Д16, Д16Т, Д1, 2024 на складе «М-Комплект»
(044)490-04-88 (063)717-67-74


Термообработка дуралюминия (дюралюминия): отжиг, закалка, старение

Виды отжига

Для термически упрочняемых сплавов типа дуралюмин (Д16, Д1, 2024, 2017) существуют три типа отжига:
1. отжиг-возврат для частичного снятия наклепа;
2. рекристаллизационный отжиг для полного снятия наклепа предварительно деформированных полуфабрикатов;
3. отжиг полуфабрикатов, предварительно упрочненных термической обработкой — закалкой и старением.

Для сплавов типа дюралюмин температура отжига и скорость охлаждения должны более строго контролироваться с целью предупреждения возможной частичной закалки.

Рекомендуемые режимы отжига полуфабрикатов из сплавов типа дуралюмин (Д16, Д16ч, 1163, Д19, ВАД, Д18, В65, Д1)
Тип отжига Tемпература°C Время, мин
1) Охлаждение со скоростью не более 10°С/ч до 280°С, затем на воздухе.
2) Охлаждение со скоростью не более 30°С/ч до 280°С, затем на воздухе.
Отжиг закаленного и состаренного материала 380—420 10—601)
Рекристаллнзационный отжиг деформированного материала 350—400 60—1202)
Отжиг-возврат для частичного снятия наклепа 250—280 30

Деформированный материал обладает сложной дислокационной структурой, которая имеет тенденцию к превращению в более стабильную в отожженном состоянии. В процессе нагрева в зависимости от температуры и продолжительности нагрева протекают разные структурные изменения. При сравнительно низких температурах (для рассматриваемых сплавов 200—300°С) происходит возврат. При возврате уменьшается плотность дислокаций в центре фрагментов и образуется внутризеренная субструктура с границами субзерен в виде стенок или групп дислокаций. В результате возврата изменяются некоторые свойства металла: понижается прочность, повышаются пластичность и электропроводность. Полностью нагартовка снимается только после рекристаллизации, происходящей при более высокой температуре или более длительной выдержке.

На рекристаллизацию влияют степень и температура деформации. Увеличение степени деформации уменьшает время и температуру рекристаллизации. Сплавы, деформированные при температурах >400°С, обычно трудно рекристалл изуются. На температуру рекристаллизации оказывает также влияние химический состав сплава.

Свойства рекристаллизованного металла существенно зависят от размера зерна, определяемого главным образом степенью холодной деформации. Имеется малая деформация, ниже которой рекристаллизация не проходит. Эта критическая деформация в обычных условиях отжига способствует значительному росту зерна.

На размер зерна влияет скорость и температура нагрева при отжиге. При медленном нагреве величина зерна получается крупнее, чем при быстром, более высокая температура отжига понижает критическую деформацию и увеличивает размер зерна.

При холодной деформации деталей из отожженного материала иногда требуется промежуточный отжиг, при котором происходит интенсивный распад и коагуляция упрочняющих фаз, так что при последующем промежуточном отжиге будет происходить только снятие напряжений. Этот нагрев можно осуществлять при 300—320°С и с очень малой выдержкой, достаточной только для полного прогрева детали. Скорость нагрева и охлаждения при этом можно не контролировать, хотя лучше нагревать быстро для уменьшения роста зерна. Отжиг предварительно термически упрочненных полуфабрикатов приводит к разупрочнению, т. е. к распаду и коагуляции упрочняющих фаз. В этом случае нагрев следует производить при 400—420°С с последующим охлаждением со скоростью не более 10°С/ч. Цель этого отжига — максимальное выведение из твердого раствора меди и магния.

Несмотря на такой интенсивный отжиг, полуфабрикаты, отожженные из термообработанного состояния, обычно хуже деформируются, чем отожженные, не прошедшие упрочняющую термообработку.

