Металлопрокат на складе «М-Комплект»
(044)490-04-88 (063)717-67-74


Охлаждающие среды и влияние скорости охлаждения
на структуру и свойства алюминиевых сплавов

Для алюминиевых сплавов самой распространенной и обладающей максимальной охлаждающей способностью закалочной средой является холодная вода. Ее используют для закалки длинномерных алюминиевых полуфабрикатов (листов, плит, прессованных полуфабрикатов и др.), а также для других полуфабрикатов и деталей из сплавов, обладающих пониженной устойчивостью пересыщенного твердого раствора (например, для Д16). Температура холодной воды обычно поддерживается в интервале 10—40°С.

Для уменьшения коробления и остаточных напряжений, возникающих из-за резкого и неоднородного охлаждения в холодной воде, закалочное охлаждение замедляют, а в ряде случаев увеличивают его однородность, повышая температуру воды или используя специальные закалочные среды — водные растворы органических веществ, жидкий азот, масло и даже воздух. Эффективность уменьшения коробления и напряжений непрерывно возрастает по мере понижения скорости охлаждения, однако при этом возрастает вероятность распада пересыщенного твердого раствора и степень его отрицательного влияния на свойства. Это и служит основной причиной регламентации температуры воды и концентрации органических веществ, а также причиной ограниченного использования таких сред, как жидкий азот и масло.

Замедленное охлаждение при закалке (специально применяющееся или возникающее в силу объективных причин в центральной зоне закаливаемых массивных изделий) вызывает обычно следующие изменения структуры, выявляемые с помощью электронной микроскопии:

профиль алюминиевый
профиль В95
  1. интенсивные локализованные выделения (с ускоренной коагуляцией) сравнительно крупных частиц стабильных фаз на границах зерен, субзерен и на межфазных границах (главным образом, дисперсоидов с хромом, марганцем, цирконием и твердого раствора
  2. расширение зон свободных от выделений ЗСВ (особенно у большеугловых границ, а также у малоугловых границ и около интерметаллидов, либо комплексов интерметаллид – равновесная фаза)
  3. уменьшение концентрации избыточных вакансий и соответственно плотности дислокаций.

Структурные изменения, вызываемые пониженной скоростью охлаждения, обусловливают ухудшение свойств алюминиевых сплавов:

  1. разупрочнение в результате снижения эффекта старения из-за меньшей пересыщенности твердого раствора
  2. снижение характеристик пластичности и разрушения, связанное с усиленным распадом по границам зерен и соответственно с увеличением доли межзеренного разрушения
  3. появление склонности к коррозии (межкристаллитной,   коррозионному   растрескиванию,   расслаивающей) вследствие избирательного выделения упрочняющих фаз по границам зерен и образования приграничных ЗСВ.
Температурные пределы для воды при закалке штамповок, поковок
Сплав Режим старения Температура воды, °С
В95, В96Ц, В96ЦЗ T1, Т2, ТЗ 60-70
АК6, АК8 Т1 70—80
В93 Tl, Т2, ТЗ 75—85
АК4-1 Т1 100

Выбор «мягкой» охлаждающей среды (вид, температура, концентрация) с целью уменьшения коробления и закалочных напряжений, а также допустимая толщина закаливаемого изделия определяются видом сплава (критической скоростью охлаждения), режимом старения, типом полуфабриката.

Горячую и кипящую воду применяют в основном для закалки штамповок и поковок, водные растворы органических веществ — главным образом для закалки деталей сложной конфигурации на машиностроительных заводах.

Закалка в среды с пониженными скоростями охлаждения, как правило, недопустима для полуфабрикатов из сплавов типа дуралюмин (Д16 и др.). Для массивных полуфабрикатов из этих сплавов, когда приходится считаться с возможностью замедленного охлаждения даже при закалке в холодной воде, более благоприятен режим искусственного старения (Т1), улучшающий коррозионные свойства, однако этот режим вызывает существенное ухудшение характеристик разрушения и пластичности по сравнению с режимом естественного старения (Т).

Закалка алюминиевых сплавов в жидком азоте строго ограничена из-за чрезвычайно низкой интенсивности охлаждения, а следовательно, ухудшения не только коррозионных, но и других свойств, в том числе характеристик разрушения.