Лабораторная работа № 10 Цель термической обработки алюминиевого сплава
- 1. Изучение возможности упрочнения алюминиевого сплава путем термообработки.
- 2. Изучить закономерности изменения структуры и механических свойств дюралюминия при термообработке.
- 3. Быть знакомым с технологией термообработки алюминиевого сплава.
Материалы и оборудование для выполнения работ
- 1. Дуралумин марки Д16 образца.
- 2. Прибор для измерения твердости по методу Бринелля ТШ-2.
- 3. Отопительная печь.
- 4. Бак для воды.
Последовательность работы
- 1. Изучите необходимый теоретический материал по теме урока. Знакомый с механизмом упрочнения алюминиевых сплавов путем термической обработки, структура изменяется при закалке и старении.
- 2. Измерьте твердость по Бринеллю дюралюминия в исходном (отожженном) состоянии.
- 3. Отвердите образец сплава и затем измерьте твердость.
- 4. Подержите 20 минут при температуре 100, 200 и 300 ° C и проведите искусственное старение упрочненных сплавов, а также старение сплава в течение 5 и 10 минут при 200 ° C.
- 5. Измерьте твердость образца после старения.
- 6. На основании результатов измерений построим график зависимости твердости от температуры и времени старения.
- 7. Проанализируйте и объясните результаты.
Существуют различные цели для термической обработки ключевых алюминиевых сплавов, в зависимости от состояния производства и условий эксплуатации заготовки.
- 1) Повысить пластичность и уменьшить твердость, чтобы улучшить обрабатываемость и обрабатываемость под давлением (достижение путем смягчения термической обработкой-отжигом); 81
- 2) Повысить сопротивление деформации для увеличения твердости и прочности (Эту проблему можно решить путем термообработки, отверждения и старения).
Указанные изменения в свойствах алюминиевых сплавов связаны с их структурными изменениями и поэтому учитывают особенности их формирования при различных видах термообработки. Для этого необходимо использовать фазовые диаграммы, соответствующие этим сплавам. Поскольку дюраль является сплавом алюминия, меди и магния (и небольшого количества марганца и кремния), рассмотрим фазовую диаграмму сплава алюминий-медь.
Это диаграмма ограниченной растворимости твердотельных компонентов. Алюминиево-медная фазовая диаграмма Согласно диаграмме выше, при температурах выше линии ABC, называемой ликвидусом, сплав находится в жидком состоянии. Ниже этой линии происходит процесс кристаллизации.
Растворимость алюминия в меди достигает 5,7% при 548 ° С. При понижении температуры растворимость меди быстро падает ниже 0,2% при 20 ° С. В области, окруженной линией ADE0A, находится твердый раствор меди в алюминии (символ -α). В области справа от линии CKM находится соединение CuAl2. В области, окруженной линиями ABDA, из жидкости образуются кристаллы твердого раствора алюминия и меди, а в области, окруженной линиями BCKB, образуются кристаллы соединений CuAl2.
- Когда температура падает до 548 ° C, остальная жидкость меняет состав, а когда она достигает эвтектического состава (33% меди), она кристаллизуется в эвтектической форме. Эта эвтектика представляет собой механическую смесь кристаллов твердого раствора α и CuAl2. Как видно из формы области с правой стороны фигуры, состав соединения CuAl2 также различен (разделен линией SCM на левой стороне).
Линия DE на фигуре показывает конечную растворимость меди в твердом растворе α как функцию температуры. По мере снижения температуры растворимость меди снижается с 5,7% (точка D при 548 ° C) до ≤0,2% (точка E при 20 ° C).
- Следовательно, когда гиперэвтектический сплав ниже линий ED и DB охлаждается, образуются частицы CuAl2 и избыточные атомы меди отделяются от твердого раствора α.
- Деформируемый алюминиевый сплав, дюраль, широко используется в технологии. Это сплавы, содержащие 3-5% меди в алюминии.
Согласно рисунку (рис. 1) в равновесном (отожженном) состоянии структура дюралюминия состоит из частиц твердого раствора меди и частиц соединения CuAl2 в алюминии α (рис. 2, а). В этом случае частицы CuAl2 становятся больше. Такая структура обеспечивает сплаву хорошую пластичность ( = 18–20%) с относительно низкими значениями прочности (v = 200–220 МПа) и твердости.
Если сплав состоит из 4% меди и алюминия со структурой, показанной на рис. 4а, при нагревании до температуры выше линии DE и ниже АД частицы CuAl2 начинают диссоциировать. Атомы меди и алюминия попадают в твердый раствор α. Когда этот процесс завершен, вся медь (в данном случае 4%) растворяется, и структура становится единой фазой, как показано на рисунке 4. 2, б.
Позже, когда сплав быстро охлаждается, медь остается в меди после охлаждения, потому что нет времени замечать ее из твердого раствора. В результате этой обработки твердый раствор α становится перенасыщенным медью (рис. 2c).
- Согласно диаграмме комнатной температуры, этот раствор содержит только 0,2% меди. В этом случае твердый раствор α содержит 4% меди. Процесс нагрева сплава до температуры выше линии DE (однофазная область), его выдержки и быстрого охлаждения до получения пересыщенного α-твердого раствора называется закалкой. В результате гашения образуется пересыщенный твердый раствор замещения.
В этом случае упрочнение происходит только за счет искажения кристаллической решетки из-за разного размера атомов алюминия и меди. Эти искажения слегка подавляют дислокации. Следовательно, после отверждения не происходит значительного отверждения дюралюминия. Прочность составляет 250В = 250 ~ 270 МПа, но пластичность увеличивается до = 20 ~ 24%, и сплав может пластически деформироваться в этом состоянии.
Лабораторные по материаловедению
