13.4.4 Вывод

Указать, как скорость охлаждения влияет на структуру и твердость углеродистой стали.

13.5 Контрольные вопросы

1. Что такое термическая обработка стали?

2. Какие превращения лежат в основе термической обработки стали?

3. Укажите параметры термической обработки.

4. Какой вид термической обработки называют отжигом? Перечислите виды отжига. Каковы цели отжига?

5. Какой вид термической обработки называют нормализацией?

6. Какой вид термической обработки называют закалкой, каковы ее цели?

7. В каких случаях применяется полная и неполная закалка?

8. Что такое отпуск и для чего он применяется?

Лабораторная работа № 14 термическая обработка дуралюмина

Цель работы: изучить упрочняющую термическую обработку для дуралюмина.

14.1 Теоретические сведения

Дуралюмины – это деформируемые упрочняемые сплавы на основе алюминия, легированные медью, марганцем, магнием. Основной легирующий компонент – медь.

Диаграмма состояния «алюминий – медь» приведена на рис. 14.1.

Рисунок 14.1 – Диаграмма состояния «алюминий – медь»

Легирующие элементы при комнатной температуре незначительно растворяются в алюминии (0,05 %), образуя a-твердый раствор. Основная масса этих элементов находится в крупных кристаллах CuAl₂, CuMgAl₂ и др. Дуралюмины содержат 4,5 – 5 % меди. С повышением температуры растворимость меди в алюминии увеличивается и достигает 5,5 % при температуре 548 ^оС. Для упрочнения дуралюмина применяют закалку и старение.

Закалка – это нагрев сплава до температуры выше линии предельной растворимости меди в алюминии (линия АВ), выдержка до полного растворения включений CuAl₂ в a-твердом растворе и охлаждение в подогретой воде, чтобы не было трещин. При нагреве до t » 500 ^оC в алюминии растворяются кристаллы CuAl₂ и в твердый раствор переходит 4 % Cu. Охлаждение в воде фиксирует пересыщенный твердый раствор меди в алюминии (a _{4 % Cu}).

Сплав после закалки пластичен, твердость и прочность невысоки. Полученная структура метастабильная.

Старение – это процесс распада пересыщенного твердого раствора с образованием более стабильных структур. На первой стадии образуются зоны Гинье - Престона (Г.П.) – дискообразные структурные образования толщиной в несколько атомов из меди, диффундирующей из кристаллической решетки. Зоны Г.П. искажают решетку, и прочность повышается.

Вторая стадия – дисперсионное твердение. На этой стадии в зонах Гинье – Престона атомы перестраиваются, образуя кристаллическую решетку новой фазы Q', по составу и строению близкую к CuAl₂. Фаза Q' дисперсна и когерентно связана с кристаллической решеткой a-твердого раствора, поэтому ее образование не снижает прочностных свойств.

Третья стадия связана с нарушением когерентной связи между фазой Q' и основным твердым раствором a. Фаза Q' превращается в равновесную фазу CuAl₂. Образовавшиеся кристаллы CuAl₂ могут укрупниться, и тогда прочностные характеристики понизятся.

Скорость и полнота распада пересыщенного твердого раствора зависят от температуры и времени выдержки. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс распада.

Естественное старение происходит при комнатной температуре в течение трех – пяти суток. За это время протекает первая стадия, и сплав упрочняется.

Искусственное старение проводят при 100 - 250 ^оС. Необходимо правильно выбрать температуру, чтобы не наступило разупрочнение. Чем выше температура, тем меньше дается выдержка.