12.3 Експериментальна частина

12.31 Обладнання:

• Металографічний мікроскоп;

• Зразки алюмінієвих сплавів для металографічних досліджень;

• Твердомір типу Роквелла ТК-2.

12.3 Хід роботи

Підготовити зразки алюмінієвих сплавів до металографічних досліджень; вибрати необхідний протравлювач; вивчити мікроструктуру. Вказати основні структурні складові сплавів, зарисувати мікроструктуру.

Вимірити твердість досліджуваних зразків за методом Роквелла за шкалою В (HRB).

12.4 Контрольні питання

1. Вкажіть, які алюмінієві сплави належать до силумінів?

2. З якою метою силуміни модифікують натрієм, вкажіть їх структуру?

3. Приведіть приклади високоміцних алюмінієвих сплавів.

4. Що таке авіалі, вкажіть їх хімічний склад і механічні властивості?

5. Приведіть приклади жароміцних алюмінієвих сплавів. Вкажіть, за рахунок яких легуючих елементів забезпечується їх жароміцність?

6. Приведіть приклади деформованих бінарних алюмінієвих сплавів.

7. Які сплави називаються дюралюмінами, вкажіть їх хімічний склад і структуру?

8. Які алюмінієві сплави використовують для виготовлення поковок і штамповок? Вкажіть їх хімічний склад, структуру і механічні властивості.

9. За діаграмою стану Al – Si вкажіть структуру сплавів з вмістом Si 7% і 13%. Який сплав буде більш твердим, пластичним? Відповідь поясніть з точки зору структури.

10. Які властивості алюмінієвих сплавів обумовлюють їх використання в авіаційній, хімічній, харчовій промисловості?

Лабораторна робота 13

ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ І МІКРОСТРУКТУРИ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ ПІСЛЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ

13.1 Мета роботи: визначити вплив термічної обробки (загартування і старіння) на мікроструктуру і твердість сплаву Д16

13.2 Теоретичні відомості

До сплавів алюмінію, що зміцнюються термічною обробкою, належать дюралюміни (Al-Cu-Mg), авіалі (Al-Mg-Si), кувальні (Al-Mg-Si-Cu), високоміцні (Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Сu) і жароміцні (Al-Cu-Mg з добавками Fe і Ni) (табл. 13.1).

Таблиця 13.1 – Марки і хімічний склад деяких алюмінієвих сплавів, що

зміцнюються термічною обробкою

Марка сплаву	Масова частка легувальних елементів, %
	Cu	Mg	Mn	Si	Інші елементи
Дюралюміни
Д1	3,8 – 4,8	0,4 – 0,8	0,4 – 0,8	0,7
Д16	3,8 – 4,9	1,2 – 1,8	0,3 – 0,9	0,5
Д18	2,2 – 3,0	0,2 – 0,5	0,2	0,5
Авіалі
АВ	0,1 – 0,5	0,45 – 0,9	1,15 – 0,35	0,5 – 1,2
АД31	0,1	0,4 – 0,9	0,1	0,3 – 0,7
АД33	0,15 – 0,4	0,8 – 1,2	0,15	0,4 – 0,8
Кувальні сплави
АК6	1,8 – 2,6	0,4 – 0,8	0,4 – 0,8	0,7 – 1,2
АК8	3,9 – 4,8	0,4 – 0,8	0,4 – 1,0	0,6 – 1,2
Високоміцні сплави
В95	1,4 – 2,0	1,8 – 2,8	0,2 – 0,6	0,5	5,0 – 7,0 Zn
В96	2,2 – 2,8	2,5 – 3,2	0,2 – 0,5	—	7,6 – 8,6 Zn
Жароміцні сплави
АК4-1	1,9 – 2,7	1,2 – 1,8	0,2	0,35	0,8 – 1,4 Ni, 0,8 – 1,4 Fe
АК4	1,9 – 2,5	1,4 – 1,8	0,2	0,5 – 1,2	0,8 – 1,3 Ni, 0,8 – 1,3 Fe

Дюралюміни є типовими представниками сплавів, що зміцнюються термічною обробкою.

В дюралюмінах після повільного охолодження присутні наступні фази: α – твердий розчин на базі алюмінію; хімічна сполука Mg₂Si; W – фаза (Al_nCu_mMg_kSi_z); N – фаза (Cu₂AlFe). Фази Mg₂Si і W приймають участь в структурних змінах при термічної обробці і називаються зміцнюючими. Фаза N не розчинюється при нагріванні і не являється змічнюючою.

Змічнюючі фази розчинюються в α – твердому розчині при нагріванні до 480 - 500°C, структура сплаву при цих температурах є однофазною (α). Цей високотемпературний стан фіксується швидким охолодженням, внаслідок чого утворюється перенасичений твердий розчин.

Процес термічної обробки дюралюмінів можна розглянути на прикладі подвійних сплавів Al – Cu (рис. 12.3).

За діаграмою стану можна визначити умови отримання перенасиченого розчину в результаті загартування.

В загартованому стані дюралюмін має невисоку твердість, міцність і підвищену пластичність. Загартований сплав є нерівноважним, при тривалому перебуванні при кімнатної температурі і при підвищеної температурі в сплаві відбуваються структурні перетворення і наближають сплав до рівноважного стану. Такі перетворення називаються старінням. При старінні підвищується міцність, твердість, зменшується пластичність.

Старіння, яке відбувається при кімнатній температурі називається природним, при підвищеній – штучним.

Механізм старіння підтверджується рентгеноструктурним аналізом. Усередині кристалу Al утворюються зони підвищеної концентрації Сu, які називаються зонами Гіньє-Престона (Г-П). Зони Г-П представляють дискообразні скупчення міді товщиною декілька атомних шарів, яки викликають великі внутрішні напруження у кристалі Al і підвищують твердість. Процес старіння, пов’язаний з утворенням зон Г-П називають зонним.

При підвищених температурах утворюється Θ – фаза (CuAl₂), яка підвищує твердість, міцність. Таке старіння називають фазовим.

При природному старінні зміцнення дюралюмінів відбувається за рахунок зонного механізму, при штучному (Т=100 - 150°C) – фазового. Максимальне зміцнення дюралюмінів досягається при природному старінні.