Растворимость большинства компонентов в алюминии при понижении температуры уменьшается (рис.1), что позволяет упрочнять сплавы путем закалки и старения.
Алюминиевые сплавы не претерпевают полиморфных превращений, и их упрочняющая термическая обработка (закалка и старение) обусловлена уменьшением растворимости легирующих элементов в матричном твердом растворе при понижении температуры от эвтектической или перитектической до комнатной.
Закалка алюминиевых сплавов — заключается в нагреве их до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы, полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Сущность закалки без полиморфных превращений заключается в насыщении твердого раствора легирующими элементами и точечными дефектами до концентраций, соответствующих выбранной температуре нагрева, а также в фиксации полученного состояния сплава в результате резкого охлаждения.
Свойства закаленных алюминиевых деформируемых сплавов и кинетика последующего старения во многом определяются степенью пересыщения твердого раствора легирующими элементами, зеренной структурой, которая окончательно может формироваться в процессе нагрева под закалку, а также плотностью и типом дефектов кристаллического строения закалочного роисхождения. С увеличением степени пересыщения твердого раствора легирующими элементами повышается прочность закаленных сплавов, что можно объяснить непосредственным взаимодействием дислокаций с растворенными атомами, а также с некоторым изменением дислокационной структуры в сплаве. Кроме того, повышение концентрации твердого раствора приводит к уменьшению критического зародыша новой фазы и к увеличению числа промежуточных превращений в процессе старения.
Например, температура закалки сплавов системы Аl—Сu (рис.1) определится линией abc, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих <5,6% Сu, и ниже эвтектической линии (548°С) для сплавов, содержащих большее количество меди. При нагреве под закалку сплавов, содержащих до 5,6% Сu, избыточная фаза СuАl2 полностью растворится и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный α-твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве. При содержании более 5,6% Сu в структуре сплавов после закалки будет пересыщенный α-твердый раствор состава, отвечающего точке b, и нерастворенные при нагреве кристаллы соединения СuАl2.
При нагреве под закалку в алюминиевых деформируемых сплавах могут протекать рекристаллизационные процессы, приводящие, как правило, к некоторой потере прочности в результате уменьшения плотности дефектов кристаллической решетки и роста зерна.
Однако сохранение нерекристаллизованной структуры после закалки не всегда обеспечивает более высокую прочность в термо-упрочненном состоянии. В процессе нагрева под закалку в алюминиевых сплавах не только растворяются избыточные фазы, но и происходит распад пересыщенного переходными элементами (Mn, Zr, Сr) твердого раствора. Степень распада, размер, плотность и характер распределения дисперсоидов, в какой-то мере обусловленные режимом закалки, оказывают заметное влияние на протекающие при нагреве под закалку рекристаллизационные процессы, на устойчивость твердого раствора, на распределение продуктов распада и дислокаций