Материаловедение. Лабораторный практикум. Барышев Г.А - 42 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 11
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДЮРАЛЮМИНИЯ
Цель работы: изучить принципы упрочнения сплавов методом дисперсионного твердения на примере алюминиймед-
ных сплавов.
Приборы, приспособления и материалы: нагревательные печи, твердомер, закалочная ванна, закалочные клещи, образцы
дюралюминия.
Методические указания
Одним из методов повышения прочности цветных сплавов при термообработке является дисперсионное твердение.
Этот метод применяется тогда, когда в металле при нагревании не происходит перестройки кристаллической решетки, но
увеличивается растворимость легирующих элементов. Равновесная структура таких сплавов содержит зерна твердого
раствора и включения второй фазы (обычно – твердого химического соединения).
Термообработка состоит из закалки и последующего отпуска, который в этом случае называется старением. При нагре-
вании зерна второй фазы растворяются в твердом растворе. При закалке сплав полностью или частично сохраняет атом-
ную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. Последующий нагрев активизирует диффузию (теп-
ловое движение) атомов и постепенно приближает фазовый состав к равновесному состоянию. Выбирая температуру ста-
рения, можно менять скорость диффузии, а значит управлять структурой металла (менять размер включений второй фа-
зы, которую называют фаза-упрочнитель).
В результате этой термообработки получается структура, состоящая из вязкой матрицы, внутри которой равномерно
располагаются мелкие (дисперсные) выделения второй, твердой фазы. Сплавы с такой структурой имеют очень высокую
прочность и низкую пластичность. Это связано с тем, что пластическая деформация осуществляется в кристаллических ма-
териалах за счет движения дислокаций. Мелкие включения твердой фазы тормозят это движение, поэтому пластичность
уменьшается, а прочность растет. Зарождение трещин в такой структуре затруднено, поэтому материал обладает высокой
вязкостью.
Принцип дисперсионного твердения применяют и в сплавах на основе железа (безвольфрамовые быстрорежущие ста-
ли).
К дуралюминам относятся пластически деформируемые алюминиевые сплавы, которые легируют медью, магнием,
кремнием и марганцем для получения высокой прочности после термообработки. Они применяются для изготовления де-
талей и элементов конструкций средней и повышенной прочности, требующих долговечности при переменных нагруз-
ках.
Дуралюмины – многокомпонентные сплавы (табл. 1), и для правильного выбора их термической обработки следует
использовать тройные или четверные равновесные диаграммы состояния. Однако, главным легирующим компонентом
является медь, поэтому диаграмма алюминий–медь (рис. 2) позволяет достаточно точно спрогнозировать превращения
при термообработке этих сплавов.
1. Химический состав дуралюминов, вес. %
Марка Cu Mn Mg Si Fe
Д1 3,8…4,8 0,4…0,8 0,4…0,8
менее
0,7
менее
0,7
Д16 3,8…4,5 0,3…0,9 1,2…1,8
менее
0,5
менее
0,5
Алюминий с медью образует ограниченный твердый раствор замещения (рис. 1, верхний чертеж). Максимальная рас-
творимость достигается при температуре 548 °С и составляет 5,6 вес. %. С уменьшением температуры до комнатной раство-
римость падает до 0,5 вес. %.

Страницы