Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные теоретические сведения

Лаборатория работа№3

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДУРАЛЮМИНА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Познакомиться c практикой термической обработки дуралюмина. Ознакомиться с явлениями "старения" дуралюмина. Изучить влияние температуры к времени старения дуралюмина на твердость закаленного дуралюмина.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Алюминий кристаллизуется в кубическую гранецентрированную решетку К12. Он не имеет аллотропических превращений. Характерными свойствами алюминия является:

· малый удельный вес γ = 2,72 Г/с, это примерно в три раза меньше чем у стали;

· высокая пластичность относительное удлинение алюминия %;

· низкая твердость НВ25

· Низкий предел прочности =8-10 кГ/мм;

· температура плавления t=658°С;

· высокая тепло- и электропроводность;

· высокая коррозийная стойкость;

· высокая стойкость против атмосферной коррозии, некоторых жидких и других сред. Например, против действия концентрированной азотной кислоты, воздуха, загрязнённого сернистыми газами, и т.д. Стойкость алюминия против атмосферной коррозии приблизительно в 20 раз больше стойкости стали.

Железо практически не растворяется в алюминии и в двойных алюминиевых сплавах встречается в виде интерметаллического соединения FeAl₃. Наличие этого соединения ухудшает коррозийную стойкость алюминия, снижает механические свойства, ухудшает обрабатываемость алюминия давлением и т.д. Поэтому железо является вредной примесью алюминиевых сплавов и только в некоторых

алюминиевых сплавах специального назначения вводят повышенное количество железа (до 1,6%) в качестве легирующего элемента.

Кремний с алюминием не образует интерметаллических соединений. Растворимость кремния в алюминии пр и нормальных условиях ничтожно мала, а поэтому в двойных алюминиевых сплавах кремний может встречаться в чистом виде.

Медь в определенных количествах растворяется в кристаллической решетке алюминия, образуя с ним твердый раствор замещения. Растворяясь в алюминии, медь повышает прочностные свойства, не снижая коррозийной стойкости алюминия.

Наиболее чистый алюминий содержит 99,996% Аl. Применение чистого алюминия как конструкционного материала ограничено из-за низкой прочности.

Малый удельный вес, высокая коррозийная стойкость, высокие показатели удельной (относительной) прочности и прекрасный внешний вид алюминиевых сплавов обеспечивают им широкое применение во всех областях техники в качестве конструкционного материала.

Все алюминиевые сплавы в зависимости от технологии изготовления из них полуфабрикатов и деталей делятся на две группы: деформируемые и литейные.

В зависимости от способа повышения механических свойств, деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на сплавы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы, упрочняемые термической обработкой (рисунок 3.1).

Структура деформируемых сплавов, не упрочняемых термической обработкой, состоит из однородного твердого раствора меди, магния, марганца и других элементов в алюминии или твердого раствора и частичек второй фазы: А1₆ (Мn,Fе), FеА1₃, не растворимых в алюминии при повышении температуры.

Эти сплавы обладают невысокой прочностью, высокой пластичностью и коррозийной стойкостью. Наличие второй фазы несколько снижает коррозийную стойкость. К деформируемым, термически не упрочняемым сплавам, относятся главным образом сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг).

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, поступают к заказчику в виде различного проката.

Структура этих сплавов в отожженном состоянии состоит из твердого раствора легирующих элементов в алюминии и частичек второй фары, являющейся упрочняющей фазой при термической обработке.

Термическая обработка алюминиевых сплавов заключается в закалке и последующем старении. Закалка основана на существовании переменной растворимости меди, магния и некоторых других элементов в твердом алюминии при повышении температуры.

Для обоснования выбора температуры закалки, а также для объяснения тех превращений, которые происходят в сплавах при термической обработке, можно в первом приближении воспользоваться левой частью диаграммы состояния "алюминий-медь", приведенной на рисунке 3.1. Диаграмму состояния подобного типа алюминий образует с магнием, марганцем и некоторыми другими элементами.

