 
        
        - •Визначення твердості.
- •Визначення ударної в'язкості металів.
- •Макроскопічний аналіз металів і сплавів.
- •Мікроаналіз металів і сплавів.
- •Аналіз діаграми Sn-Pb.
- •Діаграма стану Fe-c.
- •Вплив кількості вуглецю і режимів термічної обробки на механічні властивості сталі.
- •Вплив технологічних способів гартування на механічні властивості сталі.
- •Вплив термічної обробки на мікроструктуру і твердість конструкційної легованої сталі.
- •Дослідження мікроструктури чавунів
- •Дослідження глибини зміцненого шару при поверхневому гартуванні і хіміко-термічній обробці сталі.
- •Особливості термічної обробки сплавів кольорових металів.
- •Визначення теплостійкості полімерних матеріалів.
Особливості термічної обробки сплавів кольорових металів.
Мета роботи: вивчення зв'язку між мікроструктурою й властивостями сплавів кольорових металів після термічної обробки
Прилади та обладнання: зразки алюмінію, дюралюміну, зразки мікроструктури кольорових металів і сплавів, металографічний мікроскоп МИМ-7, прилад ТШ-2.
Теоретична частина
Застосування кольорових металів та сплавів дає можливість значно збільшити довговічність конструкцій ( антикорозійні властивості ), збільшити теплопровідність (теплообмінники, холодильники) та електропровідність (електротехнічні вироби). До кольорових металів відносять алюміній, мідь, магній, титан, нікель та ін. Широке застосування в сільськогосподарському машинобудуванні мають сплави алюмінію з міддю ( дюралюміни ), кремнієм (силуміни); сплави міді з цинком (латуні), сплави міді з іншими елементами (бронзи); легкоплавкі сплави олова зі свинцем (бабіти) та ін.
Алюміній і його сплави.
Алюміній – один з найважливіших промислових металів. Температура плавлення – 6570С, питома вага – 2,7 г/см3. Алюміній має високу електропровідність і теплопровідність, гарну корозійну стійкість, пластичність, але має низьку міцність. Прокатаний і відпалений алюміній має σ=8-10 кг/мм2, НВ=25-30 кг/мм2, δ=35-40%. Шляхом наклепу міцність алюмінію можна довести до 16-20 кг/мм2.
  Через
низьку міцність і твердість алюміній
мало придатний як конструкційний
матеріал, тому використаються сплави
на основі алюмінію. Найпоширенішими
присадками є мідь, магній, цинк, марганець,
кремній, хром.
          Через
низьку міцність і твердість алюміній
мало придатний як конструкційний
матеріал, тому використаються сплави
на основі алюмінію. Найпоширенішими
присадками є мідь, магній, цинк, марганець,
кремній, хром.
   
За технологічними властивостями алюмінієві сплави поділяють (рис.1. ) на сплави:
  
	Рис.1.
	Схема діаграми алюміній – легуючій 
	елемент 
	 
	
	
