Чистий алюміній - м'який і пластичний
Пластична деформація алюмінію
Всі метали - і алюміній теж - мають кристалічну атомну решітку. Пластична деформація металів відбувається завдяки існуванню в їх атомної решітці лінійних дефектів - дислокацій. Пластична деформація відбувається шляхом руху цих дислокацій, так, наприклад, як показано на малюнку 1.
через атомну решітку пластичного металу
Три механізму зміцнення алюмінію
Сутність зміцнення металу полягає в тому, що в його грати тим або іншим чином вводяться перешкоди для руху дислокацій.
Для алюмінію ефективними є три основних механізми зміцнення. це:
- деформаційне зміцнення (наклеп, нагартовка);
- зміцнення за рахунок утворення твердого розчину легуючого елемента в алюмінії (гарт)
- зміцнення в результаті виділення в алюмінії вторинних фаз (старіння).
У свою чергу, алюмінієві сплави можуть класифікуватися по переважному механізму їх зміцнення.
Деформаційне зміцнення алюмінію
Дислокації рухаються по найбільш щільно упакованих площинах атомної решітки. Ці площини називаються площинами ковзання. Так як кристалічна решітка алюмінію є гранецентрированной кубічної, то у нього є чотири еквівалентних площині ковзання з трьома напрямками ковзання кожна. Це дає в сумі 12 систем ковзання. Залежно від переважаючого напруженого стану зазвичай активними є кілька систем ковзання. Тому при деформації алюмінію постійно відбувається взаємодія дислокацій різних площин ковзання. В результаті цього формуються щільні клубки дислокацій, які представляють собою перешкоди для подальшого руху дислокацій. Близько цих перешкод виникають поля інтенсивних локальних напружень. Цей механізм працює для всіх металевих сплавів, які піддаються пластичної деформації.
Деформаційне зміцнення шляхом холодної прокатки, волочіння або розтягування є ефективним способом підвищення міцності алюмінієвих сплавів, які не піддаються термічній зміцнення. Криві деформаційного зміцнення - холодної прокатки - відпалених листів з таких алюмінієвих сплавів, 1100, 3003, 5050 та 5052 показані на малюнку 2. Добре видно, що збільшення міцності сплавів супроводжується зниженням пластичності, яка вимірюється у відсотках відносного подовження при випробуваннях зразків на розтягнення.
алюмінієво-марганцевого сплаву 3003 і
алюмінієво-магнієвих сплавів 5050 та 5052.
Зміцнення шляхом утворення твердого розчину
Легуючі елементи в твердому розчині взаємодіють з дислокаціями в основному шляхом полів локальних напружень, які забезпечують додаткові сили тертя при русі дислокацій. Цей зміцнюючий механізм підвищує ефективність деформаційного зміцнення (наклепу, нагартовки). Алюмінієві сплави серій 3ххх і 5ххх є типовими прикладами сплавів, які отримують зміцнення в результаті утворення твердого розчину відповідно марганцю і магнію в атомній решітці алюмінію.
На малюнку 3 показано вплив змісту магнію в твердому розчині алюмінію на межу текучості і відносне подовження для найбільш популярних алюмінієво-магнієвих промислових сплавів.
Зміцнення за рахунок виділення вторинної фази
Виділилися частки вторинних фаз в алюмінії є дуже ефективними перешкодами для руху дислокацій. Ефективність частинок як перешкод для руху дислокацій залежить як від розміру часток, так і від відстані між ними.
Малі когерентні виділення не є суттєвою перешкодою для дислокацій - вони їх просто перерізають. Зі збільшенням розмірів частинок вторинної фази, а також втратою їх когерентності з атомної гратами алюмінієвої матриці, ступінь опору частинок руху дислокацій зростає. Зростання твердості до певного максимуму при штучному старінні алюмінієвих сплавів пояснюється саме прогресуючим виділенням вторинної фази. З іншого боку, зниження твердості при перестаріваніі алюмінієвого сплаву відбувається через збільшення відстані між частинками вторинної фази.
Зміцнення алюмінієвих сплавів за рахунок старіння - природного або штучного - відбувається саме за механізмом зміцнення за рахунок виділення вторинних фаз з перенасиченого твердого розчину (малюнок 4). Цей перенасичений твердий розчин легуючих елементів в алюмінії створюється шляхом нагрівання алюмінієвого сплаву до повного розчинення легуючих елементів і швидкого його охолодження, наприклад, до кімнатної температури.
пресованих профілів зі сплаву 6082
В інтервалі температури від кімнатної до 60 ° С відбувається утворення «кластерів», які залишаються когерентними з атомної гратами алюмінію. Цей процес називається «природним старінням». Він призводить до станів алюмінієвих сплавів Т1 і Т4.
В інтервалі температури від 60 до 220 ° С відбувається утворення проміжних когерентних і полукогерентних вторинних фаз. Це процес називається «штучним старінням». Він дає стану алюмінієвих сплавів Т5 і Т6.
Криві старіння на малюнку 4 показують вплив температури старіння на властивості міцності і подовження пресованого сплаву 6082. Відзначимо більш високу пластичність і нижчу міцність після старіння при кімнатній температурі.
- ← Previous Алюмінієве вікно: теплопередача
- Алюмінієві човни Next →
Поділитися цією Записом