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

Таблица 9

Требования ГОСТ 2685—53 к механическим Свойствам литейных алюминиевых сплавов после их термической обработки

Механические свойства

Примечания: 1. Буква М обозначает, что данный способ литья приме­

няется с модифицированием сплава.

2. Буква 3 обозначает, что отливка производится в песчаную форму.

3.Буква К обозначает, что отливка производится в металлическую форму

(кокиль).

4.В ГОСТ 2685—53 указываются требуемые механические свойства сплава

АЛ1 после термической обработки его по режиму Т5, эти же требования при­ няты для данного сплава и после обработки его по режиму Т7.

5. В ГОСТ 2G85—53 указываются требуемые механические свойства для сырого сплава АЛ2. Эти же требования по механическим свойствам приняты для сплава АЛ2, обработанного по режиму Т2.

42

с предварительным созданием вакуума в полости пресс-формы пе­ ред запрессовкой в нее жидкого металла [3]. В этом случае от­

ливки получаются плотными без наличия характерных для литья под давлением воздушных включений. Благодаря высокой плот­

ности получаемых отливок становится ’ возможным применение

упрочняющей термической обработки (закалки и искусственного старения) не только к отливкам, полученным в песчаных или ме­ таллических формах, но также и к отливкам, получаемым литьем под давлением.

Типичные или гарантируемые показатели механических свойств литых под давлением (с применением вакуума) деталей из алюми­ ниевых сплавов после упрочняющей термической обработки (за­ калки и искусственного старения) пока не установлены, но они,

безусловно, должная соответствовать требованиям ГОСТ 26S5—53,

предъявляемым к аналогичным отливкам, изготовляемым в ме­ таллических формах (кокилях).

При изготовлении литых фасонных деталей ответственного на­ значения заказчик в ряде случаев предъявляет требование произ­ водить определение механических свойств не на отдельно отлитых или прилитых к детали образцах, а на образцах, вырезанных

непосредственно из тела отливки. В этом случае от партии терми­ чески обработанных отливок деталей данного наименования

(размер партии определяется техническими условиями заказа) от­ бирается одна отливка и подвергается разрезке по специальной схеме, согласованной между поставщиком и заказчиком. Из опре­ деленных мест исследуемой отливки изготовляются гагаринские разрывные образцы (с диаметром расчетной части 5 или 6 мм),.

которые затем подвергаются механическим испытаниям на растя­ жение. В отдельных случаях, в соответствии со специально огово­ ренными требованиями, допускается также вырезка из тела от­ ливки образцов Менаже для испытания их на изгиб ударом. Тре­ бования в отношении величины ударной вязкости алюминиевых:

сплавов, как правило, не оговариваются в технических условиях, и результаты ударных испытаний являются, таким образом, фа­ культативными.

Результаты же испытаний на растяжение гагаринских образ­ цов, вырезанных из отливок, могут служить сдаточными характе­ ристиками. В этом случае по результатам испытаний подсчиты­ ваются средние показатели механических свойств (обычно только предел прочности и относительное удлинение), которые сравни­

ваются с требованиями технических условий.

Необходимые показатели механических свойств в отдельных зонах отливки или в среднем по отливке в целом указываются в технических условиях применительно к отливкам данной детали или группы аналогичных деталей. В соответствии с ведомствен-

43-

ними нормалями на образцах, вырезанных из отливок, допускается

получение следующих средних показателей механических свойств: по пределу прочности — не менее 75% от значений, требуемых

ГОСТ 2685—53 для отдельно отлитых образцов; по относитель­ ному удлинению — не менее 50% от значений, требуемых ГОСТ 2685—53 для отдельно отлитых образцов. Кроме того, допускаются отдельные выпады (у образцов, составляющих 30% от общего числа испытуемых образцов), когда предел прочности может со­ ставлять 65%, а относительное удлинение—35% от требуемых ГОСТ 2685—53 значений механических свойств, определяемых на отдельно отлитых образцах.

Применение металлографических способов контроля качества термической обработки отливок из алюминиевых сплавов, как

правило, осуществляется лишь периодически.

В частности, проверка микроструктуры сплавов марок АЛ’, АЛЗ, АЛ7 и АЛ8 после закалки может производиться в любом сомнительном случае, когда механические свойства контрольных разрывных образцов не удовлетворяют требованиям ГОСТ 2685—53 и техническим условиям. Микроструктура перечислен­ ных выше и других термически обрабатываемых сплавов (АЛ4,

АЛ5, АЛ9) проверяется также в случае полного исследования ка­

чества отливки, взятой от партии термически обработанных дета­ лей и подвергаемой разрезке по утвержденной схеме. В этом слу­ чае в заключении центральной заводской лаборатории должно да­ ваться описание особенностей микроструктуры сплава.

В отдельных случаях в производственных условиях целесооб­ разно осуществлять металлографический контроль термически об­ работанных отливок из сплавов марок АЛ1, АЛ7 и АЛ 12 на выяв­ ление пережога и отливок из сплава марка АЛ8 — на определение полноты перехода всей fS-фазы в твердый раствор.

Для выявления закалочных трещин в отливках применяется преимущественно визуальный метод контроля (невооруженным

глазом или с помощью лупы); на отдельных заводах для этой

цели успешно опробовано применение люминесцентного способа. Применение метода рентгеновского просвечивания для выявления закалочных трещин дает не всегда надежные результаты, осо­ бенно в том случае, когда закалочная трещина расположена в от­ ливке в поперечном направлении по отношению к пучку рентгенов­ ских лучей.

Тонкие закалочные трещины в отливках из сплава АЛ8 могут быть выявлены под микроскопом при увеличении в 50—100 раз

(рис. 23), но этот способ, естественно, может быть применен лишь для исследовательских целей, но не как метод контроля качества готовых деталей.

Для выявления возможного коробления литых деталей под влиянием термической обработки производится проверка геомет­ рии деталей путем их разметки.

44

В зависимости от величины обнаруженного коробления от­

ливка направляется на правку, на повторную термическую обра­ ботку или бракуется.

VI. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКА ОТЛИВОК ИЗ-ЗА НЕДОБРОКАЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Неудовлетворительные механические свойства материала

На величину механических свойств могут оказать влияние не только тщательность проведения различных операций термиче­ ской обработки, но и отступ лен няот заданных преде­ лов по химическому составу сплава.

Поэтому в каждом случае получения неудовлетворительных по­ казателей механических свойств необходимо произвести повторный химический анализ сплава.

В ряде случаев имеется возможность некоторой корректировки режима термической обработки отливок в соответствии с данными

химического анализа.

Например, если в сплаве АЛ4 содержание магния находится на верхнем пределе (около 0,30%), то для получения надлежащих ме­ ханических свойств следует закалку отливок производить в горячей

(можно в кипящей) воде, а искусственное старение вести при тем­ пературе 165—170° С.

Если содержание магния в том же сплаве АЛ4 находится на нижнем уровне (около 0,17%), то нагрев под закалку необходимо

вести при температуре 535—540° С, закалку следует производить в холодной воде и обеспечить при этом минимальное время пере­ носа отливок из печи в закалочный бак; искусственное старение от­ ливок в этом случае целесообразно производить при температуре

180—185° С.

Причиной неудовлетворительных механических свойств отливок может быть несоблюдение заданного режима тер­ мической обработки.

Можно указать следующие разновидности недоброкачественной термической обработки, которая приводит к получению неудовлетво­ рительных механических свойств отливок.

Неполная закалка:

а) недостаточная выдержка отливок при температуре закалки; б) более низкая температура нагрева отливок по сравнению

с заданной температурой закалки;

46

в) чрезвычайно медленный перенос отливок из печи в закалоч­ ный бак.

Неравномерная закалка:

а) неравномерный прогрев различных сечений отливки в про­

цессе выдержки при температуре закалки из-за неправильной укладки отливок в печь или из-за ненормальностей в работе печи;

б) неравномерное охлаждение отливок в закалочном баке из-за слишком медленного погружения отливки в закалочную среду или из-за несоответствия размеров закалочного бака размерам зака­ ливаемой отливки.

Пережог:

а) слишком быстрый нагрев садки до заданной температуры

закалки;

б) неравномерности температуры нагрева в различных зонах

Разупрочнение отливок:

а) чрезмерно высокая температура нагрева при искусственном

старении или отпуске; б) чрезмерно большая выдержка при заданной температуре

искусственного старения или отпуска.

Отливки из сплава АЛ8 разупрочняются в результате кратко­ временных нагревов до высоких температур, что особенно отчет­ ливо проявляется в околошовной зоне при сварке или заварке от­ ливок из этого сплава.

На рис. 24 показаны участки выделения P-фазы вблизи границ зерен под влиянием кратковременных нагревов закаленного сплава АЛ8 при температурах 400—480°.

Во избежание перечисленных видов брака необходимо устра­

нить все приведенные выше причины недоброкачественной терми­

ческой обработки.

В случае получения неудовлетворительных механических

свойств из-за недоброкачественной термической обработки следует провести повторную термическую обработку отливок.

47

Коррозионные поражения поверхности отливок, подвергавшихся нагреву под закалку в селитровых ваннах

Иногда на поверхности отливок, подвергавшихся нагреву под закалку в селитровых ваннах, наблюдаются очаги коррозионных поражений. Этот вид дефекта отливок обусловлен следующими при­ чинами:

а) повышенным содержанием хлоридов в составе солевой смеси;

б) наличием небольших количеств щелочи в составе солевой

смеси;

в) оставлением неудаленной селитры в каналах, отверстиях и

углублениях на поверхности детали.

Во избежание брака отливок из-за коррозионных поражений по­ верхности необходимо:

а) систематически проверять химический состав солевой смеси

в селитровой ванне, обращая особое внимание на содержание иона

хлора и .на наличие примеси щелочи;

б) тщательно промывать после закалки отливки, подвергав­ шиеся нагреву под закалку в селитровых ваннах, добиваясь пол­ ного удаления остатков селитры из всех отверстий и углублений,

имеющихся в отливке.

Коробление деталей и закалочные трещины

Коробление, возникающее вследствие наличия внутренних напря­

жений, является весьма распространенным пороком литых деталей из алюминиевых сплавов, подвергавшихся термической обработке.

О влиянии температуры закалочной среды на развитие внутрен­ них напряжений в отливках могут свидетельствовать следующие результаты наших опытов с цилиндрическими стержнями из сплава 1 АЛ8, на поверхности которых величина возникающих напряжений

определялась путем тензометрирования.

В результате охлаждения опытных отливок с температуры за­ калки (435° С) в кипящей воде или в масле на их поверхности не возникало никаких сколько-нибудь заметных напряжений. В ре­ зультате же закалки в холодную воду (с температурой 2—20° С) на поверхности опытных отливок возникали растягивающие напряже­ ния, по своей величине превосходящие предел текучести и предел прочности сплава, в силу чего на поверхности отливок возникала

сетка мелких закалочных трещин.

Поскольку до настоящего времени по вопросу о величине внут­ ренних напряжений в отливках из алюминиевых сплавов проведено еще недостаточно исследований, постольку мероприятия по борьбе

с короблением или с закалочными трещинами в отливках прихо­ дится намечать с учетом производственного опыта, а также особен­

ностей конструкции данной детали.

49