книги из ГПНТБ / Белоусов Н.Н. Термическая обработка отливок из алюминиевых сплавов (стенограмма лекции, прочитанной в ЛДНТП на занятии семинара ленинградских литейщиков)

В результате наших опытов установлено, что после извлечения отливок из литейной формы в них имеются внутренние напряже­ ния, величина которых зависит от условий охлаждения отливок.

В процессе нагрева под закалку внутренние напряжения в отлив­

ках снимаются, но после закалки в воду развиваются закалочные напряжения, которые по своей величине превосходят литейные.

Рис. 15. Схема крепления индикатора к литой рамке для определения внутренних напряжений.

Рис. 16. Влияние термической. обработки на величину внутренних напряжений в рамках из сплава АЛ4.

Искусственное старение отливок из сплавов АЛ4 и АЛ9 при­ водит к существенному уменьшению величины внутренних напряг жений (рис. 16).

21

Хорошие результаты по повышению стабильности размеров

отливок и уменьшению их коробления в процессе длительного хранения получены применением так называемой изотермической

закалки отливок из сплавов марок АЛ4 и АЛ9 по методу, пред­ ложенному проф. И. И. Сидориным и О. И. Сидуновой. Изотерми­ ческая закалка производится в соляной ванне, нагретой до. 175° С

с последующим проведением операции искусственного старения при этой температуре. Такая термическая обработка не вызывает какого-либо понижения механических свойств сплавов по сравне­

нию с закалкой в воду.

Изменение размеров цилиндрических стержней из сплава АЛ4 под влиянием термической обработки графически изображено на рис. 17. Полученные результаты свидетельствуют о том, что искус­

ственное старение и отжиг отливок из сплава АЛ4 сопровож­ даются заметными объемными изменениями по сравнению с исход­ ным литым состоянием сплава.

Применительно к отливкам из сплава АЛ8 аналогичное иссле­ дование было проведено автором совместно с К. Г.-Ковви. Изуча­

лось влияние различных режимов искусственного старения и обра­

ботки холодом.

Изменения в размерах отливок устанавливались путем перио­

дического (через 2—3 месяца) обмера исследуемых деталей и ци­

линдрических стержней, имеющих диаметр 30 мм и длину 650 мм. Для обеспечения точности обмеров с погрешностью +0,005 мм концы стержней обрабатывались на сферу и полировались.

Исследование влияния естественного старения в зависимости от различных режимов искусственного старения на изменение (от условно принятого нуля) усредненных максимальных размеров

22

детали — планшета производились путем -замеров в 16 точках по плоскости каждого планшета.

Как видно из приведенных данных (рис. 18), изменения в раз­ мерах планшетов под влиянием естественного старения незначи­ тельны и не превышают 0,08 мм. Наиболее заметные изменения размеров отливок из сплава АЛ8 (прошедших механическую обра­ ботку и без нее) происходят в течение первых двух месяцев есте­ ственного старения.

Планшеты без пеханическай оЗраЗотхи

Рис. 18. Влияние режима термической обработки на

в процессе естественного старения. Как следует из этих данных под влиянием естественного старения максимальное изменение

размеров (до минус 0,12 мм) наблюдается у закаленных стерж-

2а

ней, а минимальное (до минус 0,03 мм) у стержней, обработанных холодом при температуре минус 40° С в течение 10 и 20 часов.

Это свидетельствует о том, что обработка холодом при тем­

пературе минус 40° способствует значительному уменьшению ко­ робления отливок из -сплава АЛ8.

Этот вывод оказался справедливым также для отливок из спе­ циальных силуминов АЛ4 и АЛ9, для которых обработка холодом уже внедрена на ряде заводов.

В связи с установлением положительного влияния обработки холодом на стабильность размеров литейных алюминиевых спла­ вов заслуживают внимания практика некоторых заводов и появив-

24

шиеся публикации, свидетельствующие о целесообразности приме­ нения так называемой «тренировки» литых деталей, которая со­ стоит из чередования выдержки их при повышенных и понижен­

ных температурах.

