Закалка
При закалке в воде с нагревом до температуры 495-505 ОС структура дуралюмина Д16 состоит из α'-фазы - пересыщенного твердого раствора меди в алюминии. В свежезакаленном состоянии дуралюмины обладают высокой пластичностью и поэтому сразу после закалки могут быть подвергнуты холодной пластической деформации.
Старение
Старение представляет собой упрочение сплава за счет дисперсионного твердения, которое вызывается при распаде пересыщенного твердого раствора образованием зон повышенной концентрации легирующих элементов, затрудняющих движение дислокаций, что приводит к повышению прочности и твердости сплава.
Старение подразделяется на естественное, происходящее при комнатной температуре, и искусственное, происходящее при нагреве.
В сплавах Al-Cu при естественном или низкотемпературном старении (ниже 50 ОС) образуются зоны Гинье-Престона ГП1 - неупорядоченные скопления атомов меди толщиной 1- 2 атомных слоя и диаметром 10-50 нм (рис. 4.3, а).
а б в
Рис. 4.3. Типы выделений при распаде пересыщенного твердого раствора:
а-зона ГП1; б- полукогерентную θ'- фаза; в - кристаллы θ-фазы (1-Al, 2-Cu)
Повышение температуры старения до 100-150 ОС приводит к утолщению зон ГП1 и обогащению их медью до стехиометрического соотношения СuАl2. Такие когерентные зоны обозначаются как ГП 2 (θ ''-фаза).
При температурах старения 150-200ОС образуется метастабильная θ'-фаза (CuAI2), имеющая полукогерентную связь с кристаллами α'- фазы (рис. 4.3, б).
При температурах старения свыше 200 ОС происходит нарушение когерентности θ'-фазы, образование некогерентных (обособленых) частиц θ-фазы (рис. 4.3, в), их коагуляция (укрупнение), приводящая к снижению твердости и прочности сплава, называемому перестариванием.
Методика выполнения работы
Каждый студент в составе бригады из 2-3 чел. выполняет выданное задание. Термическую обработку производят на образцах из дуралюмина Д16 или высокопрочного сплава В95. Твердость образцов измеряют на приборе типа Роквелла стальным шариком при нагрузке 600 Н (шкала HRF).
Задание выполняется в следующей последовательности: измерить исходную твердость образцов; выполнить закалку с температуры 500 ОС, с выдержкой 30 мин и охлаждением в воде; измерить твердость, выполнить искусственное старение при температурах 100, 200 и 350 ОС и времени выдержки 30 мин с охлаждением на воздухе, измерить твердость; результаты занести в табл. 4.2; построить график зависимости твердости от температуры старения, сделать выводы.
Таблица 4.2. Результаты термической обработки алюминиевого сплава
Вид термообработки |
Режимы термообработки |
Твердость, HRF |
Структура |
||
Т, ОС |
τ, мин |
Охлаждение |
|||
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа 5
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы
Изучение строения и свойств композиционных материалов с выполнением практических работ.
Оборудование, приборы и материалы
Образцы композиционных материалов, твердомер для измерения твердости пластмасс. Лупа.
Охрана труда
Соблюдать меры предосторожности. Не класть грузы на край стола и не допускать их падения на пол.
Краткие сведения из теории
Неметаллические материалы
Неметаллические материалы включают органические и неорганические вещества: каучук, слюда, различные пластмассы, резина, стекло, керамика, графит и т.д. Основой неметаллических материалов служат полимеры, главным образом, синтетические, получаемые из нефти, газа и каменного угля.