9.4. Содержание отчета

1. Название работы, цель и задание.

2. Заполнить таблицы 9.1 и 9.2

3. Построить график зависимости твердости по HB стали 50 и У12 от вида термообработки.

4. рисунки микроструктур и их описание.

5. Выводы.

9.5. Контрольные вопросы

1. Что называют термической обработкой, отжигом, нормализацией, закалкой, отпуском, полной закалкой, неполной закалкой, критической скоростью охлаждения, улучшением, мартенситом, трооститом, сорбитом, конструкционными сталями, инструментальными сталями?

2. С какой целью проводится термическая обработка стали?

3. У каких сплавов можно повысить прочность при термической обработке?

4. Какая структура получается в доэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

5. Какая структура получается в заэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

6. Какая структура получается в стали после низкого, среднего и высокого отпуска?

7. Как и почему изменяется твердость доэвтектоидных сталей при изменении температуры закалки: ниже А₁; выше А₁, но ниже А₃; немного выше А₃ значительно выше А₃

8. Как и почему изменяется твердость заэвтектоидных сталей при изменении температуры закалки: ниже А₁; выше А₁, но ниже А_ст; выше А_ст?

9. Какая температура закалки дает максимальную твердость в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях?

10. Как изменяются механические свойства стали при повышении температуры отпуска?

11. Какая структура получается в доэвтектоидных сталях после неполной закалки?

12. Какая структура получается в заэвтектоидных сталях после закалки с температуры выше А_ст ?

13. Какая структура получатся после закалки в масло доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей?

14. Почему при закалке в масло по сравнению с закалкой в воду твердость стали понижается?

15. Какие структуры и механические свойства приобретает сталь после улучшения?

16. С какой целью применяют отжиг сталей, нормализацию, закалку, отпуск?

17. Какая окончательная термическая обработка обычно проводится для деталей машин и инструмента.

18. Какой дефект получается при перегреве стали?

19. Как обозначаются конструкционные и инструментальные углеродистые стали?

20. Какие линии на диаграмме Fe – Fe₃C обозначаются А₁, А₃, А_ст?

Литература

1. Материаловедение: учебник для вузов// Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. 3-е издание – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 648 С.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1975, 447 С.

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

10.1. Цель работы: изучить технологический процесс упрочняющей термической обработки дуралюмина.

10.2. Теоретическое обоснование

Алюминиевые сплавы. Все сплавы на алюминиевой основе по технологическим признакам можно разделить: на деформируемые и литейные, на упрочняемые термической обработкой и не упрочняемые термической обработкой сплавы.

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой, не имеет фазовых превращений в твердом состоянии (рисунок 10.1).

Деформируемые алюминиевые сплавы характеризуются невысокой прочностью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. К ним относятся сплавы алюминий – марганец (АМц) и (АМг). Эти сплавы являются однофазными.

Рис. 10.1. – Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния

алюминий-легирующий элемент (схема)

Деформируемые сплавы, упрочняемые, термообработкой являются двухфазными. Наиболее распространенным представителем сплавов, упрочняемых термической обработкой, является дуралюмин.

Литейные сплавы алюминия с кремнием называются силуминами.

Часть диаграммы алюминия с кремнием приведена на рисунке 10.2. Эти сплавы, как правило, содержат 6 – 13% Si, кремний ограниченно растворяется в алюминии, образуя α-фазу. При содержании 11,6% кремния образуется эвтектика, состоящая из α- фазы и практически чистых кристаллов кремния, поэтому механические свойства таких сплавов низки. Механические свойства этих сплавов повышают путем модифицирования.

Рис. 10.2. – Диаграмма состояния алюминий-кремний

Силумины с добавками меди, магния и марганца подвергают закалке с температуры 520 – 540^°С, с целью повышения механических свойств. Искусственное старение проводят при 150 – 180^°С в течение 10-20 ч.

Сплавы алюминия с медью, марганцем, магнием называют дуралюминием.

Дуралюмины хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии. После холодной деформации дуралюмины подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 340 – 370^°С.

Термическая обработка дуралюмина состоит из закалки от температуры 490 – 510^°С с охлаждением в воде. После закалки дуралюмин подвергают старению, что придает ему высокую прочность и твердость.

Естественное старение происходит при комнатой температуре в течении 5 –7 суток. Искусственное старение проводят при 150 – 180^°С в течение 2 – 4 часов. Микроструктура дуралюминов после закалки состоит из светлых кристаллов твердого раствора на основе алюминия и темных включений CuAl₂ (рис. 10.3).

Рис. 10.3. – Микроструктура дуралюминия (закалка и старение), ^x 200

Типичными представителями деформируемых и литейных сплавов на алюминиевой основе являются дуралюминий (Д1, Д16 и др.) и силумин (АЛ 2).

Химический состав (%) и некоторые свойства деформируемых и литейных сплавов на основе алюминия представлены в таблице3 приложения.

Особенность термической обработки алюминиевых сплавов по сравнению со сталью заключается в том, что алюминиевые сплавы имеет очень низкий интервал температур закалки и отпуска, поэтому необходимо соблюдать очень строго температурный режим. Кроме того, соблюдение высокой точности при выполнении термической обработки вызвано тем, что алюминиевые сплавы склонны к перегреву, а исправление перегрева, т.е. измельчение зерна, никакими видами термической обработки получить не возможно. Еще одной особенностью термической обработки являются очень длительные выдержки при нагреве под закалку и особенно при отпуске.

В закаленном твердом растворе атомы элементов в начале распределены равномерно в решетке алюминия, затем постепенно происходит изменение концентрации и перераспределение элементов. Механизм распада пересыщенного твердого раствора закалки происходит во временном и температурном пространстве. На отдельных атомных плоскостях образуются участки, обогащенные медью и другими элементами за счет обеднения других участков; обогащенные участки решетки называются зонами Гинье – Пристона. Возникающая при этих процессах химическая неоднородность приводит к искажениям решетки, возникают напряжения, что и является основной причиной повышения прочности сплавов. Если распад пересыщенного твердого раствора закалки происходит при комнатной температуре, этот процесс называют естественным старением, если при повышенных температурах – искусственным старением.

Цель работы: исследовать и изучить влияние основных параметров термической обработки на механические свойства сплава. Ознакомится с основными видами термической обработки сплава, установить связь между структурой и диаграммой сплава.