Термическая обработка дюралюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Термическая обработка дюралюминия

Цель работы

1. Ознакомиться с упрочняющими термообработками сплавов, не имеющих полимерных превращений

2. Исследовать влияние режимов старения на твердость дюралюминия.

Термообработка сплавов, не имеющих полимерного превращения

Многие практически очень важные сплавы не имеет полиморфных превращений, к ним не применима закалка на мартенсит. Такими являются сплавы на основе алюминия, магния, никеля, меди, кобальт а, a так - же многие высоколегированные сплавы на основе железа. Упрочняющая термическая обработка в этом случае имеет отличительные особенности от термообработки углеродистой стали. Она состоит из двух операция; закалки без полиморфного превращения и старения.

Закалка без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения возможна во всех случаях, когда содержание легирующего элемента в сплаве больше придельной растворимости его при комнатной температуре и когда растворимость его увеличивается при повышении температуры.

Рассмотрим систему с ограниченной растворимостью компонента В в компоненте А.

Сплав состава Со при комнатной температуре состоит не двух фaз б и в При нагревании до Т 0 в - фаза растворяется в б - фазе" и выше Т 0 сплав представляет собой однофазный твердый раствор б. При обратном медленном охлаждении в - фаза выделяется из б - фазы, в которой растворимость компонента В уменьшается в соответствии с ходом сольвуса б А.

Рис. 16-1. Схема к объяснению закалки без полиморфного превращения

Этот процесс связан с диффузионным перераспределением компонентов в сплаве. При достаточно быстром охлаждении диффузионное перераспределение, необходимое для зарождения и роста кристаллов в фазы успевает пройти и в - фазы не выделяется из б - раствора.

Таким образом, если сплав состава С 0 нагреть до температуры Т зак (выше T0) и ускоренно охладить, он при комнатной температуре будет состоять не одной б - фазы, как и при температуре нагрева.

Такая термообработка, при которой при комнатной температуре фиксируется состояние сплава, свойственное более высокой температуре, называется закалкой без полиморфного превращения.

При температуре нагрева под закалку в рассматриваемом сплаве твердый раствор ненасыщенный, а при комнатной температуре он пересыщенный, так как предельная растворимость компонента в в компоненте А меньше С 0 и определяется точкой б.

Следовательно, при закалке без полиморфного превращения образуется метастабильный, т.е. неустойчивый пересыщенный твердый раствор, склонный к распаду путем выделения в- фазы. Основной задачей закалки без полиморфного превращения является подготовка к этому распаду, т.е. старению. сплав полимерный термообработка дюралюминий

Температура нагрева под закалку выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное растворение избыточных фаз в основном твердом растворе. Сплавы, содержащие компонент А больше, чем в точке " б ", но меньше, чем в точке " а ", нагревается до температур выше линии сольвус, но так, чтобы не началось плавление, т.е. температура должна быть ниже солидуса сплава. Сплавы же, содержащие компонент В больше (чем в точке " а " (сплав С 1), нагреваются под закалку по возможности ближе к эвтектической температуре, лишь бы не допустить начала оплавления эвтектической составляющей по границам зерен.

Таким образом, интервал закалочных температур очень узок, иногда он колеблется в пределах + 5° (например, для дуралюмина марки Д 16 температура закалки может колебаться от 495 до 505°С), при этом верхняя граница может быть всего на 3-6° ниже солидуса.

Скорость охлаждения при закалке должна быть достаточной, чтобы предотвратить выделение в фазы из пересыщенного твердого раствора б в процессе закалки.

Старение

Как сказано выше, закаленный сплав находится в метастасильном состоянии. Пересыпанный твердый раствор стремится к равновесному состоянию путем выделения избыточной фазы.

Операция термической обработки, при которой происходит распад закаленного пересыщенного твердого раствора, называется старением.

Распад пересыщенного твердого раствора происходит самопроизвольно, с выделением скрытой теплоты превращения, b некоторых сплавах этот процесс, хотя и неполно, протекает даже при комнатной температуре. В этом случае старение называется естественным. Однако в большинстве случаев диффузионная подвижность атомов при комнатной температуре недостаточна для обеспечения необходимой степени распада в приемлемое время, и тогда сплав подвергают искусственному старении при повышенных температурах.

Основными параметрами, определяющими степень распада пересыщенного твердого раствора, являются температура и время, скорость нагревания и охлаждения практически не играет роли.

Рассмотрим более подробно изменения структуры и свойства при закалке и старении алюминиевых сплавов типа дуралюмин.

Термообработка дуралюмина

Основой упрочняющей термообработки дуралюминов служит переменная растворимость меди в алюминии (0,1% при комнатной температуре и 5,7 при температуре эвтектики).

