В начале века немецкий химик Альфред Вильм возглавил сектор металлургии в исследовательском институте, расположенном в пригородах Берлина. Он экспериментировал, пытаясь найти высокопрочный сплав алюминия, и в сентябре 1906 года испытывал очередной сплав, в который, помимо алюминия, входило 4% меди и по 0,5% марганца и магния. Никаких особенных оснований рассчитывать на успех не было.
Прочность сплавов оценивали по измерениям твердости. В час дня в субботу твердость была измерена и составила 70 (условных единиц). После этого все сотрудники отправились проводить выходной в Берлин. Немцы — люди аккуратные, и, поскольку в предвкушении отдыха измерения могли быть проведены недостаточно тщательно, в понедельник Вильм распорядился их повторить. Ко всеобщему удивлению, твердость составляла уже 100. Субботняя ошибка? Нет, так как в последующие дни твердость продолжала возрастать
Конструкционные высокопрочные сплавы на основе системы Аl—Zn—Mg—Cu
Сплав
Основные компоненты
Примеси (не более)
Zn
Mg
Си
Мп
Сг
Другие
Fe
Si
Мп
Ti
Прочие
Каждая
Сумма
В93
6,3—7,3
1,6—2,2
0,8—1,2
—
—
Fe 0,2—0,45
—
0,2
0,1
0,1
0,05
0,1
В94
5,9-6,8
1,2—1,6
1,8 — 2,4
—
—
Ti 0,02—0,08
0,2
0,2
0,1
0,05
0,05
0,1
В95
5,0—7,0
1,8—2,8
1,4 — 2,0
0,2 — 0,6
0,1 — 0,25
—
0,5
0,5
—
0,05
0.05
0,1
В96
7,6—8,6
2,5—3,2
2,2 — 2,8
0,2 — 0,5
0,1—0,25
—
0,5
0,3
—
0,05
0,05
0,1
В96ц
8,0—9,0
2,3 — 3,0
2,0—2,6
—
—
Zr 0,1-0,2 |
0,4
0,3
0,1
0,03
0,05
0,1
Цинк, магний и медь образуют с алюминием и между собой твердые растворы и различные металлические соединения — MgZn2, S(Al2CuMg), T(Mg4Zn3Al3), играющие большую роль в упрочнении сплава при его термической обработке. В сплавах данного типа особенно важной является фаза T, находящаяся в равновесии с твердым раствором а (см. диаграмму Al — Mg—Zn на рис).
Марганец и хром усиливают эффект старения и повышают коррозионную стойкость сплава; марганец, кроме того, способствует получению мелкозернистой структуры, затрудняет выделение металлических фаз по границам зерен твердого раствора, а также несколько повышает прочность сплава; при этом особенно повышается прочность прессованных изделий, что характеризует так называемый «пресс-эффект». Пресс-зффект связывают с выделением мелкодисперсных частиц марганцовистой фазы или образованием блоков внутри зерен твердого раствора.
Максимальные значения прочности полуфабрикатов из сплавов на основе системы А1—Zn—Mg—Си достигаются при температурах закалки 460—475° С с последующим искусственным старением. Режимы старения: сплава В93 — ступенчатый (120° С — 3 ч + 165° С — 4 ч); сплава В94 — ступенчатый (100° С — 3 ч + 165° С — 3 ч); сплава 395*— плакированные листы — 120° С 24 ч; сплавов В95 — неплаки-рованные полуфабрикаты, В96, В96ц - 135-145° С в течение 16 ч или ступенчатый (120° С — 3 ч + 160° С - 3 ч).
Сплавы на основе системы А1—Zn—Mg—Си обладают высокой прочностью и пониженной пластичностью. Чувствительны к надрезам. в закаленном и искусственно состаренном состоянии, отличаются удовлетворительной общей коррозионной стойкостью, однако склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением (в особенности сплавы В96 и В96ц). Коррозионная стойкость естественно состаренных сплавов неудовлетворительная. Детали из этих сплавов следует анодировать и защищать лакокрасочными покрытиями.
Недостатками сплавов типа В95 являются пониженная пластичность, повышенная чувствительность к концентрации напряжений, большая анизотропия свойств в поперечном и продольном направлении волокон и склоннюсть к коррозии под напряжением. Однако при правильной обработке, рациональном применении в конструкции и надлежащей защите от коррозии эти недостатки могут быть успешно устранены.
Сплав В95 хорошо сваривается точечной сваркой; сплавы В96 и В96ц удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой. Пластичность сварного шва пониженная.
Все сплавы на основе системы Al—Zn--Mg—Си хорошо обрабатываются резанием.
Сплавы В93, В95, В96, В96ц применяют для изготовления нагруженных силовых деталей и конструкций в различных отраслях техники. Сплав В94 применяют для изготовления заклепок и заклепочной проволоки.
При длительной эксплуатации рабочие температуры изделий из сплавов на основе системы Al—Zn—Mg—Сu не должны превышать 100° С.
Характеристики механических свойств полуфабрикатов из сплава В95
Полуфабрикат
Состояние материала
σв
σ0,2
δ %
кгс/мм²
Не менее
Листы плакированные толщиной, мм *:
0,5—10,0
Отожженные
25
-
10
0,5—1 9
Закаленные и искусственно состаренные
49
41
7
2,0—6,0
50
42
7
6,1 — 10,0
50
42
6
1,2—6,0
Закаленные и искусственно состаренные, особо прочные **