потёмкин (материаловедение. металлы. Потёмкин), страница 10

5. По полученным данным строят графики изменения прочности и удельной прочности в зависимости от температуры испытания. В качестве материала для испытаний используют образцы, изготовленные из сплавов 12Х18Н10Т с плотностью у = 7,8 105 кг/мЗ Д16Т с плотностью у = 2,8 10з кг/мз, Температура испытаний для образцов из сплавов Д!бТ и 12Х18Н!ОТ составляет соответственно 300 и 500 С. Данные о механических свойствах материалов при комнатной температуре выдаются перед испытаниями.

Оформление отчета Отчет должен содержать: 1. Протокол кратковременных испытаний. 2. Графики изменения прочности и удельной прочности в зависимости от температуры (для двух материалов). 3. Краткие выводы Испытание образцов иа ползучесть Порядок проведения испытаний: !. Перед испытаниями определяют площадь поперечного сечения образца Рш для чего с помощью микрометра и штангенциркуля измеряют толщину и ширину образца в центральной части. 55 2.

По формуле Р=оР рассчитывают величину нагрузки для заданного напряжения. 3. Вычисляют величину необходимого груза для создания нагрузки с учетом того, что соотношение плеч рычага составляет 1;6 (рис. 7, где 7 — станина; 2 — печь; 3 — захваты образца; 4 — индикатор; 5 — рычаг; 6 — груз). Рис. 7 4. Образец 2 (рис. 8) вставляют в захваты 3 из жаропрочного сплава, прикрепляют к ним термопару 4, после чего заклалывают в печь 7, нагретую до выбранной температуры (температуру поддерживают постоянной). На рычаг (см.

рис. 7) устанавливают груз для создания заданного напряжения. После выдерживания образца в течение 10 мин при постоянной температуре винты, поддерживающие груз, опускают таким образом, чтобы к моменту окончательного устранения опоры стрелки индикатора оказались на нулевом делении. Под действием груза образец деформируется. Деформация вызывает перемещение рычагов системы нагружения, что фиксируется с помощью индикаторов. Нагрев образца может осуществляться пропусканием электротока. 5. Величину деформации образца регистрируют, периодически записывая показания индикаторов, установленных на рычагах машины.

6. После разрушения образца вычерчивают кривую ползучести в координатах удлинение — время. 56 7. Размечают характерные участки кривой ползучести и находят углы, тангенс которых определяет скорость ползучести. Оформление отчета Отчет должен содержать: 1.

Данные испытаний образцов на ползучесть. 2. Кривые ползучести, построенные в координатах деформация — время. 3. Определение скорости ползучести на участке, заданном преподавателем; запись предела ползучести и предела длительной прочности для момента разрушения. 4. Краткие выводы. Изучение микроструктуры жаростойких и жаропрочных сплавов 1. Рассмотреть структуру двух жаростойких и двух жаропрочных сплавов с помощью металлографического микроскопа МИМ-7. 2, Исследовать структуру на специально приготовленных шлифах. Оформление отчета 1. Зарисовать в бланке на отведенном месте характерные особенности структуры. 2. Записать марку для каждого материала, химический состав, термообработку и свойства.

Отметить характерные особенности наблюдаемой структуры. Контрольные вопросы 1. В чем причина изменения свойств металлов и сплавов с повышением температуры? 2. Что называют удельной прочностью и что влияет на ее величину? 3, Что такое ползучесть? 4. Какие структурные изменения происходят на разных стадиях ползучести? 5. Что такое предел ползучести и что называют пределом длительной прочности? 6. Что такое жаростойкость и жаропрочиость? 7. Каковы принципы повышения жаростойкости, жаропрочности и сопротивления ползучести металлических материалов? ь. Какие структурныс факторы влияют на жаропрочность? Работа 6 ('46). ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ АВИАЦИОННЫХ СПЛАВОВ Изучить особенности термической обработки, структуры и свойства сплавов на основе алюминия и титана, определить область их применения.

1. Термическая обработка дуралюмина Д16 (закалка и старение) Дуралюмины относятся к деформируемым алюминиевым сплавам и применяются для изготовления основных силовых элементов конструкций летательных аппаратов: шпангоутов, нервюр, лонжеронов, тяг управления самолетов и др. Широкое применение этих сплавов в авиации обусловлено их высокой удельной прочно- стью й = — "1, технологичностью, хорошими механическими свой- у) ствами, которые постигаются в результате упрочнения при термообработке. Сплавы этой группы относятся к системе А1 — Си — Мя и маркируются в зависимости от состава и состояния полуфабриката.

Буква Д указывает, что сплав относится к группе дуралюминов, далее следует условный номер, отвечающий сплаву определенного состава. В табл. 1 приведен состав дуралюмина Д16. Таблица 1 Химический состав дуралюмииа Д16 Легируюшие элементы Сп и Мя повышают прочность сплава. Элемент Мп вводится для повышения коррозионной стойкости. Вредной примесью в дуралюмине Д16 является железо, так как оно образует нерастворимые интерметаллические соединения с А1, Мп, 58 Си, снижает эффект упрочнения при старении, ухудшает коррозионную стойкость сплава. Все указанные элементы образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости, увеличивающейся при повышении температуры, и ряд соединений, растворимых при нагреве (СиА)з, СиМпА1т, Мя~б() и почти нерастворимых (геА13„ (Ге, Мп)А1ь).

Медь является основным легируюшим элементом и главным упрочнителем дуралюмина, и поэтому для установления режимов термической обработки и определения структуры можно воспользоваться двойной диаграммой состояния А) — СцА!з, левая часть которой показана на рис. 1. в тав й ввв в год й Фав $ зао '- гав Я йк..йе1ьа ! й а Ф х 6 7 8 я % Сойржанп Си Рис. 1 Наличие на диаграмме состояния линии переменной растворимости определяет возможность упрочнения сплава термической обработкой, которая состоит из двух этапов: закалки, цель которой получить максимально пересышенный твердый раствор меди в алюминии — и-раствор и старения, цель которого обеспечить упрочнение в закаленном сплаве за счет изменения его строения. В результате взаимодействия меди с алюминием образуется твердый раствор ограниченной растворимости меди в алюминии а и частицы химического соединения СиА)з с содержанием меди около 54 вес.%.

Из диаграммы следует, что предельная концентрация меди в твердом растворе при комнатной температуре составляет 0,2%. При повышении температуры концентрация меди в твердом растворе увеличивается до 5,7% при температуре 548' С. Сплавы, содержащие от 0,2 до 5,7% меди в равновесном состоянии, имеют двухфазную структуру, состоящую из твердого раство- ра, содержащего 0,2% меди и частиц соединения СцА1з . Эти сплавы могут быть упрочнены термической обработкой. Возможность проведения термообработки этих сплавов основана на наличии переменной растворимости меди в алюминии при изменении температуры.

При нагреве сплава типа Д1б, содержащего около 4% меди, концентрация меди в твердом растворе будет увеличиваться (по линии переменной растворимости АВ) за счет растворения частиц соединения СцА12. Если сплав нагреть до температуры 500 С, лежащей на линии переменной растворимости нли выше ее, то вся медь перейдет в твердый раствор а, и структура сплава станет однофазной. При последующем медленном охлаждении (с печью или на воздухс) за счет уменьшения растворимости будет происходить обратный процесс обеднения а-раствора медью и выделения части СцА)з. При комнатной температуре сплав будет иметь равновесную структуру, состоящую из зерен твердого раствора, содержащего 0,2% меди, и частиц соединения СцА12, распределяюшихся по границам и внутри зерен. Такая термическая обработка сплавов называется полным олиисиголп сплав в этом состоянии имеет пониженные твердость и прочность и высокую пластичность (табл. 2).

Таблица 2 Мехаяяческяе свойства дуралюмияа Д16 В практике термической обработки Д16 температура нагрева при отжиге составляет 300 ..370 С, т.е. находится ниже линии переменной растворимости. Упрочняюшая термическая обработка дуралюмина состоит из двух этапов. Первый этап — закалка, цель которой получать максимально пересышенный твердый раствор меди в алюминии и создать условия для последующего прочнения. Для осуществления закалки сплав Д1б нагревают на несколько градусов выше линии переменной растворимости (495...505'С).

Нагретый до указанной температуры сплав имеет структуру твердого раствора с концентрацией бо меди 4%. При резком охлаждении в воде (т.е. прн закалке) подавляется диффузионный процесс выделения меди из твердого раствора. Быстрое охлаждение позволяет зафиксировать высокотемпературную концентрацию сплава прн комнатной температуре. Структура сплава после такой обработки является пересыщенным твердым раствором.

Второй этап — старение, при котором наблюдается упрочнение закаленного сплава вследствие распада пересыщенного твердого раствора. Упрочнение сплава при температуре 20'С называется естественным старением, прн температуре более 20'С вЂ” искусственным старением. Старение — процесс диффузионный, и в зависимости от температуры и временных условий могут иметь место различные стадии старения. При естественном старении проходит только его первая стадия, которая называется зонным старением. Зонное старение.

На этой стадии происходит перераспределение меди в твердом растворе с образованием зон Гинье — Престона (ГП-1), которые представляют собой область твердого раствора с повышенной концентрацией медли (50%). Зона ГП1 имеет форму пластин нли дисков диаметрам 5...10 нм и толщиной в доли пан ометра. Поскольку диаметр атомов меди на 12% меньше диаметра атомов алюминия, зоны ГП сильно деформируют кристаллическую решетку, тормозят движение дислокаций н тем самым упрочняют сплав. На первой стадии заканчивается процесс естественного старения, приводящий к максимальному упрочнению сплава (см.

табл. 2). При искусственном старении вследствие высокой диффузионной подвижности атомов процесс стапення заканчивается переходом сплава в стабильное состояние, т.е. полным выделением меди нз пересышенного твердого раствора в виде соединения СцА)2 (О-фаза), и происходит в три стадии. Первая стадия — зонное старение: образование в пересышенноы твердом растворе зон Гннье — Престона большо~о размера (зоны ГП-2 диаметр 20...30 нм толщиной 0,1...0,4 нм). Вторая н третья — фазовое старение: образование новых фаз.

На второй стадии зоны ГП-2 переходят в фазу, обозначаемую О', которая имеет тетрагональную решетку н состав, близкий к со- единению СцА12. Фаза 9' когерентно связана с решеткой твердого раствора. На этой стадии эффект упрочнения снижается. На третьей стадии происходит образование частиц новой фазы СцА12 (фазы О), нарушение когерентности и коагуляции частиц новой фазы (перестаривание).

Вследствие уменьшения напряжений в кристаллической решетке в резульй тате фазового старения прочность сплава снижается (рис. 2). Ъ' Необходимо отметить, что уп- рочнение закаленного сплава при ес- е'с тественном старении начинается не $ -ег а сразу: некоторый промежуток време- ни, называемый инкубационным леВтив еиотиие риодом„материал сохраняет свойства свежезакаленного состояния, т.е. Рис. 2 имеет низкую прочность и высокую пластичность.