2. Металлургический передел первичного алюминия

В качестве исходной заготовки для металлургического передела первичного алюминия служит слиток относительно большого размера, который получают преимущественно методом полунепрерывного литья. Условия приготовления расплава, размеры слитков и параметры кристаллизации определяют т. н. металлургическую наследственность, которая характеризуется чистотой металла, плотностью, структурной и химической неоднородностью. Пи этим показателям слитки полунепрерывного литья значительно превосходят слитки разовой заливки. Слитки из деформируемых сплавов являются заготовками для последующей термомеханической обработки. В зависимости от назначения последующий металлургический передел может содержать различные виды термообработки, включая гомогенизацию и нагрев слитков перед деформацией и в промежутках между деформационными циклами. От режимов деформации — температуры, схемы, степени и ее скорости зависят концентрация легирующих элементов в твердом растворе, а также состав и размер частиц фаз, не растворившихся в твердом растворе или выделившихся из него при термообработке (отжиге или старении).

Термомеханическая обработка сочетает пластическую деформацию и термическую обработку. Различают три вида термомеханической обработки: высокотемпературную, промежуточную, или межоперационную, и низкотемпературную. Основная цель ВТМО и ее разновидности ПТМО — повышение прочности коррозионной стойкости при сохранении высокой пластичности, МТМО — повышение равно,-мерности свойств по объему и пластичности в поперечном и высотном направлениях. Основная цель НТМО — достижение максимальной прочности при неизбежном снижении пластичности. Степень и скорость деформации при ВТМО выбирают таким образом, чтобы подавить первичную рекристаллизацию.

При горячей деформации происходит вязкое торможение скольжения дислокаций атомами магния в сплавах А1 — 3 % Мй и более, в остальных сплавах — переползание дислокаций около субграниц. При более низких температурах протекает термически активируемое пересечение препятствий, образованных деформационным упрочнением в плоскости скольжения. При холодной деформации поперечное скольжение дислокаций и динамическое деформационное старение в алюминии и его сплавах с низкой концентрацией твердого раствора совмещены с самим процессом деформации. Различия в условиях нагрева и обработки давлением в производстве полуфабрикатов из алюминиевых сплавов приводят к заметной разнице в их структуре после конечной термической обработки, что обусловливает очень большие различия в механических и других свойствах. Одни полуфабрикаты имеют практически одинаковые свойства в трех взаимно перпендикулярных направлениях, для других эти свойства, особенно в высотном направлении, отличаются в несколько раз.

Существенно различаются по свойствам полуфабрикаты, получаемые, прокаткой, прессованием, ковкой и штамповкой. Создавало

емые при прокатке полуфабрикаты толщиной до 10,5 мм называются листами, большей толщины — плитами. Для стали термин «плиты» обычно не применяется. Благодаря высокой пластичности и сверхпластичности алюминиевых сплавов при сравнительно низких температурах (300—500 °С) широкое распространение, кроме прокатки, получило прессование. Наименьшей прочностью и наиболее высокой пластичностью обладает высокочистый алюминий. Любые примеси, в особенности железо и кремний, снижают пластичность металла.

В качестве основных легирующих элементов применяются медь, магний, кремний, марганец, цинк, литий и др. Содержание легирующих элементов в деформируемых сплавах обычно не превышает 8 %. В литейных сплавах общее количество легирующих элементов и примесей может составить 10—30 %. Деление на легирующие элементы и примеси в некоторой степени условно. Например, кремний, железо во многих сплавах являются нежелательными примесями, а в некоторых ковочных и литейных сплавах, а также в сварочной проволоке марки СвАК5 кремний — основной легирующий элемент. Содержание элементов в алюминиевых сплавах приведено в табл. 2—4.

При термомеханической обработке необходимо учитывать особенности поведения алюминиевых сплавов на операциях наклепа, возврата, рекристаллизации, закалки и старения.

Наклеп. Все упомянутые операции термомеханической обработки в той или иной мере включают пластическую деформацию. После снятия нагрузки, большей предела текучести, в деформируемом полуфабрикате сохраняется остаточная деформация. При повторном нагру-жении возрастает предел текучести металла и снижается его способность к дальнейшей пластической деформации, т. е. металл упрочняется. Такое упрочнение металла называется наклепом (нагартовкой).

С ростом степени деформации показатели механических свойств °в. ^0,2 и твердость НВ, характеризующие сопротивление деформации, повышаются по затухающей кривой (деформационное упрочнение), а показатели пластичности (способности к пластической деформации) б, \|з соответственно снижаются: Предел текучести о02 растет более интенсивно, чем временное сопротивление ств. По мере роста степени пластической деформации значения ов и о0,2 сближаются. В результате наклепа механические свойства меняются весьма существенно. Для термически неупрочняемых сплавов наклеп является Основным способом повышения их прочности.Так, временное сопротивление ненагартованного сплава АМгб составляет 300—320 МПа, а нагартованного АМгбНПП — 380—430 МПа. Упрочнение при наклепе объясняется повышением плотности дислокаций, увеличением числа точечных несовершенств — вакансий и дислоцированных атомов. Все это затрудняет свободное перемещение дислокаций. Дополнительные барьеры для дислокаций создаются из-за деформации зерен и дробления блоков, что, в свою очередь, способствует упрочнению металла. Наклепанный металл имеет меньшую плотность, меньшую теплопроводность и большее электросопротивление.

При наклепе зерна сплющиваются и ориентируются вдоль направления деформации, определяя т. н. текстуру металла. Ее образование