- •Практикум
- •Загальні правила з техніки безпеки
- •V. Злом кольорових металів
- •Лабораторна робота №2 Мікроаналіз металів та сплавів
- •Устаткування, інструменти, матеріали
- •Основні відомості про мікробудову
- •Порядок виконання робота
- •Запитання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №3 Структура сталі у зрівноваженому стані
- •Устаткування, інструменти, матеріали
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №4 Вивчення структури чавунів
- •Устаткування, інструменти, матеріали
- •Основні відомості про структуру чавунів
- •Порядок виконання роботи
- •Сутність методу пробних гартувань
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №8 Прогартування сталі
- •Устаткування, інструменти, матеріали
- •Основні відомості про прогартовуваність сталі
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №12 Термічна обробка алюмінієвих сплавів
- •Устаткування, інструменти, матеріали
- •Основні відомості з термообробки алюмінієвих сплавів
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Порядок виконання роботи
- •Запитання для самоперевірки
- •Література
Порядок виконання роботи
Для визначення якості цементації запропонованих деталей потрібно:
макро- і мікроаналізом установити ступінь насичення поверхні деталі вуглецем та глибину цементованого шару;
визначити твердість цементованого шару і серцевини деталі;
установити режим, термообробки і виконати гартування зразків із цементованих деталей;
виміряти після гартування твердість цементованого шару і серцевини деталі;
результати досліджень занотувати до табл. 11.1;
замалювати мікроструктуру цементованого шару;
зробити висновки за виконаною роботою.
Таблиця 11.1 Структура і твердість досліджених деталей
Стан |
Мікроструктура |
Твердість | ||
поверхні |
серцевини |
поверхні |
серцевини | |
До гартування |
|
|
|
|
Після гартування |
|
|
|
|
Запитання для самоперевірки
Сутність ХТО і її види.
З якою метою виконується ХТО?
Схарактеризуйте елементарні процеси ХТО.
У чому сутність цементації, для чого вона виконується?
Які сталі піддають цементації?
Способи цементації, їх особливості й використання.
Як змінюються хімічний склад, структура і властивості сталі після цементації?
Повний цикл термообробки за цементації.
Як змінюються структура й властивості цементованої деталі після повного циклу термообробки?
Література: [1, с. 228, 2, с. 110; 4, с. 148].
Лабораторна робота №12 Термічна обробка алюмінієвих сплавів
Мета роботи: ознайомитись із видами і режимами термічної обробки алюмінієвих сплавів; з'ясувати сутність структурних перетворень при загартуванні й старінні; набути практичних навичок гартування і старіння алюмінієвих сплавів.
Устаткування, інструменти, матеріали
Муфельна електрична піч, водяна ванна з киплячою водою для старіння, гартувальне середовище (холодна вода), щипці для гартування, годинник, твердомір Роквелла, комплекти зразків термічно зміцнених алюмінієвих сплавів.
Основні відомості з термообробки алюмінієвих сплавів
Деформовані алюмінієві сплави поділяють на дві групи: термічно незміцнені та зміцнені.
До першої групи відносять чистий алюміній, а також сплави системи AlMn і AlMg. Сплави цієї групи зміцнюються тільки наклепуванням, і до них можна застосувати тільки один вид термообробки — рекристалізаційне відпалювання для знімання наклепу.
Термічно зміцнені сплави, крім відпалювання, піддають гартуванню і старінню. До цієї групи належать сплави систем AlCuMg; AlCuMgZn; AlZnMg; AlMgSi ін. Можливість використання гартування з наступним старінням до алюмінієвих сплавів ґрунтується на змінності розчинності легуючих елементів у алюмінії зі зміною температури (рис. 12.1).
Розглянемо механізм гартування алюмінієвих сплавів на прикладі сплаву алюмінію з 5% міді. За кімнатної температура в алюмінії може розчинятися лише до 0,5% міді, а за заевтектичної температури 548 °С — 5,65%, тобто приблизно в 11 разів більше (рис. 12.2). Такий сплав за 20 °С буде складатись із двох фаз — твердого α-розчину міді з алюмінієм у хімічній сполуці CuAl2. У процесі нагрівання сплаву до високої температури, близької до евтектичної, фаза CuAl2 повністю розчиняється і вся мідь переходить у твердий α-розчин. Сплав стає однофазним. Якщо нагрітий сплав різко охолодити (загартувати у воді) до кімнатної температури, то виділення фази CuAl2 із твердого α-розчину затримається і сплав являтиме собою дуже перенасичений твердий розчин міді в алюмінії. Таким чином, мета гартування — одержати перенасичений метастабільний твердий розчин одного або кількох легуючих елементів (Сu, Мg, Zn та ін.) у твердому алюмінії.
Рисунок 12.1 Залежність розчинності легуючих елементів у алюмінії від температури |
Рисунок 12.2 Частина діаграми стану сплавів алюмінію з міддю |
Алюмінієві сплави для гартування потрібно обов'язково охолоджувати у воді, тому що дифузійні процеси в них проходять занадто швидко.
У результаті гартування міцність сплаву підвищується. Такий сплав нестійкий, тому в ньому за кімнатної чи за підвищеної температури проходять зміни, що спричинюють подальше зміцнення. Таке явище називають старінням. Гартування — необхідна умова наступного зміцнення сплаву за рахунок старіння.
Старіння буває природне (за 20 °С) і штучне (за 100–200 °С). За природного старіння на окремих атомних площинах ґратки α-розчину з'являються іони, збагачені міддю (зони ГіньсПрестона) і спричиняють зміцнення сплаву. За штучного старіння процес розпаду твердого розчину йде далі, ніж за природного. Спочатку на базі зон ГіньсПрестона утворюється метастабільна фаза CuAl2 з тетрагональною ґраткою, а за 200 °С й вище виникає перехід її у стабільну фазу CuAl2, з кубічною ґраткою, виділившись із твердого розчину з наступною коагуляцією цієї фази. Виділення стабільної фази й особливо її коагуляція призводять до великого знеміцнення сплаву.
На рис. 12.3 показано криві старіння дюралюмінію (сплави системи АlСuМg) за різних температур. Старіння дюралюмінію за кімнатної температури починається через 2–3 год і завершується через 4–5 діб. Тривалість нагрівання за штучного старіння залежить від температури старіння. При цьому міцність сплаву спочатку збільшується, досягає максимуму, а потім зменшується. Причому, чим вища температура старіння, тим швидше досягається максимум міцності й тим нижчий цей максимум. За температури 50°С старіння практично зупиняється.
Рисунок 12.3 Зміна міцності загартованого сплаву Д16 при старінні
Після штучного старіння міцність дюралюмінію стає значно меншою, ніж після природного. Знижується також його корозійна стійкість і пластичність. Тому дюралюміній піддають природному старінню.
Дюралюміній має вузький інтервал температур гартування (500–510°С). Недогрівання призводить до неповного розчину легуючих елементів і зниження міцності, а перегрівання — до окиснення і навіть сплавлення меж зерен (перепалювання).