Зарубежный автор Р. С. Джемисон сообщает, что одна из компаний ввела следующий режим обработки отливок из алюми­ ниевых сплавов (до их механической обработки).

1. Нагрев детали до 100° С.

2.Охлаждение до комнатной температуры на воздухе или при­ нудительное охлаждение с целью понижения температуры детали

до комнатной.

3.Установка детали в агрегат для охлаждения до температуры

минут 50° С.

Указанный цикл повторяется четыре раза. Сообщается, что при таком сочетании нагрева и обработки холодом происходит полное

снятие напряжений в отливках.

II. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОПИСАНИЕ РЕКОМЕНДУЕМЫХ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В зарубежной и отечественной практике приняты следующие

приводится в чертежах деталей и в технологических картах рядом

смаркой сплава, например: АЛ4-Т6, АЛ8-Т4 и т. д.

Втабл. 5 приведены наименования всех семи режимов терми­ ческой обработки и примерное назначение каждого режима в соот­

ветствии с общепринятой классификацией.

Ниже приводится краткое описание каждого режима термиче­

ской обработки с указанием особенностей процессов, происходя­ щих в алюминиевых сплавах при применении этих режимов.

Искусственное старение (режим Т1)

В процессе относительно быстрого охлаждения сплава в ме­ таллической или сырой песчаной форме происходит частичная закалка алюминиевого сплава. Это явление наиболее заметно проявляется в алюминиевс-кремниевых сплавах с добавками-маг­ ния. В отливках из этих сплавов силицид магния под влиянием

частичной закалки переходит в твердый раствор в такой концен­ трации, что одно только искусственное старение вызывает эффект повышения механических свойств из-за выпадения силицида маг­ ния в мелкодисперсной форме.

Для повышения эффекта частичной закалки иногда изготов­ ленные отливки охлаждают в баке с холодной водой и затем под­ вергают искусственному старению.

25

Таблица 5

Классификация режимов термической обработки литых деталей из алюминиевых сплавов

26

ристик деталей

ГОСТ 2685—53 предусматривает применение режима искус­ ственного старения (Т1) к литейным алюминиевым сплавам ма­

рок АЛЗ, АЛ4 и АЛ5.

Термическая обработка отливок по режиму Т1 состоит из на-

трева до температуры 180+5° С. выдержки при этой температуре от 5 до 15 час. и последующего охлаждения на воздухе.

Применение термической обработки по режиму Т1 обеспечи­

вает повышение прочности и твердости отливок на 20—30% по-

сравнению с исходным состоянием.

Отжиг (режим Т2)

Большинство фасонных отливок имеет неравномерную толщину в различных сечениях с местными утолщениями, резкими перехо­ дами. от толстых сечений к тонким и т. д. Кроме того, при изготов­ лении литой детали приходится устанавливать массивные прибыль­

ные части, применять разветвленную литниковую систему с массив­ ными литниками-шлакоуловителями, а в отдельных участках литей­ ной песчаной формы применять металлические холодильники.

В результате этого охлаждение любой фасонной отливки в фор- ■

ме происходит неравномерно, что приводит к возникновению в ли­

тых деталях значительных внутренних напряжений.

27

Эти напряжения в литых деталях могут выявиться при механи­ ческой обработке, при длительном хранении в складских помеще­ ниях и, что наиболее опасно, в условиях эксплуатации. В большин­ стве случаев внутренние напряжения приводят к деформации литых

деталей, что может вывести из строя целый прибор или агрегат, в котором такие детали установлены.

По вопросу об оптимальной температуре отжига отливок, при­ меняемого в целях борьбы с внутренними напряжениями, суще­ ствуют различные рекомендации.

Имеются рекомендации о целесообразности проведения отжига

при температуре около 250°С или при температуре 2904 10° С, но

мы, со своей стороны, рекомендуем производить отжиг в ряде слу­ чаев при температурах 370—400° С, поскольку при этих темпера­ турах нагрева обеспечивается наиболее полное снятие внутренних напряжений в литых деталях.

