Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов

Рассмотрим процесс термического упрочнения на примере сплава, не содержащего эвтектики (рис. 10. 2).

Рис.10.2. 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 α, а затем (точки 3-4) из него на границах выделяется избыточная фаза А1_хМ_у. Схематично эта структура показана на рис. 10.3, а. Сплав с такой структурой обладает низкой прочностью и пластичностью. Хрупкость придают ему грубые выделения интерметаллидов на границах зерен. Нагреем сплав до температуры 5. Избыточная фаза А1_хМ_у в процессе выдержки при этой температуре растворится и образуется однородный твердый раствор α. Быстро охладим сплав в воде, т. е. проведем закалку. В результате получим структуру перенасыщенного твердого раствора, обладающего высокой пластичностью (рис.10.3, б). Такой сплав можно успешно деформировать (штамповать 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. 10.3, 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 промежуточных фаз. Эти выделения являются эффективными барьерами на пути движения дислокации, что ведет купрочнению сплава. Дальнейший нагрев приводит к коагуляции частиц интерметаллидов и формированию структуры отожженного сплава (рис. 10.3, 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.

а б в г

Рис10.3. Схемы микроструктур алюминиево-медного сплава с 4% меди: а-после литья; б - после закалки; в - после старения; г - после отжига

Порядок выполнения работы и содержание отчета

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.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Краткие теоретические сведения о классификации алюминиевых сплавов.

3. Зарисовки всех микроструктур (указанных в п. 2.) и соответствующих диаграмм состояния сплавов.

4. Под каждой микроструктурой подписать название сплава, марку, химический состав, указать структурные составляющие, свойства.

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.

Лабораторная работа №11