|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Термическая обработка алюминиевых сплавовСтруктура алюминиевых промышленных сплавов в равновесном состоянии, соответствующем диаграмме, должна представлять собой алюминиевый α-твердый раствор с включениями интерметаллидных фаз 0 (СиА12), S (Al2CuMg), Mg2Si и др. Однако в реальных условиях затвердевания промышленных слитков, а также под действием внешних сил (нагрузки и тепла) происходит изменение равновесного состояния, структуры и свойств сплавов. Получить требуемый комплекс механических и технологических свойств алюминиевых сплавов можно путем термической обработки: отжига, закалки, старения. Отжиг. Применяется для устранения неравновесного структурного состояния. Поскольку образование неравновесных структур может быть вызвано различными причинами. Гомогенизирующий отжиг устраняет неравновесные структурные составляющие, возникающие в сплаве вследствие неполноты протекания диффузионных процессов при кристаллизации слитков. Так как в промышленных условиях скорость кристаллизации слитка всегда выше равновесной, в литом металле наблюдается ликвация химических элементов и появляется дендритная ликвация. Неоднородность литой структуры значительно понижает технологическую пластичность сплавов. В результате гомогенизирующего отжига структура слитка становится более однородной (гомогенной), выравнивается химический состав по сечению зерна. Часть неравновесных интерметаллидов, расположенных между осями дендритов α-твердого алюминиевого раствора, при нагревании растворяется в этом растворе, но при охлажденииинтерметаллиды вновь выделяются в мелкодисперсной форме и равномерно распределяются по сечению слитка. Пластичность слитков в результате гомогенизации значительно возрастает, положительно сказывается на последующей обработке давлением (прокатке, ковке и др.). Выбор температуры гомогенизирующего отжига проводят в соответствии с диаграммой состояния сплава так, чтобы она была выше температуры полного растворения легирующих элементов в алюминии, но ниже температуры плавления неравновесной эвтектики в сплаве. Нагрев выше температуры неравновесной эвтектики приведет к появлению жидкой фазы, что отрицательно скажется на прочности и, особенно, на пластичности сплавов. Гомогенизирующий отжиг промышленных слитков алюминиевых сплавов проводят при температурах от 450 до 540°С, выдержка от 4 до 40 ч (в зависимости от состава сплава), охлаждение с печью или на воздухе. Рекристаллизационный отжиг устраняет неравновесность структуры, возникающую при холодной или горячей деформации. Его применяют как промежуточную операцию при обработке давлением. В результате отжига в деформированном металле снимается наклеп, протекает процесс рекристаллизации, прочность и твердость снижаются, а пластичность возрастает. При выборе температур рекристаллизационного отжига обходимо учитывать, что образующаяся рекристаллизованная структура должна быть мелкозернистой. Отжиг этого вида осуществляют при температурах 350 — 500°С в течение 0,5 — 2 ч. Неполный отжиг (дорекристаллизационный) дают как окончательную операцию в тех случаях, когда свойства детали должны сочетать прочность и пластичность. Отжиг проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации (при 200 — 350°С), в результате сплав приобретает полигонизованную структуру, поэтому упрочнение от холодной деформации снимается не полностью. Закалка. Целью закалки является получение при комнатной температуре структурного состояния, свойственного повышенной температуре, а именно пересыщенного твердого раствора. Закалка алюминиевых сплавов основана на переменной растворимости легирующих элементов в твердом растворе. К таким элементам относятся медь, магний, кремний, цинк, присутствующие в сплавах в определенном сочетании. Легирующие элементы образуют интерметаллидные фазы. Основными технологическими параметрами закалки являются температура нагрева и скорость охлаждения до комнатной температуры. Температура нагрева под закалку определяет степень насыщения твердого раствора легирующими элементами. Поскольку в большинстве промышленных сплавов содержание легирующих элементов больше предельной растворимости их при эвтектической температуре, то они имеют в структуре некоторое количество эвтектической составляющей. Следовательно, нагревать сплавы под закалку можно до температуры ниже эвтектической. Нагрев выше этой температуры неизбежно приведет к неисправимому браку — пережогу: произойдет оплавление эвтектики по границам зерен алюминиевого твердого раствора с одновременным окислением жидких прослоек и последующим образованием усадочной пористости при затвердевании жидкой фазы. При малом объеме оплавления в первую очередь будут снижаться характеристики пластичности и вязкости, при большом объеме оплавления снижаются прочность и твердость. Критическая скорость закалки большинства алюминиевых сплавов достигается путем охлаждения в воде. Старение. Это заключительная операция термической обработки. Старение основано на распаде закаленного пересыщенного твердого раствора. Старение сплавов при комнатной температуре называют естественным; при повышенной – искусственным. В процессе распада пересыщенного твердого раствора различают три стадии: зонную, фазовую и коагуляционную. На зонной стадии старения создается химическая неоднородность и объеме кристалла пересыщенного твердого раствора, т. е. возникают субмикроскопические зоны с повышенным содержанием легирующего компонента. Эти зоны называют зонами Гинье-Престона по имени исследователей, впервые их открывших в дуралюминах. В зависимости от соотношения размеров атомов алюминия и легирующих компонентов зоны могут иметь форму дисков (в сплавах А1-Сu) или сферическую форму (в сплавах А1—Zn). По мере развития зонной стадии различают зоны Г.П.1 и Г.П.2. Зоны Г.П.1 имеют меньший размер, атомы легирующего компонента в них расположены хаотично. Зоны Г.П.2 имеют больший, чем зоны Г.П.1 размер, концентрация атомов легирующего компонента в них возрастает, приближаясь к составу интерметаллидной фазы. Для зон Г.П.2 характерно упорядоченное расположение атомов алюминия и легирующего компонента. Фазовая стадия старения развивается по мере повышения температуры. Диффузионные превращения на этой стадии протекают более интенсивно, что приводит к образованию в местах, где образовались зоны Г.П.2, дисперсных частиц промежуточной фазы, которая по своему составу не отличается от стабильной интерметаллидной фазы, но имеет отличную от нее кристаллическую решетку. Промежуточная фаза когерентна с твердым раствором. Размер зон Г.П.1, Г.П.2 и кристаллов промежуточной фазы зависит от температуры старения. При повышении температуры увеличивается размер устойчивых приданной температурезон и промежуточных фаз, а зоны и промежуточные фазы, ранее образовавшиеся при низкой температуре, будут нестабильны и растворятся. Дальнейшее повышение температуры старения приводит к paзвитию коагуляционной стадии. На этой стадии образуется некогерентная стабильная интерметаллидная фаза, которая укрупняется (коагулирует) по мере развития процесса. Изменение свойств алюминиевых сплавов в процессе старения также соответствует рассмотренным стадиям распада пересыщенного твердого раствора. На зонной стадии многочисленные зоны Г.П. препятствуют перемещению дислокаций, что увеличивает сопротивление сплава пластической деформации. При этом повышаются прочностные свойства без существенного изменения пластических характеристик. При естественном старении наблюдается только зонная стадия. На коагуляционной стадии укрупнение выделившихся кристаллов равновесной фазы приводит к разупрочнению сплава. Эффект упрочнения при старении зависит от природы упрочняющих фаз. Упрочняющими фазами называются интерметаллические соединения, которые растворяются в алюминии при нагреве под закалку и выделяются из пересыщенного твердого раствора при старении. Процессы старения развиваются диффузионным путем, поэтому зависят и от температуры и от времени. При естественном старении упрочнение достигается в течение нескольких суток. Искусственное старение происходит в течение нескольких часов в зависимости от температуры.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |