Основні відомості з термообробки алюмінієвих сплавів - раздел Высокие технологии, ПРАКТИКУМ Технологія машинобудування Деформовані Алюмінієві Сплави Поділяють На Дві Групи: Те...
Деформовані алюмінієві сплави поділяють на дві групи: термічно незміцнені та зміцнені.
До першої групи відносять чистий алюміній, а також сплави системи Al-Mn і Al-Mg. Сплави цієї групи зміцнюються тільки наклепуванням, і до них можна застосувати тільки один вид термообробки — рекристалізаційне відпалювання для знімання наклепу.
Термічно зміцнені сплави, крім відпалювання, піддають гартуванню і старінню. До цієї групи належать сплави систем Al-Cu-Mg; Al-Cu-Mg-Zn; Al-Zn-Mg; Al-Mg-Si ін. Можливість використання гартування з наступним старінням до алюмінієвих сплавів ґрунтується на змінності розчинності легуючих елементів у алюмінії зі зміною температури (рис. 12.1).
Розглянемо механізм гартування алюмінієвих сплавів на прикладі сплаву алюмінію з 5% міді. За кімнатної температура в алюмінії може розчинятися лише до 0,5% міді, а за заевтектичної температури 548 °С — 5,65%, тобто приблизно в 11 разів більше (рис. 12.2). Такий сплав за 20 °С буде складатись із двох фаз — твердого α-розчину міді з алюмінієм у хімічній сполуці CuAl2. У процесі нагрівання сплаву до високої температури, близької до евтектичної, фаза CuAl2 повністю розчиняється і вся мідь переходить у твердий α-розчин. Сплав стає однофазним. Якщо нагрітий сплав різко охолодити (загартувати у воді) до кімнатної температури, то виділення фази CuAl2 із твердого α-розчину затримається і сплав являтиме собою дуже перенасичений твердий розчин міді в алюмінії. Таким чином, мета гартування — одержати перенасичений метастабільний твердий розчин одного або кількох легуючих елементів (Сu, Мg, Zn та ін.) у твердому алюмінії.
| Рисунок 12.1 - Залежність розчинності легуючих елементів у алюмінії від температури
| Рисунок 12.2 - Частина діаграми стану сплавів алюмінію з міддю
|
Алюмінієві сплави для гартування потрібно обов'язково охолоджувати у воді, тому що дифузійні процеси в них проходять занадто швидко.
У результаті гартування міцність сплаву підвищується. Такий сплав нестійкий, тому в ньому за кімнатної чи за підвищеної температури проходять зміни, що спричинюють подальше зміцнення. Таке явище називають старінням. Гартування — необхідна умова наступного зміцнення сплаву за рахунок старіння.
Старіння буває природне (за 20 °С) і штучне (за 100–200 °С). За природного старіння на окремих атомних площинах ґратки α-розчину з'являються іони, збагачені міддю (зони Гіньс-Престона) і спричиняють зміцнення сплаву. За штучного старіння процес розпаду твердого розчину йде далі, ніж за природного. Спочатку на базі зон Гіньс-Престона утворюється метастабільна фаза CuAl2 з тетрагональною ґраткою, а за 200 °С й вище виникає перехід її у стабільну фазу CuAl2, з кубічною ґраткою, виділившись із твердого розчину з наступною коагуляцією цієї фази. Виділення стабільної фази й особливо її коагуляція призводять до великого знеміцнення сплаву.
На рис. 12.3 показано криві старіння дюралюмінію (сплави системи Аl-Сu-Мg) за різних температур. Старіння дюралюмінію за кімнатної температури починається через 2–3 год і завершується через 4–5 діб. Тривалість нагрівання за штучного старіння залежить від температури старіння. При цьому міцність сплаву спочатку збільшується, досягає максимуму, а потім зменшується. Причому, чим вища температура старіння, тим швидше досягається максимум міцності й тим нижчий цей максимум. За температури 50°С старіння практично зупиняється.
Рисунок 12.3 - Зміна міцності загартованого сплаву Д16 при старінні
Після штучного старіння міцність дюралюмінію стає значно меншою, ніж після природного. Знижується також його корозійна стійкість і пластичність. Тому дюралюміній піддають природному старінню.
Дюралюміній має вузький інтервал температур гартування (500–510°С). Недогрівання призводить до неповного розчину легуючих елементів і зниження міцності, а перегрівання — до окиснення і навіть сплавлення меж зерен (перепалювання).