Закалка и старение

Дюралюмины относятся к сплавам типа твердых растворов, они упрочняются термической обработкой — закалкой и старением. Температура нагрева под закалку —8°С ниже температуры плавления эвтектики, поэтому необходимо тщательно контролировать равномерность температуры во всем нагреваемом пространстве. Продолжительность выдержки при температуре закалки зависит от химического состава сплава, типа полуфабриката и толщины сечения.

Для закалки сплав Д1 нагревают до 495—510°С, а Д16 до 490—503°С. Нагрев до более высоких температур (превышающих неравновесный солидус), вызывает пережог, т. е. окисление и частичное оплавление металла по границе зерен, что резко снижает прочность и пластичность. При закалке дуралюмина важно обеспечить высокую скорость охлаждения, поэтому охлаждение проводят в холодной воде. Превысить критическую скорость закалки сплава Д16Т (υкр = 550°С/с) при охлаждении в холодной воде удается по всему сечению только при толщине листов до 10мм и бóльшем диаметре для изделий круглой формы, т. к. круглая форма сечения способствует более быстрому теплоотводу.

Поэтому на практике приходится считаться с реальностью замедленного охлаждения (даже со скоростью ниже допустимого уровня) центральных слоев массивных изделий при самом интенсивном охлаждении их поверхности холодной водой, а также с необходимостью специального понижения скорости охлаждения для предотвращения коробления и больших остаточных напряжений. Даже незначительный распад твердого раствора в процессе охлаждения с выделением интерметаллидных фаз по границам зерен снижает сопротивление межкристаллитной коррозии. После закалки значительная часть фаз-упрочнителей растворяется, повышая легированность твердого раствора.

Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению. Естественное старение наиболее интенсивно протекает в первые сутки после закалки и практически заканчивается в течение 4—5 суток. Понижение температуры тормозит старение, а повышение ее, наоборот, увеличивает скорость процесса, но понижает пластичность и сопротивление коррозии. Однако для листов из сплава Д16 нередко применяют искусственное старение при—195°С. В искуственно состаренном состоянии сплавы Д16, Д16ч, 1163 не склонны к расслаивающей коррозии и имеют высокое сопротивление коррозионному растрескиванию. Прессованные полуфабрикаты из сплавов Д1 и Д16 прочнее, чем листы, вследствие пресс-эффекта (структурного упрочнения).

При охлаждении крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов Д16, Д16ч, 1163 толщиной более 30 мм и деталей сложной конфигурации, а также при наличии крупнокристаллического ободка температуру воды при закалке следует поддерживать в интервале 25—40°С для предотвращения появления закалочных трещин и уменьшения коробления. Ограничение верхнего предела температуры закалочной воды (40°С) требуется для предотвращения снижения коррозионной стойкости.

С целью уменьшения остаточных напряжений после «акалки полуфабрикаты подвергают правке растяжением с остаточной деформацией 1—3%, при этом после правки на верхнем пределе указанного интервала вязкость разрушения и выносливость несколько понижаются.

Сплавы типа дуралюмин интенсивно упрочняются при естественном старении за счет образования зон Гинье - Престона. С увеличением легированности твердого раствора, а также, с повышением температуры скорость упрочнения при зонном старении возрастает. В интервале температур от -10 до 25°С скорость старения увеличивается в два раза при повышении температуры на 5°С.

Искусственное старение при температурах выше 20°C

При температурах старения 20—100°С отмечается интенсивное первоначальное упрочнение (при 20°С после инкубационного периода), а затем стабилизация прочностных свойств на определенном уровне.

Относительное удлинение не изменяется, электропроводность в начале понижается, а затем остается без изменения (при 100°С в течение 720ч). В интервале температур 150—220°С прочностные свойства повышаются, достигают максимума, затем упрочнение замедляется, после чего прочностные свойства вновь повышаются (особенно предел текучести), достигая второго максимума. При переходе ко второму максимуму относительное удлинение существенно понижается, а электропроводность возрастает.