Чаще-всего термическая обработка по режиму Т2 производится для отливок из сплавов АЛЗ и АЛ6. Однако применение операции отжига возможно также и для отливок из сплавов АЛ2, АЛ9 и

АЛ 12.

Закалка (режим Т4)

Закалка отливок из алюминиевых сплавов применяется с целью повышения их механических свойств. Основное назначение опера­ ции закалки состоит в том, чтобы путем нагрева при максимально возможной температуре и последующего резкого охлаждения в за­

калочной жидкости зафиксировать в твердом растворе возможно

большее количество упрочняющей фазы (например, силицида маг­ ния— в сплавах АЛ4 и АЛ9, ^-фазы — в сплаве АЛ8 и т. д.).

Эффективность влияния закалки на механические свойства отли­

вок зависит от природы сплава. Так, например, при термической обработке по режиму Т4 сплава АЛ9 существенно повышается от­

носительное удлинение, а предел прочности и твердости не претер­ певает заметных изменений по сравнению с литым состоянием сплава. При обработке по режиму Т4 сплава АЛ8 резко возрастают

предел прочности, относительное удлинение и ударная вязкость, которые у сырого сплава находятся на очень низком уровне.

Практически термическая обработка отливок по режиму Т4 включает следующие операции:

а) загрузку отливок в печь и нагрев до температуры закалки;

б) выдержку при температуре закалки для максимального рас­ творения упрочняющих компонентов сплава или образуемых ими

фаз; в) закалку с целью фиксирования пересыщенного алюминие­

вого твердого раствора.

Обычно закалка отливок из сплавов марок АЛ7, АЛ8 и АЛ9

производится в воду, имеющую температуру 80—100° С; в отдель­

28

ных случаях во избежание коробления отливок и появления зака­ лочных трещин в качестве закалочной жидкости применяется масло.

Закалка и искусственное старение (режимы Т5 и Тб)

Максимальный эффект упрочнения закаленных отливок из неко­ торых алюминиевых сплавов достигается в процессе искусственного старения при температурах порядка 150° С — для одних сплавов и 175° С — для других.

При искусственном старении происходит выпадение из пересы­ щенного алюминиевого твердого раствора фаз-упрочнителей в мелкодисперсной форме. Это приводит к максимальному возра­

станию прочностных характеристик сплавов при заметном пониже­

нии пластических свойств (относительного удлинения и ударной вязкости).

Термическая обработка по режиму Т5 применяется для отливок из алюминиевых сплавов АЛ1, АЛЗ,.АЛЗВ, АЛ5, АЛ7, АЛ7В, АЛ9

Закалка отливок при режимах Т5 и Тб осуществляется практи­ чески так же, как при режиме Т4.

Искусственное старение отливок включает следующие операции: а) загрузку отливок в печь и нагрев до заданной температуры; б) выдержку отливок при заданной температуре; в) охлаждение отливок на воздухе.

Различие между режимами Т5 и Тб имеет непринципиальный характер, а является скорее условным.

В частности, мы рекомендуем производить искусственное старе­

относятся к одной группе специальных силуминов, то происходя­ щие в них процессы упрочнения идентичны.

Закалка и отпуск (режимы Т7 и Т8)

Как указано в табл. 5, режим Т7 назван «закалка и стабилизи­ рующий отпуск», а режим Т8 — «закалка и смягчающий отпуск».

Отличие стабилизирующего и смягчающего отпуска от обычного искусственного старения состоит в том, что операции отпуска осу­

ществляются при более высоких температурах по сравнению с искусственным старением. Это способствует увеличению подвиж­

ности атомов, поэтому в большей степени происходит распад пере­

сыщенного твердого раствора, причем явление распада твердого раствора сопровождается коагуляцией уже выпавших дисперсных частиц фаз-упрочнителей.

Применение термической обработки по режимам Т7 и Т8 вызы­

вает некоторое понижение прочности и повышение пластичности

29