Все темы данного раздела:
ПРАКТИКУМ
із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство»
для студентів механічних спеціальностей
7.09.02.02 «Технологія машинобудування»,
7.09.02.14 «Пiд
Основні відомості про макробудову
Металографія — це вчення про макро- і мікроструктуру. Основним завданням металографічного аналізу є дослідження структури та вад металу.
Метод дослідження структури ме
Злам чавунних зразків
1. Сірий чавун. Більша частина вуглецю в сірому чавуні знаходиться у вигляді включень у графіт (пластинчатий графіт), тому такий чавун у розломі має темно-сірий колір. Дефектів у зломі нема.
V. Злом стальних зразків
Стальні зразки 10×10 мм після випробування на ударну в’язкість (KCU).
1. Крихкий металічний злом, світлий, майже блискучий, видно величину зерна.
2. Вязко-крихкий розлом. Св
Запитання для самоперевірки
1. У чому сутність макроаналізу і його призначення?
2. Які види аналізу використовуються в техніці?
3. Що визначається в процесі аналізу зломів?
4. Види зломів та їх особ
Основні відомості про мікробудову
Мікроаналіз — це дослідження структури і вад металів на мікрошліфах за допомогою мікроскопа за великих збільшень. Методом мікроаналізу визначається якість металу (забрудненість
Порядок виконання робота
1. Вивчити технологію виготовлення мікрошліфів.
2. Виконати шліфування й полірування зразків.
3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф.
4. Визначити якість мікрошлі
Запитання для самоперевірки
1. Які завдання розв'язують за допомогою мікроаналізу?
2. Яка послідовність виконання мікроаналізу?
3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків.
4. Чому не дозво
Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані
Структура у зрівноваженому (відпаленому) стані визначається вмістом вуглецю і показана на діаграмі стану «залізо-вуглець» (рис. 3.1), на якій суцільними лініями зображено діаграму «залізо-цементит»
Порядок виконання роботи
1. Вивчити під мікроскопом при збільшенні в 110–140 разів мікроструктуру заліза та вуглецевих сталей із різною кількістю вуглецю (від 0 до 1,3%).
2. Замалювати структури, що вивчаються, в
Запитання для самоперевірки
1. Назвіть одно- і двофазні структурні складові в залізовуглецевих сплавах.
2. Схарактеризуйте ферит, аустеніт, цементит, графіт, перліт та ледебурит.
3. Подайте класифікацію залі
Основні відомості про структуру чавунів
Чавуни — це залізовуглецеві сплави із вмістом вуглецю більше 2,14%. Вуглець у чавунах залежно від хімічного складу, швидкості охолодження у процесі кристалізації є в складі цем
Запитання для самоперевірки
1. Дайте визначення чавуну.
2. Назвіть види чавунів.
3. Білі чавуни, їх різновиди, структура та властивості.
4. Назвіть умови одержання білого чавуну.
5. Схаракт
Основні положення щодо визначення критичних точок сталі
Знання про критичні точки сталі потрібні для розуміння перетворень, що виникають у сталі під час нагрівання й охолодження; для визначення температур термічної обробки в сталі та гарячій обробці тис
Сутність методу пробних гартувань
Складається із загартування зразків досліджуваної сталі в широкому діапазоні температур, починаючи нижче від критичної точки Ас1, (наприклад, з 680°С) і вище від критичних точок (наприкл
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей, які потім загартувати у воді за різних температур (за таблицею 5.1). Час нагрівання під загартування визначити за вказівками лабораторної роботи № 6.
Устаткування, інструменти, матеріали
Електрична муфельна піч, інструменти (годинник, штангенциркуль, кліщі), гартувальне середовище (вода, масло), твердоміри Брінелля та Роквелла, комплекти зразків вуглецевих сталей, шліфувальний папі
Порядок виконання роботи
1. Бригада студентів одержує комплект зразків заданої марки сталі для визначення режиму термічної обробки. Температура нагрівання під гартування доевтектоїдної сталі tг. = Ас3
Запитання для самоперевірки
1. Сутність та призначення термообробки.
2. Види термічної обробки сталі.
3. Відпалювання, його призначення, види та режими.
4. Нормалізація сталі, її призначення та режи
Основні відомості про структури сталі після різних видів термообробки
Мікроструктура вуглецевої сталі після термічної обробки може бути у зрівноваженому чи незрівноваженому (метастабільному) стані.