После достижения максимальных прочностных свойств на стадии коагуляционного старения σ0,2 снижается интенсивнее, чем σв, отмечается тенденция к повышению относительного удлинения.

диаграмма старения Д16

Исследование показало, что наиболее чувствительна к началу образования при старении частиц мета-стабильных фаз коррозионная стойкость: она понижается, хотя механические свойства еще не меняются.

Повышение сопротивления коррозии под напряжением достигается при максимальном пределе текучести и некотором переходе за максимум прочностных свойств. При этом и структуре наблюдается равномерный распад по границам и внутри зерен, интенсивные выделения метастабильных и стабильных частиц фазы S, уменьшается разность потенциалов между границей и зерном.

Наиболее оптимальная температура фазового старения 190°С. При более низких температурах старения требуются слишком большие выдержки, а при более высоких — снижается уровень максимальных прочностных свойств. Длительность старени—13ч при 190°С улучшает коррозионной стойкость.

Деформация после закалки ускоряет процессы старения: для нагартованных (5—7%) прокаткой листов и плит время старения составляет 9ч, а для неправленных прессованных полуфабрикато—17ч.

>
Режим термической обработки промышленных сплавов типа дуралюмин
Марка сплава Вид полуфабриката Т закалки, °C Режим старения Начало плавления T, °C
T, °C Время, ч
1)Допускается повышение верхнего предела температуры нагрева под закалку до 503°С при содержании легирующих элементов ближе к нижнему пределу.
2) Для исправленных прессованных полуфабрикатов 15—17 ч.
3) Длительность выдержки при нагреве под закалку плит из сплава 1163Т1 для получения требуемого уровня вязкости разрушения должна быть в 1,5 раза больше длительности, указанной в инструкции по термообработке.
4) Заклепки из сплава Д19П проверяются на срез после старения при 100°С в имение 3 ч. Заклепки ставятся в конструкцию в свежезакаленном состоянии.
Д16, Д16ч Прессованные   полуфабрикаты, плиты и детали из них 490—4981) Комнатная 96 503
185—195 11—132)
Холодно­деформированные трубы, листы и детали из них 492—5001) Комнатная 96
185—195 11—13
1163 Все   виды   полу­фабрикатов 492—5002), 3) Комнатная 96 505
185—195 11—ІЗ2)
ВД17 Прессованные   полуфабрикаты 495—505 I) 165—175 15—17 510
II) 190—200 16—18
Поковки,  штамповкии I) 180—190 10—12
II) 195—205 8—12
Д1, Д1ч Все    виды   полу­фабрикатов и детали из них 495—510 Комнатная 96 514
Д19, Д19ч Прессованные   полуфабрикаты, плиты и детали из них 495—505 Комнатная 120—240 510
    185—195 12—14  
Холодно­деформированные    трубы,листы и детали из них 500—508 Комнатная 120—240  
    185—195 12—14  
ВАД1 Все    виды   полу­фабрикатов и  детали из них 498—508 Комнатная 120—240 511
185—195 12—14
Д18 Проволока, заклепки 495—505 Комнатная 96 560
В65 Проволока, заклепки 520—530 Комнатная 40 550
Д19П Проволока, заклепки 502—508 Комнатная4) 240 512

Температура пережога сплава зависит от его химического состава: для одного и того же сплава эта температура колеблется в широких пределах в зависимости от содержания легирующих элементов, главным образом тех, которые входят в состав легкоплавких эвтектик. Так, для сплава Д16 температура пережога колеблется в пределах от 503—505 до 520—525°С при изменении содержания легирующих элементов в пределах состава сплава. Режимы искусственного старения сплавов Д16, Д16ч, 1163, Д19, Д19ч, ВАД1 и режим II для сплава ВД17 обеспечивают повышенную коррозионную стойкость под напряжением при пониженной пластичности и вязкости разрушения.