Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц2), содержащие 1…1,6% Mn, и магнием (АМг2, АМг6), содержащие 2…7%Mg. Структура этих сплавов в равновесном состоянии - твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Упрочняют сплавы путем пластической деформации (нагартовки).

Свойства:

· легко обрабатываются давлением;

· хорошо свариваются;

· обладают высокой коррозионной стойкостью;

· обработка резанием затруднена.

Применяютсяэтисплавы для изготовления строительных конструкций (витражи, двери, оконные рамы и т.д.), емкостей для жидкостей (баки для бензина), палубных надстроек речных и морских судов

Задача : ТО = З + средний отпуск. Структура Троостит отпуска

Углеродистая сталь(55, 60, 65…..) имеет низкую релаксационную стойкость

Билет № 3

1. Влияние пластической деформации на свойства сталей. Явление наклепа. Механизмы пластической деформации.

Механизмы пластической деформации:

· скольжение;

· двойникование;

· межзеренное перемещение (зернограничное скольжение).

Скольжение состоит в сдвиге одной части кристалла относительно другой путем последовательного перемещения дислокаций. В металлах с плотноупакованной решеткой (К12, Г12) кроме скольжения, возможно двойникование – зеркально симметричное смещение одной части кристалла относительно другой.

При пластической деформации поликристаллического металла, кроме того, происходит зернограничное скольжение, которое активизирует диффузию дислокаций, вакансий и межузельных атомов. Зерна удлиняются и дробятся, образуется волокнистая структура (рис.12).

При большой пластической деформации под влиянием внешних сил формируется текстура деформации – структура с преимущественной кристаллографической ориентировкой зёрен.

а)

б)

Рис. 12. Изменение формы зерна в металле под действием пластической деформации: до деформации (а) и после деформации (б)

В таком состоянии металл анизотропен, т.е. имеет различные свойства в разных направлениях.

Величину деформации характеризуют степенью пластической деформации e: , где Н₀ и Н – размер образца до и после деформации соответственно.

С увеличением степени пластической деформации прочность и твердость повышаются, а пластичность уменьшается (рис. 13). Упрочнение металла при пластической деформации называется наклепом. Упрочнение вызвано:

· увеличением плотности дислокаций r до 10¹¹…10¹² см^-2;

· искажением кристаллической решетки;

· дроблением зерен.

Рис. 13. Влияние степени пластической деформации на механические свойства металла

1. На диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита нанести кривые охлаждения при закалке, нормализации и отжиге. Описать характерные особенности каждой термообработки, получаемые структуры и свойства.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

· доэвтектоидных - П+Ф,

· эвтектоидной – П,

· заэвтектоидных – П+Ц_II.

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше А_С3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше А_Сm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе

Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше А_С3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше А_С1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.

Структуры сталей после закалки:

· доэвтектоидных - М+А_ОСТ,

· эвтектоидной - М+А_ОСТ,

· заэвтектоидных – М+А_ОСТ+Ц_II.

Титан и сплавы на основе титана. Влияние легирующих элементов на структуру в равновесном состоянии. Применяемые методы упрочнения. Достоинства и недостатки титановых сплавов

Титан и его сплавы

Свойства титана:

· Т_пл=1665°С,

· полиморфизм: ниже температуры 882°С устойчив α-Ti с гексагональной плотноупакованной решеткой, выше этой температуры – β-Ti с объемно центрированной кубической решеткой.

· высокая удельная прочность;

· низкий удельный вес, титан почти в два раза легче стали;

· высокая прочность (удельная прочность);

· высокая пластичность;

· жаростойкость;

· малая электропроводность;

· коррозионная стойкость;

· хорошая обрабатываемость давлением и свариваемость.

Основными легирующими элементами в титановых сплавах являются алюминий, хром, молибден, ванадий, железо, олово, цирконий. По влиянию на температуру полиморфного превращения легирующие элементы титановых сплавов делят на три группы:

· α-стабилизаторы– Al, N, O - увеличивают температуру полиморфного превращения и расширяют область α-титана;

· нейтральные элементы - Sn, Zr – практически не влияют на точки полиморфного превращения;

· β-стабилизаторы – Cr, W, Mo, V, Mn, Fe - снижают температуру полиморфного превращения и расширяют область β-титана.

В зависимости от типа и количества легирующих элементов титановые сплавы по структуре делятся на a-сплавы, b-сплавы и двухфазные a+b-сплавы.

