Классификация алюминиевых сплавов:

2. Деформируемые сплавы:

• сплавы, не упрочняемые термической обработкой;

• сплавы, упрочняемые термической обработкой.

2. Литейные сплавы.

3. Порошковые сплавы.

Дуралюмины (Д1, Д3, Д6, Д16 и т.п.) – сплавы системы Al-Cu. Основным легирующим элементом является медь. Сплав Д1 содержит 3,8…4,8%Cu, 0,5…1,5% магния, ~0,5% марганца. Согласно диаграмме Al-Cu (рис. 46) в сплавах образуются следующие фазы:

• α – твердый раствор меди в алюминии, максимальная растворимость Cu в Al составляет 5,7%;

• θ –твердый раствор на основе химического соединения СuAl₂, содержащего 54,1%Cu.

Структура сплава Д1 в равновесном состоянии (после литья) α + θ_II, причем частицы θ_II располагаются по границам зерен и охрупчивают сплав (рис. 47 а).

Рис. 46. Диаграмма состояния Al – Cu

Для упрочнения дуралюминов проводится термическая обработка: закалка + старение. Закалка заключается в нагреве до температуры ~ 500°С, при которой хрупкая избыточная θ_II-фаза полностью растворяется в α-твердом растворе, быстрое охлаждение фиксирует структуру пересыщенного твердого раствора меди в алюминии

Задача: Структурный класс быстрорежущих сталей в равновесном состоянии – ледебуритный. Термообработка готового инструмента из стали Р18: закалка + трехкратный низкий отпуск. Температура нагрева под закалку 1270…1290С обеспечивает наиболее полное растворение вторичных карбидов и получение высоколегированного аустенита. Охлаждение в масле приводит к получению структуры, состоящей из высоколегированного мартенсита, нерастворенных карбидов первичных и остаточного аустенита (25…30%). Остаточный аустенит снижает режущие свойства стали, и поэтому его повышенное количество в готовом инструменте недопустимо. Проводимый после закалки трехкратный низкий отпуск при температуре 550…570С снижает количество остаточного аустенита: на каждой стадии отпуска происходит выделение вторичных карбидов, это уменьшает легированность аустенита, который при охлаждении претерпевает превращение в мартенсит. Окончательная структура инструмента – М_отп+карбиды+А_ост (1-2%).

Билет №10

1. Первичная и собирательная рекристаллизация. Влияние их на структуру и свойства стали. Понятие о критической степени деформации.

Рекристаллизация – процесс зарождения и формирования новой равновесной структуры. Рекристаллизация возможна, если пластическая деформация больше критической (ε_кр=3..15%).

Первичная рекристаллизация. При температуре начала рекристаллизации Т_Н.Р.=αТ_пл [К], где α=0,3…0,4 - для чистых металлов, α= 0,5…0,7 - для сплавов, на границах деформированных зерен появляются зародыши и рост новых равноосных зерен (рис.14). При нагреве число зародышей интенсивно растет и образуется новая мелкозернистая структура.

Рис.14. Изменение структуры и свойств деформационно-упрочненного металла при нагреве

Собирательная рекристаллизация – укрупнение рекристаллизованных зерен при нагреве с переходом металла в более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией. В итоге формируется термодинамически устойчивая равновесная структура. Размер зерна после рекристаллизации зависит от температуры нагрева, времени выдержки и степени пластической деформации ε. Чем выше температура и время выдержки, тем крупнее зерно (рис.14). Чем больше ε, тем мельче зерно.

а) б) в)

Рис. 15. Влияние температуры (а), длительности отжига (б) и степени деформации (в) на размер рекристаллизованного зерна

1. Особенности превращения аустенита в перлит и бейнит. Строение и свойства продуктов превращений.

Перлитное превращение идет при переохлаждении аустенита в диапазоне температур 727˚С...500˚С. При этом происходит распад аустенита на феррито-цементитную смесь:

А_0,8%С→Ф_0,02%С+Ц_6,67%С.

Механизм перлитного превращения – диффузионный и включает два процесса:

• диффузионное перераспределение углерода, приводящее к образованию цементита;

• полиморфное превращение Fe_γ→Fe_α (ГЦК→ОЦК) с образованием феррита.

В итоге образуется феррито-цементитная смесь пластинчатого строения. В зависимости от температуры переохлаждения образуются феррито-цементитные смеси, отличающиеся степенью дисперсности (межпластинчатым расстоянием Δ₀): перлит, сорбит, троостит (табл. 2). С увеличением степени переохлаждения увеличивается дисперсность структур, повышается прочность и твёрдость. Наибольшей пластичностью и вязкостью обладает структура сорбита.

Таблица 2

Продукты перлитного превращения

Ф-Ц смесь	tпереохлаждения, °С	Структура	Межпластинчатое расстояние Δ0, мкм	Твердость, НВ
Перлит	А1…650		0,6…1,0	180…250
Сорбит	650…550		0,25…0,3	250…350
Троостит	550…500		0,1…0,15	350…450

Промежуточное (бейнитное) превращение

Бейнитное превращение протекает в интервале температур от 500°С до М_Н (см. рис. 33).

Механизм превращения сочетает в себе элементы диффузионного перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений. Бейнит – феррито-цементитная смесь, в которой феррит несколько пересыщен углеродом: Б= Ф_0,2%С+Ц.

В диапазоне температур переохлаждения аустенита от 500°С до 350°С образуется верхний бейнит перистого строения, с низкими показателями прочности и пластичности.

В диапазоне температур от 350°С до М_Н образуется нижний бейнит игольчатого (пластинчатого) строения. Нижний бейнит обладает более высокой твёрдостью и прочностью, чем продукты перлитного превращения.

Бейнитное превращение не идёт до конца, в структуре сохраняется А_ОСТ.

Закалка стали. Методы закалки. Достоинства и недостатки каждого метода