Сплавы, содержащие около 5 % алюминия, при комнатной температуре состоят из б- твердого раствора и соединения CuAl2 (так называемой и - фазы. После закалки от температур выше линий сольвус получается пересыщенный твердый раствор меди в алюминий, склонный к распаду при старении.

На процесс выделения избыточных фаз большое влияние оказывает упругая деформация решетки основного твердого раствора. Именно влияние упругой энергии определяет сложность и много стадийность процесса распада с образованием метастабильных фаз.

1. Уже при комнатной температуре в пересыщенном твердом растворе образуется участки с повышенной концентрацией меди, называемые кластерами. Вначале размер кластеров очень мал, а со временем они вырастает, и их можно выявить методами рентгеноструктурного анализа. Такие крупные кластеры называется зонами Гинье -Престона (сокращенно ЗГП).

Большая разница в атомных радиусах меди и алюминия обусловливает значительную упругую деформацию решетки, поэтому 5ГП имеют тонкопластинчатую дискообразную форму. По этой же причине в местах, обогащенных медью, изменяется межплоскостное расстояние.

Размер ЗГП зависит от температуры и продолжительности старения и имеет величину порядка 100 А.

Зоны Гинье-Престона не имеют четкой границы с основным твердым раствором, т.е. являются полностью когерентными выделениями. Иногда их даже трактуют как стадию пред выделениями при старении.

2. При повышенных температурах старения выделяются метастабильные фазы, которые по составу совпадают с CuAl2 решетка их когерентна решетке твердого раствора и отличается от решетки стабильной CuAl2. Размеры таких выделений могут достигать 1500 А в диаметре и 100 А по толщине.

3. Конечным результатом старения является выделение стабильной фазы CuAl2, дисперсность которой уменьшается с повышением температуры старения в результате процесса коагуляции частиц.

Изменение механических свойств при закалке и старении

При закалке без полиморфного превращения механические свойства изменяется значительно меньше, чем при закалке стали. При этом могут быть разные случаи:

а) Снижение прочности и повышение пластичности, пример - нержавеющая сталь 1X18Н 9;

б) Повышение прочности и снижение пластичности, пример - дуралюмин Д 16.

Характер изменения механических свойств определяется совместным действием двух факторов. С одной стороны, с увеличением концентрации легирующего элемента в твердом растворе его прочность возрастает. С другой стороны, растворение упрочняющей избыточной фазы раз упрочняется металл.

В сплавах типа дуралюмин в отожженном состоянии эффект упрочнения от грубых выделений CuAl2 незначителен, поэтому после закалки прочность в них несколько возрастает.

При старении сплав значительно упрочняется, это является следствием торможения дислокаций выделениями, образующимся при распаде|

На разных стадиях старения можно выделить следующие преимущественные причины упрочнения;

1) Торможение дислокаций полем упругих напряжений в матрице вокруг выделений на зонной стадии

2) Упрочнение при пере резании выделений дислокациями в стадии образования метастабильных фаз;

3) Упрочнение при огибании дислокациями части стабильной коагулировавшей ? фазы.

Таким образом, окончательный комплекс свойств сплава определяется структурным состоянием, достигнутым при старении,

В связи с тем, что на всех стадиях распада выделения пересыщенного твердого раствора являются весьма монодисперсными, упрочнение при старении часто называет дисперсионным твердением.

Сплавы, упрочняемые путем накалки без полиморфного превращении с последующим старением, нашиваются дисперсионно твердеющими.

Задание и порядок выполнения работы

В настоящей работе изучается упрочняющая термическая обработка дисперсионно твердеющих с плане в на примере дуралюмина марки Д 16.(Состав сплава Д 16 приведен в таблице).Химические состав сплава Д 16

В случае нагрева в соляной ванне каждый образец должен быть нанизан на проволочку.

После окончания выдержки образцы закалить в воде и измерить их твердость по HRВ.

Закаленные образцы подвергнуть старению по следующим режимам таблица 2.

После старения образцы охладить путем замачивания в воде и измерить твердость НRВ каждого образца.

Вывод: Старение - медленное самопроизвольное необратимое изменение свойств материалов. Старение происходит под действием теплового движения молекул и атомов, светового и иного излучения, механических воздействий, гравитационных и магнитных полей и других факторов. В результате материал переходит в более равновесное состояние. В экономике считается вредным процессом, так как свойства материала с течением времени отклоняются от спроектированных, обычно в худшую сторону. Для увеличении прочности дюралюминиев подвергают их закалки при температуре 510-530 С и последующим старением при температуре 150-170 С в течение 12-15 часов.

Размещено на Allbest.ru