α-титановые сплавы – это сплавы, легированные в основном алюминием, например, ВТ5 (5% Al), ВТ5-1 (5%Al+2,5%Sn) Их упрочняют холодной пластической деформацией (получают листы, ленты, профили). Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг. Структура: a - твердый раствор легирующих элементов в α-Ti.

β-титановые сплавы содержат большое количество β-стабилизаторов и представляют собой твердый раствор легирующих элементов в β-титане. Из-за повышенной хрупкости и плотности эти сплавы не нашли широкого применения в промышленности.

α+β-титановые сплавы – это сплавы, легированные алюминием и β- стабилизаторами, например, ВТЗ (5%Al+2,5%Cr), ВТЗ-1 (5%Al+2,5%Cr+2,5%Mo), ВТ6 (6%Al+4,5%V), ВТ8 (6%Al+3,5%Mo).

α+β-сплавы можно упрочнять закалкой с последующим старением,эти сплавы отличаются наилучшим сочетанием прочности и пластичности, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием, хорошо куются, штампуются и прокатываются.

Применение.Из титановых сплавов изготавливают корпуса подводных лодок, спутников, реактивную технику, навигационную технику (как немагнитный материал). Титановые сплавы применяются в судостроении (гребные винты, обшивки морских судов), в химическом машиностроении, в криогенной технике и т.д.

Задача:

Сталь для измерительного инструмента: 40Х. ТО = З + низкий отпуск. Структура: Мотп + карбиды

Сталь для штампа: 5ХН. ТО = З в масле + высокий отпуск. Структура: троостосорбит, твердость 40…..45, рабочая температура 500…..550

Билет № 4

1. На диаграмму железо-углерод нанести температуры нагрева до- и заэвтектоидных сталей под закалку, отжиг, нормализацию. Назначение каждого из этих процессов. Получаемые структура и свойства.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

· доэвтектоидных - П+Ф,

· эвтектоидной – П,

· заэвтектоидных – П+Ц_II.

Виды отжига:

Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия наклёпа. Температура нагрева сталей 650…700°С (Рис.39).

Отжиг для снятия остаточных напряжений (в отливках, сварных соединениях и др.) проводится при температуре 550..650°С.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для легированных сталей с целью устранения химической и структурной неоднородности, Т_нагр= 1100..1200°С (Рис.39), выдержка 15..20 часов. После диффузионного отжига формируется крупнозернистая структура (П+Ф).

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных сталей с целью получения мелкозернистой равновесной структуры с пониженной твёрдостью и высокой пластичностью и снятия внутренних напряжений. Полный отжиг проводится при температуре на 30..50°С выше линии А_С3 (Рис.38), происходит полная фазовая перекристаллизация, структура – П+Ф, мелкозернистая. Полный отжиг заэвтектоидных сталей не применяется, так как приводит к образованию структуры П+Ц_II с хрупкой цементитной сеткой.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с целью снизить твёрдость для улучшения обработки резанием. Происходит частичная перекристаллизация. Применяется вместо полного отжига, если не требуется измельчение зерна.

Для заэвтектоидных сталей назначается только неполный отжиг. Он проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с цельюполучения зернистого перлита. Такой отжиг называется сфероидизирующим.

Изотермический отжиг применяется для легированных сталей и заключается в нагреве выше линии А_С3, быстром охлаждении до 620…660°Сс последующей изотермической выдержкой в течение 3…6 часов до полного распада аустенита с образованием сорбита пластинчатого. Далее ведут охлаждение на воздухе.

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше А_С3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше А_Сm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе

При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация, в результате охлаждения получают высокодисперсные феррито-цементитные смеси. Структуры:

· доэвтектоидных сталей - С+Ф,

· эвтектоидной – С,

· заэвтектоидных – С+Ц_II.

После нормализации сталь имеет более высокую прочность, твёрдость, сопротивление хрупкому разрушению, по сравнению с отжигом.

Цель нормализации - устранение крупнозернистой структуры, полученной при предшествующей обработке (литье, горячей прокатке, ковке или штамповке, диффузионном отжиге). Нормализацию применяют:

· для низкоуглеродистых сталей - вместо отжига,

· для среднеуглеродистых – вместо закалки с высоким отпуском,

· для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) – для частичного устранения цементитной сетки,

· для некоторых легированных сталей – вместо закалки.

2. Нержавеющие стали аустенитного класса. Назначение легирующих элементов. Марки. Режим термической обработки. Причины интеркристаллитной коррозии и способы ее устранения.