Материаловедение. Барышев Г.А - 47 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 1. Равновесная диаграмма состояния Al–Cu
(заштрихованная область – термоупрочняемые сплавы)
Алюминий с медью образует ограниченный твёрдый раствор замещения (рис. 1,
а
). Максимальная растворимость
достигается при температуре 548 °С и составляет 5,6 вес. %. С уменьшением температуры до комнатной растворимость
падает до 0,5 вес. %.
а
)
б
)
в
)
Рис. 2. Изменение структуры дюралюминия при закалке
В Al–Cu сплавах c содержанием меди больше 0,5 вес. %, но меньше 5,6 вес. % равновесная структура (рис. 2,
а
)
будет состоять из зёрен пластичного твёрдого раствора и крупных включений твёрдой -фазы (CuAl
2
). В реальных
сплавах есть и другие соединения – CuMgAl
2
, CuMg
4
Al
6
, Mg
2
Al
3
и др.
Сплав, имеющий после отжига такую структуру, не обладает высокой пластичностью. Для обработки на максимальную
пластичность дюралюминий следует нагреть до температуры 450…500 °С, при которой -фаза растворится и останется
только пластичный твёрдый раствор (рис. 2,
б
). При этих температурах обычно ведут горячую прокатку металлических
заготовок (более высокий нагрев может вызвать сильное окисление сплава по границам зёрен, его охрупчивание и даже
оплавление).
Штамповку проще вести при комнатной температуре, поэтому для сохранения высокой пластичности делают закалку
(обычно в воду). При быстром охлаждении не успевает произойти диффузионное движение атомов в сплаве (не выделяются
кристаллы -фазы) – однофазная структура твёрдого раствора сохраняется (рис. 2,
в
). Такой раствор содержит 5,6 вес. % Cu
вместо равновесных 0,5 вес. % Cu – он пересыщенный, но лишние атомы меди расположены случайно и слабо искажают
кристаллическую решётку. Поэтому дуралюмин с такой структурой будет иметь более высокую прочность, чем
отожжённый (табл. 2), но одновременно
очень высокую пластичность
.
При комнатной температуре скорость диффузии мала, поэтому в течение 3…5 ч после закалки сплав будет хорошо
обрабатываться давлением. При большем времени выдержки пластичность начинает ухудшаться, так как сплав стареет.
Различают естественное и искусственное старение, которые используют для повышения прочности заготовок после
обработки давлением.
Естественное (низкотемпературное) старение происходит в закалённом дюралюминии при комнатной
температуре. 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 счёт группирования атомов меди.
а
)
б
)

Страницы