Какие микроструктуры встречаются в алюминии и его сплавах?

Микроструктуры литейных алюминиевых сплавов

Микроструктуры сплавов Al-Si

Массовая доля кремния w_Si обычно составляет 5%–13%. Эти гипоэвтектические и эвтектические сплавы не поддаются упрочнению термической обработкой. Простой бинарный эвтектический сплав Al–Si, такой как ZL102, в состоянии после литья имеет эвтектическую структуру α + Si. Кремний выступает в виде крупных иголок и многоугольников. Модификация солями натрия, фосфором или другими элементами утончает крупнозернистый эвтектический кремний и улучшает механические свойства и обрабатываемость.

Сплавы Al-Si содержат относительно мало упрочняющих элементов, а их температура закалки находится далеко от точки эвтектики, поэтому перегрев при термообработке в растворе встречается редко. Если чрезмерно высокая температура термообработки в растворе приводит к начальному плавлению, в структуре возникают переплавленные глобулы, плавление на границах зерен, а также агломерированный и укрупненный кремний.

Микроструктуры сплавов Al-Cu

Массовая доля меди w_Cu — 4%-11%. Эти сплавы можно упрочнить термической обработкой, главным образом за счет фазы θ, Al₂Cu. При небольших добавках магния и цинка может образовываться S-фаза, Al₂CuMg, или T-фаза, AlCuZn — для дополнительного упрочнения. Высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах делают эту систему основой для высокопрочных и жаростойких литейных алюминиевых сплавов.

Микроструктуры алюминиево-магниевых сплавов

Сплавы Al-Mg обладают самой низкой плотностью и самой высокой коррозионной стойкостью среди алюминиевых сплавов, особенно в отношении электрохимической коррозии. В закаленном состоянии структура представляет собой однофазную α-фазу. Если Mg₂Если присутствует Si, то его более низкий потенциал по отношению к электроду делает его анодом по отношению к α, поэтому Mg₂В процессе электрохимической коррозии Si непрерывно расходуется до тех пор, пока не останется однофазная α-поверхность и коррозия не прекратится. Эти сплавы отличаются плохой литейностью, сложным процессом плавки и низкой прочностью в горячем состоянии. Марки с высоким содержанием магния могут становиться хрупкими в ходе длительной эксплуатации, что ограничивает их применение.

Микроструктуры сплавов алюминия и цинка

В состоянии после литья фазы включают α, кремний, Mg₂Si, а также небольшое количество вредной чёрной игольчатой β-фазы, Al₉Si₂Fe₂. мг₂Si зачастую трудно обнаружить из-за его низкого содержания.

Микроструктуры деформируемого алюминия и его сплавов

Микроструктуры коммерчески чистого алюминия

Массовая доля алюминия w_Al В коммерчески чистом алюминии соотношение 98,80%–99,99%; железо и кремний образуют основные фазы примесей. При низком содержании железа и кремния кремний растворяется в матрице, а железо образует игольчатые или тонкополосковые Al₃Fe. При более высоком содержании образуются тройные соединения. Если содержание железа превышает содержание кремния, образуется нерегулярная пластинчатая или скелетная α-фаза, Al₁₂Fe₃Да, формы. Если содержание кремния превышает содержание железа, возникает игольчатая или тонкополосковая β-фаза, Al₉Si₂Fe₂, формы.

Коррозионно-стойкие алюминиевые сплавы

К коррозионно-стойкому алюминию относятся системы сплавов Al-Mn и Al-Mg.

Микроструктуры сплавов Al-Mn

Одним из распространенных марок является 3A21, в состав которой в качестве основного добавки входит марганец. Когда w_Mn > 1.6%, с высоким содержанием хрупкого алюминия₆Соединения марганца делают сплав склонным к растрескиванию при деформации. Помимо α-твердого раствора и Al₆Mn; фазы могут содержать Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) и β(Al₉Si₂Fe₂).

Сплавы алюминия и магния

После отжига сплав Al-Mg с w_Mg < 2% представляет собой однофазный твердый раствор α. По мере увеличения содержания магния, β(Al₈Mg₅) появляется. При содержании Mg выше 5% структура состоит из α + β(Al₈Mg₅), а пластичность снижается. Основные фазы могут включать α, β(Al₈Mg₅), Алюминий₆Mn, Al₇Cr и Al₃Ti с примесными фазами, такими как Al₃Fe, (FeMn)Al₆, и Mg₂Да. β-фаза в эвтектике имеет скелетную структуру и до травления имеет светло-серый цвет.

Сплавы дуралюминия

Сплавы дуралюминия поддаются термической обработке и относятся к системам Al-Cu-Mg и Al-Cu-Mn.

Микроструктуры сплавов Al-Cu-Mg

В области, богатой алюминием, на равновесной тройной диаграмме Al-Cu-Mg в процессе затвердевания могут образовываться S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), а также α. Фактическое содержание магния относительно низкое, в результате чего сплавы относятся к фазовым полям α + S, α + θ + S или α + θ. Таким образом, двумя основными упрочняющими фазами являются θ и S.

Сплавы Al-Cu-Mn

Массовая доля меди может достигать 6%–7%. Медь и алюминий образуют упрочняющую фазу Al₂Cu, который повышает прочность сплава после закалки и искусственного старения. При w_Mn = 0,4%–0,5%, мелкодисперсный T(Al₂CuMn₂) повышает термостойкость. Избыток марганца приводит к увеличению и укрупнению фазы T, что вызывает расширение границ фаз и ускорение диффузии. В результате термостойкость снижается, а склонность к горячему растрескиванию при сварке возрастает.

Сплавы супердуралюмина

Обычные супердуралюминиевые сплавы содержат α, MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), α + T(Al₂Mg₃Zn₃) эвтектическая фаза и примесные фазы, такие как (FeMn)Al₆ и Mg₂Да.

Ковка алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, подвергаемые ковке, обычно подразделяются на две группы.

Сплавы Al-Mg-Si-Cu

Когда содержание меди очень низкое, а массовое соотношение магния к кремнию составляет 1,73, Mg₂Si принимает определённую форму, и вся медь растворяется в матрице. При более высоком содержании меди и соотношении магния к кремнию ниже 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Si₄) может образовываться, при этом оставшаяся медь образует θ(Al₂Cu). Таким образом, добавление меди в сплавы Al-Mg-Si может привести к появлению элементов ω, S и θ в дополнение к Mg₂Да.

Сплавы Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Эти сплавы содержат меньше меди и магния, чем дуралюминий, и, следовательно, в них содержится больше S-фазы, Al₂CuMg. Железо и никель образуют Al₉FeNi, обладающий хорошей термической стабильностью. Избыточное железо образует Al₇Cu₂Fe, тогда как избыток никеля может привести к образованию AlCuNi.