Задания и методические указания

1. Ознакомиться с микроструктурой и свойствами алюминия и его сплавов.

2. Изучить основные операции термической обработки алюминиевых сплавов.

3. Изучить влияние естественного старения на свойства и структуру алюминиевых сплавов.

4. Исследовать микроструктуру алюминия и его сплавов в металлографическом микроcкопе МИ-1, записать файлы изображения исследованных структур.

5. Составить отчет о проделанной работе (при составлении необходимо описать основные операции термической обработки алюминиевых сплавов, механизм естественного старения; начертить часть диаграмм состояния Al – Cu, Al – Si; зарисовать все просмотренные структуры с указанием названия структурных составляющих и марки сплавов).

Контрольные вопросы

1. Наиболее характерные свойства чистого алюминия.

2. Назовите отличительные механические свойства чистого алюминия. Какова их величина?

3. В какой решетке кристаллизуется алюминий?

4. Какова коррозионная стойкость алюминия, что ее обеспечивает?

5. Области применения чистого алюминия.

6. Назовите основной легирующий элемент, вводимый для
упрочнения алюминиевых сплавов.

7. Приведите диаграмму состояния Аl – Сu, назовите ее тип и фазовый состав.

8. Назовите пределы растворимости меди в Аl по диаграмме состояния Аl – Сu.

9. На чем основана упрочняющая термическая обработка в А1 – Сu сплавах?

10. Перечислите операции термической обработки алюминиевых сплавов. Какая операция особенно важна и почему?

11. Как определяют необходимую скорость охлаждения при закалке сплава А1 – Сu?

12. При какой температуре наблюдается максимальная скорость превращения при закалке алюминиевых сплавов?

13. Какой концентрации меди должен быть твердый раствор А1 – Сu сплава, чтобы он был пересыщенным и обеспечивал упрочнение при старении?

14. Какие виды старения происходят в А1 – Сu сплавах?

15. Опишите структуру А1 – Сu сплава в отожженном состоянии.

16. Опишите структуру А1 – Сu сплава в свежезакаленном состоянии.

17. Опишите структуру А1 – Сu сплава в естественно состаренном состоянии.

18. Как изменяется предел прочности в А1 – Сu сплавах после операций термической обработки?

19. Что такое инкубационный период в А1 – Сu сплавах и как он используется?

20. Как изменяется прочность дюралюминия при искусственном старении в зависимости от температуры?

21. Опишите процесс возврата А1 – Сu сплава к свежезакаленному состоянию.

22. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах при старении.

23. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на первой зонной стадии старения.

24. Что такое зоны Гинье – Престона (зоны Г. – П.), как они влияют на прочность сплава?

25. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на фазовой стадии старения.

26. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на третьей стадии старения.

27. Расскажите о процессе старения, включающем стадии:

свежезакаленный сплав ® зоны Г. – П. (Г. – П.-1 – Г. – П.-2) ® q' ® q.

28. Диаграмма состояния А1 – Si.

29. Растворимость алюминия в кремнии, содержание Si в эвтектике.

30. Влияние модифицирования на кристаллизацию в системе Al – Si.

31. Микроструктура литейных сплавов алюминия – силуминов.

32. Классификация технических алюминиевых сплавов.

33. Чем определяется граница между деформированными и литыми алюминиевыми сплавами?

34. Как влияет термическая обработка на литейные алюминиевые сплавы?

35. Как изменяются технологические свойства сплавов системы двух компонентов с ограниченной растворимостью?

Лабораторная работа № 2

Исследование зависимостей

Состав – структура – свойства» для сплавов

На основе меди

Цель работы: изучение микроструктуры и свойств меди и ее сплавов, установление связи между структурой, свойствами и диаграммой состояния, области применения меди и ее сплавов, установление связи между структурой и диаграммой состояния.

Приборы и материалы: коллекция протравленных и не травленых микрошлифов меди и ее сплавов и металлографический микроcкоп МИ-1.

Задания: 1. Ознакомиться с микроструктурой и свойствами меди и ее сплавов. 2. Изучить особенности диаграмм состояния меди и ее сплавов. 3. Изучить операции термической обработки меди и ее сплавов, влияние легировния на свойства и структуру сплавов меди. 4. Составить отчет о проделанной работе.

Свойства меди

Медь – металл красновато-розового цвета, имеющий кристаллическую ГЦК решетку с периодом а = 0,3608 нм, без полиморфных превращений. Медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность.

Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы и ленту, из нее получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается.

Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электрической проводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, едких щелочах, органических кислотах и других агрессивных средах.

Однако она взаимодействует с аммиаком, азотной, соляной, горячей концентрированной серной кислотами.

Примеси кислорода, водорода, свинца и висмута влияют на все свойства меди.

По ГОСТ в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Сu); М0 (99,97% Сu); M1 (99,9% Сu); М2 (99,7% Сu); М3 (99,5% Сu).

Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на три группы.

1. Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag повышают ее прочность и твердость (рис. 2.1) и используются для легирования сплавов на медной основе.

Рис. 2.1. Влияние легирующих элементов на твердость меди

2. Нерастворимые элементы РbиBi ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики (соответственно при 326и270°С), располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость.

Вредное влияние висмута обнаруживается при его содержании в тысячных долях процента, поскольку его растворимость ограничивается 0,001%. Висмут, будучи хрупким металлом, охрупчивает медь и ее сплавы.

Вредное влияние свинца также проявляется при малых его концентрациях (<0,04%). Свинец, обладая низкой прочностью, снижает прочность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивания. Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому его используют для легирования.

3. Нерастворимые элементы О, S, Se, Те присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз (например, Сu₂О, Сu₂S), которые образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления и не вызывают красноломкости.

Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разрушению металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.

Механические свойства меди в большей степени зависят от ее состояния (табл. 2.1) и в меньшей – от содержания примесей.

Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую проводимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотропию механических свойств меди.

Таблица 2.1