Материаловедение. Лабораторный практикум. Барышев Г.А - 44 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

При комнатной температуре скорость диффузии мала, поэтому в течение 3 – 5 часов после закалки сплав будет хо-
рошо обрабатываться давлением. При большем времени выдержки пластичность начинает ухудшаться, так как сплав ста-
реет.
Различают естественное и искусственное старение, которые используют для повышения прочности заготовок после обра-
ботки давлением.
РИС. 3. ОБРАЗОВАНИЕ ЗОН ГИНЬЕ–ПРЕСТОНА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ СТАРЕНИИ:
1 – АТОМЫ АЛЮМИНИЯ; 2 – АТОМЫ МЕДИ
Естественное (низкотемпературное) старение происходит в закаленном дуралюминии при комнатной температу-
ре. В таких сплавах при 20 °С скорость диффузии атомов очень мала (3–4 межатомных расстояния в сутки). Однако этого
перемещения хватает, чтобы уменьшить свободную энергию сплава за счет группирования атомов меди. Вокруг каждого от-
дельного атома замещения (Cu) в ГЦК решетке α-раствора 12 атомов алюминия смещены из своего положения равновесия
(рис. 3, а). Если же два атома Cu располагаются рядом, искажение решетки будет меньше. Поэтому в процессе выдержки
при комнатной температуре атомы меди образуют огромное количество плоских скоплений (рис. 3, б) в виде дисков толщи-
ной (10…20) ⋅ 10
–10
м, которые были названы зонами Гинье–Престона по фамилиям первооткрывателей.
ГП-зоны трудно увидеть даже в электронном микроскопе. Эти зоны имеют решетку α-раствора, но отличаются рас-
стоянием между атомами. Поэтому вокруг них в твердом растворе создаются мощные искажения кристаллической ре-
шетки, которые не дают двигаться дислокациям. Поэтому пластичность сплава падает, а прочность растет.
Закалка дуралюмина с последующим естественным (или зонным) старением обеспечивает максимальную прочность
сплава.
Если естественно состаренный сплав кратковременно (5…10 минут) нагреть до 200 °С, то активизация диффузии
атомов приводит к рассасыванию зон Гинье–Престона (атомы меди снова располагаются случайно в твердом растворе);
закалка с 200 °С возвращает сплаву высокую пластичность. Это явление получило название возврат при естественном
старении.
Искусственное (высокотемпературное) старение – это процесс распада неравновесного пересыщенного твердого
раствора при нагревании с выделением второй фазы (рис. 4, а). При нагревании увеличивается скорость диффузии атомов
меди и они уходят из пересыщенного раствора, образуя дисперсные частицы равновесной θ-фазы размером от 50 до 100
нм., равномерно распределенные внутри пластичной матрицы. С ростом температуры и времени старения твердость ду-
ралюминия растет. Обычно его старят при температуре 100 °С в течение 1 часа. Полученная структура (рис. 4, б) обеспе-
чивает прочность на 20…30 % меньше, чем после естественного старения. Однако после фазового (искусственного) ста-
рения в материале сплав имеет низкий уровень остаточных напряжений, поэтому он имеет более высокую коррозионную
стойкость.
РИС. 4. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДЮРАЛЮМИНИЯ ПРИ ФАЗОВОМ (ИСКУССТВЕННОМ) СТАРЕНИИ
В случае увеличения температуры старения выше 100 °С ускорение диффузии приводит к коагуляции (укрупнению)
зерен θ-фазы. При этом (в соответствии с моделью Э. Орована) облегчается движение дислокаций через твердые включе-
ния, пластичность сплава увеличивается, а прочность падает. Такое явление называют перестариванием дюралюминия
(рис. 4, в – старение в течение 5 минут при 250 °С). Этот брак термообработки можно исправить только повторной закал-
кой с 500 °С (то есть из α-раствора).
Порядок работы
1. Получить у преподавателя образцы дуралюмина в отожженном состоянии и после естественного старения. Измерить
их твердость. Результаты записать в табл. 3.

Страницы