Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Так, в закаленных сплавах Al, Mg, Zn,диффузионная подвижность атомов при комнатной температуредостаточно высока для того, чтобы начались процессы распада пересыщенного твердого раствора. В закаленных сплавах на основеCu, Ni, Fe диффузная подвижность атомов при комнатной температуре столь низкая, что естественное старение не развивается, этисплавы подвергают только искусственному старению.Старение в общем случае протекает в несколько стадий. Наначальной стадии в твердом растворе образуются области с повышенной концентрацией меди. Эти области получили название зонГинье — Престона (ГП-зоны) в честь ученых, которые первымиисследовали эту стадию распада пересыщенного твердого раствора в системе Al — Cu методом рентгеноструктурного анализа иописали ее в 1938 г.

Впоследствии ГП-зоны были обнаружены всамых разных сплавах и при различных температурах.В Cu — Al сплавах ГП-зоны представляют собой образования,вытянутые вдоль кристаллографических плоскостей {100}, толщиной в несколько атомных слоев и протяженностью в несколькодесятков атомных слоев (толщина их достигает 5…10 Å, а диаметр40…100 Å), при этом концентрация меди в ГП-зонах ниже, чем в-фазе, и атомы меди в них расположены хаотично.

Дальнейшееразвитие процесса старения приводит к увеличению размера зон(толщина их растет до 10…40 Å, а диаметр до 200…300 Å), содержание Cu в ГП-зонах увеличивается до стехиометрического70соотношения CuAl2, а расположение атомов меди становится упорядоченным. Условно зоны, появляющиеся на начальной стадиираспада, и более крупные подразделяют на ГП-1 и ГП-2 зоны.Процесс выделение ГП-зон называют зонным старением и егоможно рассматривать как подготовительную стадию к процессу выделения второй фазы, т. е. стадию предвыделения. В сплавах системы Al — Cu зонная стадия распада наблюдается при естественномстарении и искусственном при температурах до 100...150 °С.Атомы растворенного компонента на стадии образования ГПзон из твердого раствора не выделяются, следовательно, среднеезначение периода твердого раствора не изменяется.

Но весь кристалл как бы разбивается на блоки мозаики — на области, обогащенные растворенным компонентом, и обедненные, то есть с увеличенным и уменьшенным периодом решетки, что создает большие напряжения в материале и, следовательно, приводит кповышению прочностных свойств. Максимальная прочность приестественном старении достигается на 4–5 сут.При увеличении температуры или продолжительности выдержки старения зонная стадия распада сменяется фазовой. Так,при выдержке при температурах 150...200 °С в сплавах Al — Cuфазовый распад начинается с выделения метастабильной промежуточной -фазы.  -фаза, совпадая по составу со стабильной-фазой (CuAl2), имеет иную кристаллическую решетку, когерентно-связанную с α-твердым раствором по плоскостям {100}, чтоделает ее выделение энергетически более выгодным по сравнениюс некогерентной -фазой.

 -частицы выделяются в виде дисперсных пластинок и так же как и зоны ГП являются эффективным барьером для движения дислокаций.При повышении температуры старения до 200...250 °С происходит коагуляция частиц метастабильной  -фазы, которая, в своюочередь, приводит к разрыву когерентности между α-твердым раствором и метастабильными частицами, после чего частицы  -фазыперестают быть энергетически выгодными и растворяются в твердом растворе, а вместо них выделяется стабильная -фаза (CuAl2).Далее происходит коагуляция частиц -фазы.В общем случае в алюминиевых сплавах наблюдается следующая последовательность стадий распада пресыщенного твердогораствора: ГП-1 → ГП-2 →  → .71На рис. 5.2 приведены экспериментальные кривые измененияпрочности сплава Al — 4 % Cu — Mg — Mn (Д16) от температурыи времени старения.

Из рисунка видно, что с ростом температурыпроцессы старения ускоряются, но упрочняющий эффект старенияпонижается. Ускорение процессов упрочнения и разупрочнения приувеличении температуры связано с температурной зависимостьюскорости диффузионных процессов. Зависимость упрочняющегоэффекта старения от температуры связана с тем, что ГП-зоны и метастабильные  -частицы упрочняют сплав эффективнее, чем стабильная -фаза. Кроме того, коагуляция частиц приводит к уменьшению количества барьеров для движения дислокаций, а следовательно, к уменьшению прочности состаренного сплава. Эти жепричины вызывают разупрочнение сплава Д16 в процессе старенияпри температурах старения 150 и 200 °С (перестаривание).Рис.

5.2. Зависимости прочности сплава Al —4 % Cu — Mg — Mn (Д16) от температуры и времени старенияЕсли деталь из алюминиевого сплава требуется подвергнутькакой-нибудь технологической операции, связанной с холоднойдеформацией, то эту операцию следует проводить в течение 2...3 чпосле закалки, так как потом в результате естественного старениясплав практически потеряет способность пластически деформироваться.Если же процессы естественного старения уже прошли в сплаве, то свежезакаленное состояние можно вернуть с помощью термообработки. Можно перекалить сплав и непосредственно после72закалки провести деформацию.