В равновесном (отожженном) состоянии при нормальной температуре структура алюминиево-медных сплавов, упрочняемых термической обработкой, будет состоять из твердого раствора меди (магнии, марганца и других элементов) в алюминии и большого количества избыточных кристаллов второй фазы.

Как видно из диаграммы состояния, в твердом растворе при нормальной температуре будет находиться только 0,5% меди. Остальная медь (около 3,5%) будет находиться в виде фазы, в которой содержится около 55,4% меди.

При нагреве β_II - фаза и другие вторичные фазы будут растворяется в твердом растворе и при достижении примерно 500°С (точка а, рисунок 3.1) вся β_II - фаза перейдёт в твердый раствор. Вследствие растворения вторичных фаз алюминий обогатится медью и другими элементами.

При быстром охлаждении с этой температуры (закалка) медь не успеет выделиться из твердого раствора, при нормальной температуре получим структуру однородного пересыщенного твердого раствора меди (магния, марганца) в алюминии.

Рисунок 3.1 Классификация сплавов Al по диаграмме состояния сплава

Рис. 7.1. Классификация сплавов Al По диаграмме состояния с?.

Целью закалки алюминиевых сплавов является получение при комнатной температуре структуры однородного пересыщенного твердого раствора α.

Пересыщенные твердые растворы этих сплавов имеют пониженную прочность по сравнению с состаренным состоянием. Так, например, дуралюмин марки Д16 в свежезакаленном состоянии имеет следующие механические свойства: предел прочности = 24 - 26 кГ/мм²; относительное удлинение = 20-22%.

Пересыщенные твердые растворы метастабильны (неустойчивы). Избыточные элементы будут стремиться выделиться из пересыщенного твердого раствора. На этом явлении и основан процесс "старения" алюминиевых сплавов.

В процессе старения (дисперсного твердения) прочность сплавов растет, пластичность падает.

Следует заметить, что прочность дюралюминия марки Д16 при естественном старении начинает заметно увеличиваться только по истечении 3 часов с момента закалки. Этот период называют "инкубационным". В инкубационный период сплав сохраняет высокую пластичность, хорошо обрабатывается давлением, что используют в практике для проведения таких технологических процессов, как клепка, правка и т.д.

Рисунок 3.2. График зависимости изменения твердости от температур старения во времени.

Инкубационный период определяется скоростью протекания процессов старения и зависит главным образом от химического состава сплава и температуры старения.

При температурах ниже 0°С процесс старения замедляется и практически прекращается при температурах ниже -50°С, что позволяет при этих температурах длительное время сохранять однородного пресыщенного твердого раствора.

Процесс старения при высоких температурах - искусственное старение, протекает значительно быстрее. На рисунке 3.2. приведены кривые старения дюралюминия марки Д16 при различных температурах.

Смещение максимума кривых в следствии увеличением температуры старения объясняется ускорением процессов диффузии атомов меди при нагревании.

Как видно из кривых, при искусственном старении дюралюминия прочность его в начале возрастает, а затем начинает падать. Чем выше температура старения, тем максимум прочности достигается быстрее. Следовательно, для достижения максимальной прочности время старения при искусственном старении необходимо ограничивать.

Большое практическое значение имеет обработка дуралюмина "на возврат". Если сплав после естественного старения подвергнуть кратковременному нагреву (1-2 мин.) при температуре 250°С с последующим быстрым охлаждением то свойства сплава возвратятся к свежезакаленному состоянию.

Обработанный "на возврат" дуралюмин обладает низкой прочностью и высокой пластичностью. С течением времени такой дуралюмин стареет, подобно свежезакаленному.

ОБОРУДОВАНИЕ.

Лабораторные муфельные печи с терморегулятором.

Ванны с охлаждающей жидкостью - вода.

Щипцы для изъятия образцов из печи.

Прибор для определения твердости по Рокквелу со вставкой стальной шарик диаметром 1,59мм для измерения твердости по шкале В.

Штангенциркуль или микрометр.

Образцы из сплава алюминия - Д16.

12 Следующая ⇒