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.

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 α-твердого раствора меди и магния в алюминии и темных включений Θ -фазы (соединения CuAI₂), располагаю­щихся по границам зерен α-фазы (рис.9.2). Такую структуру дуралюмина марки Д1 можно предсказать, исходя из двойной диаграммы состояния системы AI-Cu, подобной изображенной на рис.9.1.

Рис.9.2. Схема микроструктуры дуралюмина марки Д1 в литом состоянии,Θ-фаза иα-фаза, х340	Рис.9.3. Диаграмма состояния системы алюминий – кремний

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

Микроструктура силуминов соответствует двойной диаграмме состояния системы Al-Si (рис.9.3), 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 эвтектики (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 в кремнии на светлом поле α-твердого раствора кремния в алюминии (рис.9.4). Сплав в таком структурном состоянии обладает низким комплексом механических свойств (предел прочности при растяжении σ_в=130-140МПа, относительное удлинение δ=1-2%).

Рис.9.4. Схема микроструктуры силумина марки АЛ2 до модифицирования, β-фаза и эвтектика (α+β), х250	Рис.9.5. Схема микроструктуры силумина марки АЛ2 после модифицирования, α-фаза и эвтектика (α+β), х250

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 (рис.9.3). 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 α-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.9.5).

Силумины применяются для изготовления корпусов компрессоров, картеров и блоков цилиндров двигателей и др.