Тот же результат можно получить,если после естественного старения сплав кратковременно нагретьдо 230…270 °С, а затем быстро охладить в воде. При быстромнагреве и кратковременной выдержке ГП-зоны, образовавшиесяпри естественном старении, растворяются, и на какое-то короткоевремя структура сплава будет представлять собой гомогенныйтвердый раствор. Таким образом, после кратковременной выдержки сплав вновь приобретает способность к естественному старению. Это явление — возвращение к свежезакаленному состоянию — получило название возврата.

Однако обработка «на возврат» не нашла широкого применения в промышленности, так какэтой обработке можно подвергать только тонкостенные изделия(не толще 8...10 мм), которые быстро прогреваются, но даже дляних в заводских условиях трудно контролировать условия режима«возврата». Оптимальное время выдержки при обработке «возврата» должно быть выдержано очень точно (10 с): при меньшей выдержке полного возврата свойств не произойдет, так как ГП-зонырастворятся не полностью; при большей выдержке сплав вновьупрочнится за счет начавшегося распада твердого раствора.

Крометого, при обработке «на возврат» особенно многократной происходит некоторый распад твердого раствора по границам зерен, который, не влияя существенно на механические свойства, повышаетчувствительность сплава к межкристаллитной коррозии.Как уже говорилось, для устранения неравновесных структур идефектов строения в алюминиевых сплавах применяют отжиг.Различают три разновидности отжига.1.

Гомогенизационный отжиг. Этому виду отжига подвергаютслитки для устранения дендритной ликвации, в результате которойпо границам дендритов α-фазы выделяются хрупкие интерметаллидные включения, входящие в состав неравновесных эвтектик.В процессе гомогенизации состав α-кристаллов выравнивается,интерметаллидные включения растворяются, а при охлажденииони выделяются в виде равномерно распределенных частиц второйфазы. В результате гомогенизационного отжига пластичностьсплава повышается, что позволяет повысить степень и скоростьдеформации при последующем прессовании, кроме того, уменьшается склонность некоторых алюминиевых сплавов к коррозии73под напряжением.

Температура гомогенизационного отжига алюминиевых сплавов составляет 450...520 °С. При этой температуревсе легирующие элементы должны раствориться в алюминии.Продолжительность выдержки при отжиге должна быть достаточной для полного растворения интерметаллидных включений, и напрактике она составляет 4…40 ч; охлаждение проводят на воздухеили с печью.2. Рекристаллизационный отжиг. При этом виде отжига деформированный сплав подвергают нагреву до температуры, вышетемпературы конца первичной рекристаллизации. Данный вид отжига применяется для снятия наклепа и формирования мелкозернистой структуры.

Рекристаллизационный отжиг применяется вкачестве промежуточной операции между холодными деформациями или между горячей и холодной деформациями. Температурарекристаллизационного отжига в зависимости от состава сплаваколеблется в пределах 350…500 °С, а выдержка — 0,5...2 ч.3. Отжиг для разупрочнения сплавов, прошедших закалку истарение. Этот вид отжига проводят в термически упрочненныхсплавах перед холодной деформацией; температура отжига составляет 350...450 °С, выдержка — 1...2 ч. При этих температурахдостаточно быстро идут диффузионные процессы, и происходитполный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляциякристаллов второй фазы, т. е. формируется структура близкая кравновесной. Скорость охлаждения не должна превышать30 град/ч.В табл.

5.1 приведены механические свойства сплава Al — 4 %Cu — Mg — Mn (Д16) в различном структурном состоянии.Таблица 5.1Механические свойства сплава Д16Обработка74Механические свойствав, МПа0,2, МПа, %Отжиг20012025Закалка30022023Закалка + старение45034018Классификация алюминиевых сплавовАлюминиевые сплавы подразделяют на две группы: деформируемые, предназначенные для получения полуфабрикатов путем прокатки, прессования, ковки, штамповки, и литейные, предназначенныедля фасонного литья. Поскольку деформируемые сплавы должныобладать высокой пластичностью, их основной структурной составляющей является твердый раствор на основе алюминия, а объемная доля хрупких интерметаллидных включений сравнительно невелика (до 10 ).

Литейные же сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию горячихтрещин и рассеянной пористости. Для этого они должны иметь небольшой температурный интервал кристаллизации, т. е. содержатьдостаточно большое количество жидкости эвтектического состава,кристаллизующегося при постоянной температуре. Сплавы, находящиеся вблизи эвтектической точки, обладают наилучшими литейными свойствами.

Таким образом, границей между деформируемыми илитейными сплавами в двойных системах условно можно считатьпредельную концентрацию α-твердого раствора при эвтектическойтемпературе (см. рис. 5.1).Деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы можно подразделить на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Теоретически границей междуэтими сплавами является предел растворимости твердого раствораалюминия при комнатной температуре: в сплавах, концентрациякоторых ниже предела растворимости, нельзя получить пересыщенный твердый раствор.

Характеристики

Список файлов книги