ІІ – що деформуються і зміцнюються термічною обробкою;
ІІІ – ливарні.
Сплави, що деформуються, призначені для одержання напівфабрикатів (плити, прутки, труби), а також для кування, штампування, пресування, волочіння, а ливарні сплави - для фасонного литва.
Алюмінієві сплави, що деформуються і не зміцнюються термічною обробкою ( I, рис. 1). Це сплави типу Аl-Mn ( АМц ) і Аl-Mg ( АМг3, АМг5), добре обробляються тиском ( прокатка, штамповка, пресування ), зварюються, обробляються різанням.
Термічну обробку використовують для сплавів, що деформуються ( II, рис.1. ) та ливарних сплавів ( III, рис.1. ). До алюмінієвих сплавів, що деформуються і зміцнюються термічною обробкою, належать дюралюміни ( Д1, Д6, Д16 ). В структурі ливарних сплавів ( АЛ2, АЛ4, АЛ9 ), присутня евтектика, яка поліпшує ливарні властивості. Ці сплави використовують для виготовлення литих мало- і середньонавантажених деталей ( наприклад, турбонасосів ), та деталей, що працюють з великим навантаженням, які через складність форми не можна виготовити методами обробки металів тиском (наприклад, блок циліндрів двигуна внутрішнього згоряння ).
Види термічної обробки, які використовуються для сплавів кольорових металів:
- дифузійний відпал, застосовують для усунення ліквації в зливках або відливках перед обробкою тиском (кування, прокатка, пресування ). Відпал сприяє одержанню дрібнозернистої структури й рівномірному розподілу металевих фаз. Так, температура відпалу алюмінію - 370-400ºC (20НВ), міді - 500-700ºC (35НВ), нікелю -750-900 ºC (80НВ). 
- рекристалізаційний відпал, застосовують для усунення наклепу. Він проводиться як проміжна операція при холодній деформації для підвищення пластичності. 
- зміцнююча термічна обробка полягає в гартуванні й наступному старінні. Режим гартування: нагрівання сплаву, витримка, швидке охолодження в холодній воді або повітряно-водяної суміші (спрерне охолодження). Мікроструктура кольорових сплавів після гартування - це пересичений твердий розчин, що зберігається протягом деякого часу (декілька годин). Цей період називають інкубаційним. На відмінність від сталі, загартований кольоровий сплав має низьку твердість і підвищенну пластичність, що дозволяє під час інкубаційного періоду деформувати його в холодному стані. 
Структура пересиченого твердого розчину термодинамічно нестійка: після інкубаційного періоду починається розпад пересиченого розчину з виділенням надлишкової фази у вигляді дрібнодисперсних частинок металічної сполуки - старіння. Старіння розглядають як зміну властивостей (зміцнення сплаву) протягом часу без помітних змін мікроструктури.
Розглянемо процес старіння на прикладі дюралюмінів (сплавів алюмінію з міддю). Пересичений твердий розчин міді в алюмінії, зафіксований гартуванням, нестійкий. Початковий період старіння полягає в тому, що атоми міді, розташовані хаотично в кристалічній решітці алюмінію, згодом починають дифундувати в дефектні ділянки, утворюючі зони з підвищеною концентрацією міді (зони Гиньє-Престона або ГП - зони ). На цій стадії старіння атоми міді виділяються із твердого розчину. Вони утворять тонкі пластинчасті утворення міді товщиною декілька атомних шарів ( 0,5-1 нм ), що призводить до змін у кристалічній решітці розчинника, підвищенню твердості і міцності. У зонах Гиньє-Престона вміст міді підвищений, але ще не відповідає формулі CuAl2. Цю стадію називають зонним старінням, вона призводить до різкого підвищення твердості й міцності сплаву, але водночас до зменшення пластичності.
Подальший розвиток процесу старіння полягає у збільшенні розмірів зон Гиньє-Престона і підвищенні в них вмісту міді. У результаті утворюються дрібнодисперсні виділення нової фази CuAl2, що має свою кристалічну решітку, відмінну від решітки α-розчину. На цій стадії старіння ще зберігається висока твердість і міцність, тому що зберігається дисперсність CuAl2. При збільшенні витримки при кімнатній температурі або при підвищенні температури сплаву відбувається ріст часток CuAl2, їх коагуляція, що призводить до зниження твердості й міцності сплаву.
Швидкість старіння залежить від температури. Розрізняють природне (при 20°С) і штучне (при нагріванні до 200°C) старіння. У процесі природного старіння відбуваються підготовчі до виділення CuAl2 процеси. Само виділення може відбуватись при більш високих температурах, що забезпечує достатню швидкість дифузії атомів міді в алюмінії.
Штучне старіння використовують для деталей, які працюють при підвищених температурах (до 200°С). Підвищення температури старіння прискорює процес. Максимальна міцність спостерігається при температурі 20°C. З підвищенням температури старіння міцність знижується. Ефект старіння дюралюміну, тобто різниця у твердості між загартованим і зістареним станом, поступово зростає зі збільшенням змісту міді.
Порядок виконання роботи:
ЗАВДАННЯ 1.
- Отримати у викладача зразки алюмінію та дюралюміну після старіння. 
- Встановити зразок на столик. 
- Поворотом маховика столик приладу ТШ 2 підніміть, щоб індентор ( кулька діаметром 10 мм) міг втиснутися у випробувану поверхню. 
- Увімкніть двигун, що вдавлює індентор вантажем ( 250 кГ – алюміній, 1000 кГ – дюралюмін). Це навантаження діє протягом 30 секунд. 
- Після автоматичного вимикання двигуна та зняття навантаження опустіть столик, повертаючи маховик, зніміть зразок. 
- Діаметр відбитка виміряйте у двох перпендикулярних напрямках (мм) за допомогою мікроскопа, використайте середнє значення. 
- Розрахуйте твердість, складіть звіт. 
ЗАВДАННЯ 2.
- Загартовані (від 500ºC) зразки дюралюміну зістаріти при 150ºC протягом 10 хв., 20 хв., 30 хв. 
- Визначити твердість НВ10/1000/30. 
- Побудувати графік зміни твердості від часу старіння. 
- Скласти звіт. 
ЗАВДАННЯ 3.
- Замалювати надані викладачем мікроструктури алюмінію та дюралюміну. 
- Проаналізувати мікроструктуру та властивості даних матеріалів. 
- Проаналізувати структурні перетворення та властивості після термічної обробки (гартування й наступне старіння). 
- Скласти звіт. 
Дайте відповіді на запитання:
1. Які види термообробки використовують для сплавів кольорових металів?
2. Як і чому кольорові сплави поділяють за технологічними властивостями?
- Що таке старіння, з якою метою використовується? 
- Які зміни мікроструктури відбуваються при старінні? 
- Що таке природне і штучне старіння? 
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №13.
