Чистый алюминий является мягким, поскольку дислокации могут относительно легко перемещаться по его кристаллической решетке. Легирование повышает прочность алюминия за счет введения атомов растворенного вещества, которые деформируют решетку, а также твёрдых интерметаллических частиц или частиц второй фазы, препятствующих деформации. Термообрабатываемые сплавы приобретают дополнительную прочность, когда в результате растворительной обработки, закалки и старения образуется мелкодисперсное распределение выделений. Холодная обработка и структура кристаллитов также влияют на сопротивление пластической деформации. Поэтому конечная твёрдость зависит от состава, распределения фаз, термической обработки, состояния и истории обработки, а не только от содержания алюминия.
Чистый алюминий является мягким, поскольку дислокации относительно легко перемещаются по его гранецентрированной кубической кристаллической решетке. Алюминиевые сплавы более твёрдые, поскольку добавление легирующих элементов и термическая обработка создают препятствия, которые сдерживают это перемещение.
Когда атомы легирующих элементов растворяются в алюминии, различия в их атомных размерах приводят к деформации кристаллической решетки. Возникающие в результате локальные поля напряжений взаимодействуют с дислокациями, вследствие чего для пластической деформации требуется более высокое приложенное напряжение. Эффект упрочнения зависит от типа и количества растворенного вещества, а также от того, какая его часть остается в твёрдом растворе.
Легирующие элементы также могут образовывать интерметаллические соединения или другие вторичные фазы. Эти частицы, как правило, значительно тверже алюминиевой матрицы и препятствуют движению дислокаций. Таким образом, механическая смесь мягкой матрицы и твердого соединения обладает большей твердостью, чем чистый алюминий, хотя избыток хрупких соединений может снизить пластичность и ударную вязкость.
Термообрабатываемые алюминиевые сплавы подвергаются растворной обработке, закалке и старению. В процессе старения из перенасыщенного твёрдого раствора образуется мелкодисперсная фаза выделений. Плотно расположенные когерентные или полукогерентные частицы сильно препятствуют движению дислокаций. По мере роста выделений и изменения расстояния между ними твёрдость сначала достигает пика, а затем может снижаться при перестаревании.
Твёрдость не зависит исключительно от содержания алюминия. Она зависит от состава сплава, концентрации растворенных веществ, типа и распределения соединений, структуры кристаллитов, холодной деформации и состояния термообработки. Именно поэтому два алюминиевых сплава или один и тот же сплав в разных состояниях могут иметь совершенно разные значения твёрдости.
Поделитесь своим чертежом, материалом, заданным допуском или вопросом по применению. Наша команда инженеров поможет рассмотреть маршрут обработки и предложит практичный следующий шаг.
Справочник по материалам
Водород является основной причиной пористости в сварных швах алюминия. Его растворимость резко снижается по мере затвердевания расплавленного алюминия, в то время как быстрое охлаждение приводит к...
Читать статьюСправочник по материалам
Алюминиевые сплавы развивались одновременно с авиацией, проходя путь от ранних литых деталей двигателей до высокопрочных и устойчивых к повреждениям конструкций планера. В данном руководстве объясняется роль...
Читать статьюСправочник по материалам
Толстые сварные конструкции из высокопрочного алюминия требуют большого притока тепла, однако при этом легко деформируются из-за быстрой теплопроводности и теплового расширения. В данном руководстве объясняется...
Читать статьюСправочник по материалам
В данном справочнике сравниваются пять распространенных кованых алюминиевых сплавов: 1050, 2024, 5052, 6063 и 7075. В таблицах приведены данные по содержанию магния, кремния, марганца, меди, хрома...
Читать статью
