          

(до —196ºС) прочность и пластичность                                                                   

авиалей возрастают. Поэтому сплавы                          Влияние температур на мех. св-ва

 этой группы используют в криогенной технике.       сплава АВ в закалённом и искусствен.

                                                                                          состаренном состоянии..  Рис 2                                                         

             

         

 

 

 

Усталостная прочность.

Поскольку из сплавов АВ и АДЗЗ изготавливают детали, испы­тывающие во время эксплуатации действие циклических напряжений (например, лопасти вертолетов), проведены достаточно детальные исследования их усталостной прочности. Оказалось, что для этих сплавов, так же как и для других алюминиевых спла­вов, характерно отсутствие истинного предела усталости при комнатной температуре.

Ниже приведены кривые усталости для мелкозернистой (2) и крупнозернистой (1) структуры.

Исследование влияния   величи­ны зерна на  усталостную проч­ность сплавов АДЗЗ и АВ показало, что крупнозернистый   матери­ал      Кривые                           

                                                                                                                        усталости для мелкозернистой (2)   

 

имеет меньшую выносливость.                        и   крупнозернистой (1) структуры.              

Предел усталости      сплава АДЗЗ на базе 10⁷ циклов примерно на

 4 кгс/мм²  ниже у материала с крупнозернистой структурой.

Сплав марки АВ, естественно состаренный, уступает по цикли­ческой прочности искусственно состаренному: пределы усталости с 50%-ной                                                                                                                                                вероятностью разрушения на базе 10⁷ циклов равны со­ответственно 13,6 и 15,0 кгс/мм^2.

    Исследование анизотропии усталостной прочности на прессо­ванных полосах сплава АВ показало, что предел усталости на ба­зе 10⁷ циклов у образцов, вырезанных в продольном направлении, выше примерно на 1 кгс/мм², чем у образцов, вырезанных в попе­речном направлении.                                                                         

 

Снижение усталостной прочности авиалей (как и других алю­миниевых сплавов) вызывают надрезы, создающие концентрацию напряжений. Были проведены испытания цилиндрических образцов диам. 10 мм, пределы усталости определяли на базе 2∙10⁷ циклов. Все сплавы испытывали в искусственно состаренном состоянии. Зна­чения пределов усталости авиалей, определенные испытанием при симметричном изгибе гладких и надрезанных (в скобках) образцов, следующие:                                                                                     

                                                                                                                                               

Марка сплава………………………..       АД31            АДЗЗ            АД35           АВ

 

 Предел  усталости, кгс/мм² ……….        9,0               10.0-11.0     11.5-12.5     11.0-12.5

                                                                    (5.0)               (6.0)                (-)              (6.5)

       

 Снижение предела усталости, % …       44              40 — 45              —             41—48

 

Из приведенных данных следует, что авиали обнаруживают большую чувствительность к действию концентраторов напряжений в условиях циклического нагружения образцов.

 

 

Ударная вязкость.

При монтаже крупных аппаратов, а в некоторых случаях и в условиях эксплуатации возможно ударное воздействие на их детали, поэтому и исследовали ударную вязкость авиаля. Эта характеристика опреде­лена для температур от -30 до 150°С, что охватывает практически весь интервал температур, при которых могут находиться аппараты или их детали во время монтажа и эксплуатации.

Испытание проводили на материале плит толщиной 220 мм, находящемся в стабилизированном состоянии. Для сравнения исследовали также образцы в естест­венно состаренном состоянии. Ударную вязкость сплава определяли испытанием на маятниковом копре. Для сплава после стабилизирую­щей термической обработки характерен довольно высокий уровень ударной вязкости (в сред­нем 5 кгс/см²), стабильно сохраняющийся во всем ин­тервале температур от -30 до 150°С. Сплав

в естест­венно состаренном                     Температурная зависимость ударной вязкости сплава САВ-1     

состоянии имеет примерно в три раза        в стабилизированном (1) и естественно состаренном (2)

меньшую ударную вязкость при тех                        состоянии.

 же температу­рах. С дальнейшим увеличением температуры до 150°С ударная вязкость снижается в результате проте­кания процессов      

старения сплава уже во время вы­держки образца  

 в печи (перед испытанием на ударную вязкость).                        

Длительное старение сплава при температу­ре приблизительно 100°С и выше вызовет, очевидно, еще более существенное падение ударной вязкости мате­риала.