Після відпалювання залізовуглецеві сплави зрівноважуються і
Порядок виконання роботи
1. Вивчити за плакатами й літературою мікроструктуру сталей із різним умістом вуглецю після повного та неповного відпалювання, після відпалювання з перегріванням, сфероїдоутворюючого відпалювання,
Запитання для самоперевірки
1. Опишіть умови для одержання зрівноваженої структури сталі.
2. Схарактеризуйте режими відпалювання вуглецевих сталей.
3. Які структури утворюються у відпаленій сталі?
4
Основні відомості про прогартовуваність сталі
Прогартовуваність — здатність сталі одержувати в результаті гартування структуру мартенситу (або мартенситу і троститу) й відповідну їй високу твердість на потрібну глибину за
Порядок виконання роботи
1. Визначити прогартовування циліндричного зразка заданої марки сталі об'ємним способом. Для цього:
а) навести на торцевій поверхні підготовленого зразка лінію діаметра тонко загостреним о
Запитання для самоперевірки
1. У чому сутність прогартовування сталі?
2. Яке практичне значення прогартовуваності сталі в техніці?
3. Від чого залежить прогартовуваність сталі?
4. Наведіть приклади
Основні відомості про відпускання сталі
Загартування сталі — це не кінцева операція термічної обробки. Після гартування у виробах виникають великі внутрішні напруження, зумовлені нерівномірністю охолодження за терміч
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект свіжозагартованих зразків із вуглецевої або легованої сталі заданої марки.
2. Виконати відпускання зразків 1-5 протягом 30 хв за температури відповідно 100, 200, 400,
Запитання для самоперевірки
1. Чим характеризується стан свіжозагартованої сталі?
2. Сутність та призначення відпускання сталі.
3. Схарактеризуйте види і режими відпускання.
4. Особливості та призна
Основні відомості про гартування сталі
Загартування — здатність сталі одержувати потрібну твердість після термообробки. Основним елементом більшості вуглецевих та низьколегованих сталей, що визначають її структуру і
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей із різним умістом вуглецю. Визначити температуру нагрівання сталей під гартування і час витримки за заданої температури.
2. Нагріти зразки пі
Основні відомості про цементацію сталі
Хіміко-термічна обробка (ХТО) — один із найефективніших методів підвищення надійності та довговічності машин і механізмів, істотно збільшує твердість поверхневого шару д
Порядок виконання роботи
Для визначення якості цементації запропонованих деталей потрібно:
1) макро- і мікроаналізом установити ступінь насичення поверхні деталі вуглецем та глибину цементованого шару;
2)
Запитання для самоперевірки
1. Сутність ХТО і її види.
2. З якою метою виконується ХТО?
3. Схарактеризуйте елементарні процеси ХТО.
4. У чому сутність цементації, для чого вона виконується?
Порядок виконання роботи
1. Виміряти твердість на комплектах зразків із різних термічно зміцнених алюмінієвих сплавів, підданих повному циклу зміцнювальної термообробки (загартуванню та старінню) і загартованих із різних т
Запитання для самоперевірки
1. Класифікація алюмінієвих сплавів за способом їх зміцнення.
2. На якому явищі засноване гартування алюмінієвих сплавів?
3. Як змінюються структура і властивості сплавів за гарту
Основні відомості про структури кольорових металів і сплавів
Сплави на основі алюмінію характеризуються малою густиною та підвищеною корозійною стійкістю (сплави без міді), добре оброблюються і мають високу питому міцність. Відомі деформ
Порядок виконання роботи
1. Вивчити за діаграмою стану можливий фазовий склад алюмінієвих і мідних сплавів.
2. Розглянути класифікацію, хімічний склад, структуру, властивості, маркування й використання сплавів на
Запитання для самоперевірки
1. Наведіть класифікацію алюмінієвих сплавів.
2. Як розрізняють за кількістю фаз термічно зміцнені алюмінієві сплави?
3. Як визначається присутність перепалу в сплавах?
4
Основні відомості про види корозії
Корозією називається руйнування металів і сплавів у результаті хімічної та електрохімічної дії навколишнього середовища.
Хімічна корозія відбуваєт
Порядок виконання роботи
Студенти діляться на ланки, кожна з яких одержує прилад, корозійне середовище і зразок.
Отримавши завдання, студенті повинні:
1) підготувати зразки для дослідження: зачистити їх п
Запитання для самоперевірки
1. Сутність корозії металів.
2. Чим відрізняється електрохімічна корозія від хімічної?
3. Схарактеризуйте механізм електрохімічної корозії.
4. Види корозії за характером
Новости и инфо для студентов