Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 3. Термическая обработка сплавов Al-CuУпрочняющая термическая обработка алюминиевых сплавов основана на изменении растворимости соединений в основном алюминиевом растворе, а конкретно для сплавов
Рис. 391. Диаграмма состояния Как видно из рис. 392, медь растворяется при комнатной температуре в количестве около Необходимая скорость охлаждения при закалке определяется скоростью выпадения избыточных фаз из переохлажденного и пересыщенного твердого раствора. Для этой цели строят диаграммы изотермического превращения переохлажденного твердого раствора (С-образные диаграммы), пример которой приведен на рис. 393. Согласно этой диаграмме максимальная скорость превращения наблюдается вблизи Полученный таким образом твердый раствор при содержании в нем меди более сохранению в растворе лишь соответствующего равновесной системе количества меди Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом растворе, — процессы, подготавливающие выделение, и непосредственно процессы выделения. Превращение, при котором происходят только процессы выделения, называется дисперсионным твердением (без сложных подготовительных процессов, о которых речь идет дальше).
Рис. 392. Диаграмма состояния
Рис. 393. Диаграмма изотермического распада переохлажденного твердого раствора в алюминиевых сплавах (указано начало распада): Теоретические вопросы, связанные с закалкой алюминиевых сплавов, относительно просты: в процессе закалки фиксируется пересыщенный твердый раствор. Важно, чтобы охлаждение было достаточно быстрым. Микроструктура хорошо иллюстрируется и объясняет фазовые изменения, вызванные закалкой. На рис. 394, а и б представлена структура отожженного сплава Познакомимся вначале с тем, как изменяются свойства сплава В отожженном состоянии сплав и составляет примерно 250 МПа. После старения предел прочности значительно возрастает и достигает 400 МПа. При естественном старении (20 °С) прочность становится максимальной через 4—5 сут. после закалки, причем скорость упрочнения в первые часы значительно меньше, чем в последующие, но затем интенсивность упрочнения убывает.
Рис. 394. Структура сплава Типичный ход кривой упрочнения при естественном старении показан на рис. 395. Начальный период, характеризующийся отсутствием или весьма слабым повышением прочности, называется инкубационным. Инкубационный период имеет важное технологическое значение, так как в этот момент сплав обладает большой способностью к пластической деформации и закаленные детали можно подвергать разнообразным технологическим операциям, связанным с деформацией (расклепке заклепок, гибке, отбортовке и т. д.). Через
Рис. 395. Изменение прочности при естественном старении алюминиевого сплава: 1 — закаленное состояние; 2 — отожженное состояние Скорость старения сильно зависит от температуры (рис. 396): повышение температуры ускоряет процесс. Однако получаемая максимальная прочность тем ниже, чем выше температура старения. Кроме того, в результате старения при температуре выше При температурах ниже комнатной старение замедляется и при Естественно, состаренное состояние сплава является неустойчивым. Если недолго выдержать подвергнутый естественному старению алюминиевый сплав при 200-250 °С, то он разупрочняется, выделившиеся дисперсные частицы избыточной фазы растворятся и сплав получит свойства, характерные для свежезакаленного состояния, так как он вновь приобретает способность к естественному старению (рис. 397).
Рис. 396. Кривые старения дюралюминия при различных температурах Это явление (т. е. возвращение к свежезакаленному состоянию после кратковременного нагрева) называется возвратом. Рассмотрим процессы, протекающие при старении сплава Закалка фиксирует пересыщенный твердый раствор, поэтому вероятнее всего предположить, что в процессе старения выделяется избыточная фаза Однако имеющийся экспериментальный материал не подтверждает эту первоначальную теорию, хотя по микроструктуре (под оптическим микроскопом) нельзя обнаружить выделений. Вторая фаза (т. е. выделение из твердого раствора) отчетливо обнаруживается после искусственного старения при температуре выше Таким образом, металлографический анализ опровергает простую теорию выделения избыточной фазы. Однако, может быть, выделяющиеся частицы настолько мелки, что не могут быть обнаружены под микроскопом? Рентгеноструктурный анализ показывает также, что при старении, когда сплав достигает максимальной прочности, избыточная фаза отсутствует. Приведенные данные показывают, что при естественном старении не происходит выделений в обычном смысле, и упрочнение не связано с распадом твердого раствора. Современные представления о механизме старения, подтверждаемые особым методом рентгеноструктурного анализа, таковы: в процессе естественного старения происходят подготовительные процессы к выделению, само же выделение может произойти лишь при более высоких температурах, обеспечивающих достаточную скорость атомным перемещением (диффузии).
Рис. 397. Кривые старения после возврата к свежеэ а кален ному состоянию (кратковременный нагрев при 230 °С.)
Рис. 398. Структура сплава Начальный период старения (назовем его первой стадией старения) заключается в том, что в пересыщенном твердом растворе атомы второго компонента (в данном случае атомы меди), расположенные в свежезакаленном сплаве в случайных местах, собираются в определенных местах кристаллической решетки. В результате этого процесса внутри кристалла образуются зоны повышенной концентрации растворенного компонента, так называемые зоны Гинье—Престона (зоны Г. П.) Атомы меди на этой стадии старения из раствора не выделились, поэтому среднее значение параметра решетки не изменилось, Однако в местах повышенной концентрации второго компонента параметр должен быть иной, чем в обедненных местах, это создает большие напряжения в кристалле и дробит блоки мозаики, что и приводит к повышению твердости. Зоны Г. П. представляют собой тонкие пластинчатые, дискообразные образования толщиной в несколько атомных слоев и протяженностью в несколько десятков атомных слоев. Содержание меди в зонах повышенное, но еще не отвечает формуле Дальнейшее развитие процесса старения заключается в увеличении зон (толщина их достигает 1—4 нм и диаметр 20—30 нм) и повышении содержания в них меди до стехиометрического соотношения. Принято первые маленькие зоны называть зонами После образования зон В простых сплавах При каждой температуре старения образуются зоны разного размера, поэтому образовавшиеся при комнатной температуре зоны Г.П. малого размера оказываются при более высокой температуре (например, при В заключение описания процессов старения следует отметить следующее. Во-первых, не всегда состояние старения с образованием зон Г. П. соответствует максимуму прочности, в некоторых алюминиевых сплавах максимум прочности наблюдается при образовании метастабильной фазы 0. Во-вторых, необязательно, чтобы процесс охватывал все три стадии В-третьих, деление старения на естественное, протекающее при
|
1 |
Оглавление
|