Исследование изломов образцов показало, что сплав после стабилизирующей термической обработки обна­руживает при динамическом испытании значительную пластическую деформацию сечения образцов в месте разрушения. Изломы всех образцов матовые, волокни­стые по всей поверхности.

 

 

 

 

Коррозионная стойкость.

 

Авиали обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошей коррозионно-механической прочностью в атмосферных условиях и в водных растворах при комнатной температуре. Это связано с вы­соким сродством алюминия к кислороду, вследствие чего на поверх­ности алюминия обычно образуется естественная плотная окисная пленка. Последняя является хорошим барьером для растворения алюминия в различных электролитах. Естественная, или так называемая воздушноокисная, пленка очень тонка (толщина ~0,01 мкм). Образование естественной окисной плен­ки на поверхности алюминия обеспечивает ему пассивное состояние во многих средах (за исключением сред, содержащих галогены).

 

 

Форма выпуска.

 

Сплав АД31 выпускается в виде: прутков прессованных( ГОСТ 21488-76), профилей прессованных ( ГОСТ 8617-75), профилей пересованных крупногабаритных, профилей прессованных полых, профилей электротехнического назначения( ГОСТ 15175-70), шин (ГОСТ 15176-70),

труб прессованных (ГОСТ 18482-73), труб прессованных и тянутых, изготовляемых бухтовым способом, труб электротехнического назначения (ГОСТ 15175-70).

 

Сплав АД33 выпускается в виде: прутков прессованных (ГОСТ 21488-76), профилей прессованных(ГОСТ 8617-75), профилей прессованных полых(ОСТ 92067-78), штамповок и паковок(ОСТ 90073-27).

 

Сплав АД35 выпускается в виде листов конструкционных (ТУ 1-1-8-74).

 

Сплав АВ выпускается в виде: листов конструкционных (ГОСТ 21631-76), лент в рулонах (ГОСТ 13726-78), прутков прессованных(ГОСТ 21488-76),

прутков повышенной точности (ОСТ 92016-72), профилей прессованных (ГОСТ 8617-75), профилей прессованных крупногабаритных, профилей прессованных полых, труб тянутых и катанных(ГОСТ 18475-73),

труб прессованных(ГОСТ 18482-73), труб прессованных крупногабаритных, проволоки общего назначения, штамповки и паковки.

 

АВч выпускается в виде проволоки общего назначения (ОСТ 192006-71)

 

САВ-1 выпускается в виде кольцевых поковок, катаных плит, прессованных профилей, слитков,  штамповок, холоднокатаных труб.       

 

 

 

Область применения.

 

Благоприятное сочетание свойств обеспечило широкое использование авиалей в различных отраслях техники. Из сплавов марок АВ, АД31, АДЗЗ и АД35 в гражданском строительстве изготавливают конструкции различного назначения. В авиастроении из сплавов АВ и АДЗЗ изготавливают лопасти вертолетов, из сплавов марок АВ, АД31, и АДЗЗ — штампованные, прессованные и кованые детали конструкций самолетов, не подвергающиеся аэродинамическим на­гревам и работающие в интервале температур (-70 ; +50)°С. Де­тали из сплавов АВ и АД31 с декоративными пленками, получаемы­ми анодированием или эматалированием, применяют для отделки ин­терьеров самолетов и вертолетов. В автомобильной промышленности из сплавов марок АВ, АД31 и АДЗЗ изготавливают детали кузовов и шасси автомобилей различного назначения. Сплав АД31 применяют в электротехнической промышленности для производства различных проводников (шины, профили и трубы), что определяется высокими электропроводящими свойствами сплава после специальной термомеханической обработки. Сплав САВ-1 получил широкое применение в атомной промышленности. Его используют в качестве конструк­ционного материала для изготовления защитных оболочек твэл в водоохлаждаемых реакторах типа МР, ИРТ, ВВР-М, ВВР-Ц, МИР и др. В следствии того, что в области отрицательных температур (до -196ºС) прочность и пластичность авиалей возрастают, сплавы этой группы используют в криогенной технике.

Сплавы группы авиалей используют также в судост­роении, на железнодорожном транспорте, для изготовления предме­тов бытового назначения и в других областях народного хозяйства.

 

Список литературы:

 

1. “Жаропрочность, пластичность и коррозия авиаля”

В.И.Никитин М. “Металлургия” 1978г.

2.”Справочник по алюминиевым сплавам”

Под редакцией В.И. Елагина.

3.”Алюминиевые сплавы”

М. “Металлургия” 1979г.