Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы

Категория:
Сварные соединения


Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы

К этой группе относятся коррозионно-устойчивые деформируемые сплавы систем Al — Mg и Al — Mn. Такие сплавы не подвергаются упрочнению за счет термической обработки. К этой группе относятся сплавы АМц, АМг, АМгЗ, АМг5В, АМгб. Эти сплавы, как правило, однофазны и являются гомогенными твердыми растворами, склонными при нагреве к укрупнению зерна. Введение в состав небольших добавок марганца, хрома, ванадия, титана и других элементов повышает прочность, уменьшает склонность к укрупнению зерна при незначительном снижении пластичности, тем самым улучшая их свариваемость.

Согласно равновесной диаграмме состояния А1 — Mg (рис. 1) при эвтектической температуре 451 °С в алюминии растворяется 15,35% Mg, а при комнатной температуре- — всего лишь около 2,95%. Такое резкое изменение растворимости с падением температуры не влечет однако за собой ни существенного упрочнения сплава после соответствующей термообработки, ни резкого снижения свойств при сварке, что объясняется малой скоростью диффузии магния в сплавах системы Al — Mg.

Как видно из диаграммы состояния, фаза а является твердым раствором магния в алюминии, а фаза представляет собой соединение Al3Mg2. Из-за малых скоростей диффузионных процессов даже при отжиге с медленным охлаждением в алюминии образуется перенасыщенный твердый раствор магния, и равновесное состояние сплава не достигается.

Рис. 1. Левый угол равновесной диаграммы состояния сплавов системы алюминий — магний

Как видно из приведенной таблицы, эти сплавы имеют в качестве основного легирующего элемента магний. С увеличением содержания Mg повышается предел прочности сварных соединений.

В “сварных соединениях из сплавов, содержащих Mg, наблюдается также повышенная склонность к газовой пористости. Причиной этого является влага, попадающая в зону сварки. В связи с этим требуются высокое качество подготовки поверхности основного и присадочного металлов и тщательная защита сварочной ванны.

Характерным для сплавов этой системы является отсутствие меди (она присутствует только, как примесь), что улучшает их коррозионные характеристики.

В целом сплавы этой группы обладают хорошими технологическими свойствами — хорошо штампуются, деформируются и свариваются всеми основными методами сварки. При этом, как правило, I прочность сварных соединений обеспечивается не менее 90 — 95% прочности основного материала. Однако сплавы этой группы отличаются сравнительно невысокими общими прочностными характеристиками.

Область использования легких сплавов на основе алюминия и магния ограничивается температурными условиями в связи с тем, что такие материалы весьма чувствительны к нагреву, в особенности к продолжительному.

Алюминиевые сплавы, термически упрочняемые, могут использоваться при кратковременном нагреве в условиях температур порядка 200 — 250 °С. Сплавы, упрочняемые нагартовкой, в условиях кратковременного нагрева могут работать до температур 120 — 150 °С. Сплавы на основе магния типа МА2 и МА8 выдерживают кратковременный нагрев до температуры порядка 125 — 150 °С.

В связи с этим весьма перспективными являются материалы на основе спеченной алюминиевой пудры — САПы. Такие материалы, имея высокие прочностные характеристики при обычной температуре, отличаются высокой теплопрочностью. При длительном нагреве до 400° — 500 °С они имеют прочность около 5 — 6 кГ/мм2. Однако эти материалы длительное время считались несвариваемыми, что тормозило их применение в качестве конструкционных материалов. В настоящее время в ряде работ показана принципиальная возможность сварки таких материалов и получения сварных соединений с нужной прочностью, в первую очередь, с помощью контактной точечной и роликовой сварки, а также сваркой плавлением.

Алюминий и его сплавы длительное время относились к непаяе-мым. Исследования, проведенные в последние годы, показали возможность пайки таких материалов.

При пайке алюминиевых сплавов необходимо учитывать ряд следующих особенностей:
1. Наличие прочных и трудноудаляемых поверхностных окислов.
2. Наличие эвтектических составляющих с низкой температурой плавления, ограничивающих возможность применения пайки.
3. Потеря прочностных свойств при пайке ряда стареющих сплавов, вследствие перестарения и отжига.
4. Малая коррозионная стойкость паяных соединений некоторых алюминиевых сплавов.
5. Высокая теплопроводность, требующая применения при пайке источников с достаточной тепловой мощностью.

Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы в отожженном состоянии практически не чувствительны к нагреву при пайке до любой температуры, максимально допустимой для них. В на-гартованном же состоянии они разупрочняются при нагреве свыше 350 — 400 °С. Поэтому для сохранения при пайке прочностных свойств нагартованных сплавов следует выбирать припои с температурой плавления ниже температуры разупрочнения.

Как указывалось, термически упрочняемые сплавы приобретают высокую прочность после закалки и старения. Значительное разупрочнение таких сплавов наступает в интервале определенных температур (так, для сплавов Д16 и Д20 опасными являются температуры 300 — 420 °С). С целью сохранения высоких прочностных характеристик в паяных соединениях таких материалов нужно при-.

менять припои и вести процесс с температурой нагрева ниже опасного интервала или гораздо выше, чтоб нагрев был близок к температуре закалки таких сплавов.

Свойства окисной пленки, образующейся на поверхности алюминиевых сплавов, предопределяют способы их пайки. В настоящее время разработаны активные флюсы, содержащие хлориды, фториды, а иногда и криолит, удаляющие окислы с поверхности паяемых деталей. Их активность проявляется при температурах выше 380° С. Пайка алюминия и его сплавов с такими флюсами возможна только припоями, имеющими температуру плавления в пределах 300 — 600 °С. Для этого используются специальные припои на цинковой и алюминиевой основе, а также некоторые легкоплавкие припои.

Возможно соединение пайкой алюминия и с целым рядом других материалов.

В настоящее время в основном применяются способы пайки алюминия и его сплавов с применением активных флюсов — пайка в пламени, пайка в печах, пайка погружением и безфлюсовая пайка — ультразвуковая, абразивная. Другие способы пайки мало развиты. Вакуумная пайка ввиду невосстановимости окислов алюминия практически невозможна.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум