6.5. Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов

Рассмотрим процесс термического упрочнения на примере сплава, не содержащего эвтектики (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Типичная диаграмма состояний алюминиевых сплавов и схема упрочняющей термообработки сплава неэвтектического состава

При формировании структуры слитка или отливки из сплава Х вначале (точки 1-2) кристаллизуются зерна твердого раствора , а затем (точки 3-4) из него на границах зерен выделяется избыточная фазаAl_xM_у. Схематично эта структура показана на рис.6.4, а. Сплав с такой структурой обладает низкой прочностью и пластичностью. Хрупкость придают ему грубые выделения интерметаллидов на границах зерен.

При нагреве сплава до температуры 5 избыточная фаза Al_xM_урастворится и образуется однородный твердый раствор. Затем следует охлаждение в воде, т.е. закалка. В результате образуется пересыщенный α-твердый (т.к. фазаAl_хМ_уне успеет выделиться), обладающий высокой пластичностью и низкой прочностью.

а

б

в

г

Рис. 6.4. Схемы микроструктур алюминиево-медного сплава с 4% меди: а – после литья; б – после закалки; в – после старения; г – после отжига

Такой сплав можно успешно деформировать (штамповать, прокатывать и т.д.), не опасаясь образования трещин. Перенасыщенный раствор закаленного сплава термодинамически неустойчив и поэтому, если его нагреть до температуры 6 или выдержать при комнатной температуре в течение нескольких суток, произойдет старение, т.е. распад раствора, сопровождающийся выделением из него субмикроскопических частиц избыточной фазы (рис. 6.4, в). Причем эти частицы будут выделяться не по границам, а в объеме всего зерна. Процесс распада перенасыщенного твердого раствора идет в несколько стадий: вначале образуются участки, обогащенные легирующими элементами (зоны Гинье-Престона), затем по мере увеличения температуры, образуются мелкодисперсные частицы промежуточных фаз, и только после этого образуются более крупные частицы интерметаллидов. Упрочнение сплавов происходит на стадиях образования зон Гинье-Престона и мелкодисперстных промежуточных фаз. Эти выделения являются эффективными барьерами на пути движения дислокаций, что ведет упрочнению сплава. Дальнейший нагрев приводит к коагуляции частиц интерметаллидов и формированию структуры отожженного сплава (рис. 6.4, г) после чего произойдет его полное разупрочнение.

Такие же процессы происходят в силуминах, т.е. в сплавах, содержащих в структуре эвтектику, если они дополнительно легированы медью, магнием, цинком. При термообработке происходит растворение и последующее выделение интерметаллидных фаз, что дополнительно упрочняет силумин.

6.6. Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретическую часть лабораторной работы.

2. Пользуясь альбомом микроструктур и набором микрошлифов, рассмотреть и зарисовать микроструктуры следующих сплавов:

не модифицированный доэвтектический силумин в литом состоянии;

модифицированный доэвтектический силумин;

сплав АЛ7 в литом состоянии;

сплав АЛ23-1 в литом состоянии;

сплав АЛ23-1 в закаленном и состаренном состоянии;

сплав Д16 в литом состоянии;

сплав Д16 в закаленном и состаренном состоянии.

3. Под каждой микроструктурой подписать название сплава, стрелками указать структурные составляющие.

4. Рядом с микроструктурами начертить соответствующие диаграммы состояния, необходимые для анализа структуры сплава и отметить на них анализируемые сплавы.

5. Провести анализ процессов, приводящих к формированию структур сплавов.