лабораторная работа. Лабораторная работа Юрьевой. Практикум для студентов заочного обучения машиностроительных специальностей Красноярск 2002 удк 669. 01(07)
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
6.4. Деформируемые алюминиевые сплавы В промышленности используется большое количество деформируемых сплавов. Из них изготавливают листы, трубы, профили, поковки, штамповки. Они отличаются друг от друга легирующими компонентами, степенью легированности и способностью упрочняться при закалке и старении. Технический алюминий (АД, АД1), двойные сплавы алюминия с марганцем (АМц, АМц2), магнием (АМг2, …, АМг6) содержат мало легирующих элементов, термически не упрочняются, обладают высокой пластичностью. Поэтому используются в отожженном или нагартованном состоянии в виде листов, труб, профилей. Все остальные деформируемые сплавы способны упрочняться термообработкой, но степень их упрочнения зависит от легирующих элементов и степени легированности. В литом состоянии любой деформируемый сплав имеет структуру, состоящую из зерен твердого раствора, по границам которого расположены выделения интерметаллидных фаз. Чем сложнее химический состав сплава, тем сложнее состав интерметаллидов. После термообработки (закалки и старении) эти интерметаллидные фазы играют роль упрочнителей сплава, причем эффективность упрочнения тем выше, чем сложнее кристаллическая решетка фазы. Сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем называют дюралюминами. Это сплавы Д1, Д6, Д16, Д18, Д20 и др. Близкие к дюралюминам по составу, но с добавками кремния, - это ковочные сплавы АК4, АК6, АК8, названные так потому, что используются для получения поковок и штамповок. Группа сплавов, названных авиалями, содержат те же легирующие элементы, что и ковочные, но содержание меди в них снижено на порядок. Поэтому авиали обладают высокой пластичностью, хотя и невысокой прочностью. Маркируют их АВ, АД31, …, АД35. Наиболее высокими механическими свойствами после упрочняющей термообработки обладают сплавы, легированные медью, магнием и цинком. Их называют высокопрочными и маркируют В92, …, В96. Химический состав и механические свойства некоторых деформируемых сплавов алюминия приведены в табл. 6.2. Таблица 6.2 Состав и свойства деформируемых алюминиевых сплавов
В скобках приведены показатели для нагартованных сплавов. В скобках и далее приведены показатели закаленных и состаренных сплавов. В скобках приведены показатели при температуре 5000 С. 6.5. Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов Р  ассмотрим процесс термического упрочнения на примере сплава, не содержащего эвтектики (рис. 6.3). Рис. 6.3. Типичная диаграмма состояний алюминиевых сплавов и схема упрочняющей термообработки сплава неэвтектического состава При формировании структуры слитка или отливки из сплава Х вначале (точки 1-2) кристаллизуются зерна твердого раствора , а затем (точки 3-4) из него на границах зерен выделяется избыточная фаза AlxMу. Схематично эта структура показана на рис.6.4, а. Сплав с такой структурой обладает низкой прочностью и пластичностью. Хрупкость придают ему грубые выделения интерметаллидов на границах зерен. При нагреве сплава до температуры 5 избыточная фаза AlxMу растворится и образуется однородный твердый раствор . Затем следует охлаждение в воде, т.е. закалка. В результате образуется пересыщенный α-твердый (т.к. фаза AlхМу не успеет выделиться), обладающий высокой пластичностью и низкой прочностью. 
Рис. 6.4. Схемы микроструктур алюминиево-медного сплава с 4% меди: а – после литья; б – после закалки; в – после старения; г – после отжига Такой сплав можно успешно деформировать (штамповать, прокатывать и т.д.), не опасаясь образования трещин. Перенасыщенный раствор закаленного сплава термодинамически неустойчив и поэтому, если его нагреть до температуры 6 или выдержать при комнатной температуре в течение нескольких суток, произойдет старение, т.е. распад раствора, сопровождающийся выделением из него субмикроскопических частиц избыточной фазы (рис. 6.4, в). Причем эти частицы будут выделяться не по границам, а в объеме всего зерна. Процесс распада перенасыщенного твердого раствора идет в несколько стадий: вначале образуются участки, обогащенные легирующими элементами (зоны Гинье-Престона), затем по мере увеличения температуры, образуются мелкодисперсные частицы промежуточных фаз, и только после этого образуются более крупные частицы интерметаллидов. Упрочнение сплавов происходит на стадиях образования зон Гинье-Престона и мелкодисперстных промежуточных фаз. Эти выделения являются эффективными барьерами на пути движения дислокаций, что ведет упрочнению сплава. Дальнейший нагрев приводит к коагуляции частиц интерметаллидов и формированию структуры отожженного сплава (рис. 6.4, г) после чего произойдет его полное разупрочнение. Такие же процессы происходят в силуминах, т.е. в сплавах, содержащих в структуре эвтектику, если они дополнительно легированы медью, магнием, цинком. При термообработке происходит растворение и последующее выделение интерметаллидных фаз, что дополнительно упрочняет силумин. 6.6. Порядок выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть лабораторной работы. 2. Пользуясь альбомом микроструктур и набором микрошлифов, рассмотреть и зарисовать микроструктуры следующих сплавов: не модифицированный доэвтектический силумин в литом состоянии; модифицированный доэвтектический силумин; сплав АЛ7 в литом состоянии; сплав АЛ23-1 в литом состоянии; сплав АЛ23-1 в закаленном и состаренном состоянии; сплав Д16 в литом состоянии; сплав Д16 в закаленном и состаренном состоянии. 3. Под каждой микроструктурой подписать название сплава, стрелками указать структурные составляющие. 4. Рядом с микроструктурами начертить соответствующие диаграммы состояния, необходимые для анализа структуры сплава и отметить на них анализируемые сплавы. 5. Провести анализ процессов, приводящих к формированию структур сплавов. 6.7. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения о классификации алюминиевых сплавов. 3. Зарисовки всех микроструктур (указанных в п. 6.2.) и соответствующих диаграмм состояния сплавов. 4. Под каждой микроструктурой подписать название сплава, марку, химический состав, указать структурные составляющие, свойства. 6.8. Контрольные вопросы 1. В чем причина высокой коррозионной стойкости алюминия? 2. Почему для изготовления фольги используют алюминий высокой чистоты? 3. Как классифицируются алюминиевые сплавы? 4. Почему силумины отличаются хорошими литейными свойствами? 5. Какие алюминиевые сплавы можно упрочнять термической обработкой? 6. Как выбирается температура нагрева под закалку двойных алюминиевых сплавов? 7. Какая структура сплава является наилучшей для получения изделий методом деформирования? 8. Для чего производится модифицирование силуминов и в чем оно заключается? 9. Чем отличается структура модифицированного и немодифицированного силумина, содержащего 12% кремния? 10. Почему сплав АЛ23-1 имеет низкие литейные свойства? 11. Назовите марки деформируемых сплавов, упрочняемых и неупрочняемых термообработкой. Р  ис 2.0 Фазовая диаграмма состояния системы Al – Ca | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, МПа
, МПа
, %