Микроструктура сплавов на основе алюминия

В качестве характерных представителей деформируемых и ли­тейных алюминиевых сплавов в работе используются соответственно литой дуралюмин марки Д1 и силумин марки АЛ2.

Рис.2. Схема микрострукту­ры дуралюмина марки Д1 в литом состоянии, u-фаза и 0-фаза, х340

Основу сплавов типа дуралюмин со­ставляет система Al-Cu-Mg. В соответствии с ней медь и магний имеют ограниченную рас­творимость в твердом состоянии в алюминии, а избыточными фазами, выделяющимися при охлаждении из α-твердого раствора меди и магния в алюминии в связи с уменьшением растворимости компонентов при снижении температуры являются соединения CuAI₃ и AI₂MgCu, называемые соответственно Θ- и S-фазами. Поскольку магний в сплаве нахо­дится в небольшом количестве, то фаза S при используемых в работе увеличениях микроскопа в структуре не обнаруживается.

Поэтому наблюдаемая микроструктура сплава марки Д1 в литом состоянии состоит из светлых зерен «-твердого раствора меди и магния в алюминии и темных включений 0-фазы (соединения CuAI₂), располагаю­щихся по границам зерен α-фазы (рис.2). Такую структуру дуралюмина марки Д1 можно предсказать, исходя из двойной диаграммы состояния системы AI-Cu, подобной изображенной на рис.1,

Дуралюмины, как и авиали (сплавы системы Al-Cu-Si), применя­ют для изготовления горячей или холодной обработкой давлением лис­тов, труб, проволоки, плит и различных профилей.

Рис.3. Диаграмма состояния системы алюминий - кремний

Микроструктура силуминов соответствует двойной диаграмме состояния системы Al-Si (рис.3), доэвтектические сплавы состоят из пер­вичных кристаллов α-твердого раствора кремния в алюминии и зерен эвтектики (α+β). В свою очередь, структура заэвтектических сплавов состоит из крупных первичных кристаллов - твердого раствора алюминия в кремнии в виде игл и зерен эвтектикёи (α+β). В соответствии с диа­граммой состояния Al-Si сплав марки АЛ2, содержащий 12-13%Si, являет­ся заэвтектическим. Поэтому его микроструктура состоит из более тем­ных крупных игл β-твердого раствора алюминия в кремнии и эвтектики в виде более темных игл β-твердого раствора алюминия вкремнии на светлом поле α-твердого раствора кремния в алюминии (рис.4). Сплав в таком структурном состоянии обладает низким комплексом механических свойств (предел прочности при растяжении сг_в=130-140МПа, относитель­ное удлинение δ=1-2%). Поэтому для повышения свойств производят модифицирование. Применительно к силуминам оно заключается в обра­ботке перед разливкой сплава смесью фтористых и хлористых солей на­трия в соотношении 2/3NaF+l/3NaCI. Это обеспечивает введение в сплав 0,l%Na, который осуществляет модифицирующее действие, затрудняя кристаллизацию β-твердого раствора алюминия в кремнии. Модифициро­вание вызывает смещение линий на диаграмме состояния Al-Si (см. рис.3). Эвтектическая точка (ll,6%Si) перемещается вправо, приобретая концентрацию кремния 14,6%, в результате чего сплав становится доэвтектическим, что исключает из структуры крупные первичные иглы β-твердого раствора алюминия в кремнии и тем самым повышает пла­стичность. Линия эвтектического превращения снижается с 577 до 564°С, в связи с чем эвтектика (α+β) вместо грубоигольчатой становится мелко­зернистой. Поэтому микроструктура сплава марки АЛ2 после модифици­рования состоит из светлых первичных зерен а-твердого раствора крем­ния в алюминии и мелкозернистой эвтектики в виде более темных вклю­чений β-твердого раствора алюминия в кремнии на светлом поле α-твердого раствора кремния в алюминии (рис.5). Силумины применяют­ся для изготовления корпусов компрессоров, картеров и блоков цилинд­ров двигателей и др.

Рис.4. Схема микроструктуры силумина марки АЛ2 до модифицирования, β-фаза и эвтектика (α+β), х250

Рис.5. Схема микроструктуры силуми­на марки АЛ2 после модифицирова­ния, α-фаза и эвтектика (α+β), х250