Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
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, неимеющего полимерного превращения
Многие практически очень важные сплавы не имеет полиморфных превращении, 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 (рис. 1).
Сплав состава Со при комнатной температуре состоит не двух фaз α и β . При нагревании до Т0 β - фаза растворяется в α - фазе» и выше Т0 сплав представляет собой однофазный твердый раствор α. При обратном медленном охлаждении β – фаза выделяется из α - фазы, в которой растворимость компонента В уменьшается в соответствии с ходом сольвуса α 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 β фазы успевает пройти и β - фазы не выделяется из α - раствора.
Таким образом, если сплав состава С0 нагреть до температуры Т зак (выше T0) и ускоренно охладить, он при комнатной температуре б удет состоять не одной α - 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 β в компоненте А меньше С0 и определяется точкой α.
Следовательно, при закалке без полиморфного превращения образуется метастабильный, т.е. неустойчивый пересыщенный твердый раствор, склонный к распаду путем выделения β- фазы. Основной задачей закалки без полиморфного превращения является подготовка к этому распаду, т.е. старению.
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 " α ", 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 С1 ), 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 Д16 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 β фазы из пересыщенного твердого раствора α 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 α- твердого раствора и соединения CuAl2
(так называемой θ - 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
тонко пластинчатый 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 1X18Н9;
б) Повышение прочности и снижение пластичности, пример - дуралюмин Д16.
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 с коагулировавшей Ө фазы.
Таким образом, окончательный комплекс свойств сплава определяется структурам 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 Д16.(Состав сплава Д16 приведен в таблице).
Химические состав сплава Д16
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.
3) Закаленные образцы подвергнуть старению по следующим режимам таблица 2.
4) После старения образцы охладить путем замачивания в воде и измерить твердость НRВ каждого образца.