Файл: Praktikum матеріалознавство.doc

Завдання на роботу

1. Призначити термічну обробку і скласти її режими для сталі у відповідності з табл.8.2

2. Описати структуру після проведення призначеної термічної обробки.

3. Навести механічні властивості сталі після термічної обробки.

4. Зробити висновки по роботі і скласти звіт відповідно до завдання.

Таблиця 8.2

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які лінії на діаграмі стану ’’залізо-вуглець’’ позначаються як а1, а2, а3, а4, Аcm ?

2. Які види термічної обробки для сталей існують?

3. Які види відпалу сталей ви знаєте?

4. З якою метою призначають повний відпал доевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при повному відпалі?

5. З якою метою призначають неповний відпал доевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при повному відпалі?

6. З якою метою призначають відпал заевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при відпалі?

7. Яка термічна обробка називається нормалізацією? До яких температур нагрівають до- та заевтектоїдні сталі при нормалізації?

8. Які структури можуть утворюватися в сталях при їх різній швидкості охолодження з аустенітного стану?

9. В чому полягає термічна обробка ’’гартування’’ для сталей?

10. Яка швидкість охолодження сталей називається критичною?

11. Яка структура називається ’’мартенсит’’?

12. Від чого залежить кількість залишкового аустеніту при гартуванні?

13. До яких температур нагрівають сталі різного хімічного складу при гартуванні?

14. Які види відпуску існують?

15. Для яких сталей призначають низький, середній та високий відпуск?

16. Яка термічна обробка сталей називається покращанням?

Лабораторна робота № 9 термічна обробка алюмінієвих сплавів

Мета роботи: вивчення режимів термічної обробки алюмінієвих сплавів (загартування і штучне старіння), структурних перетворень, що протікають при термічній обробці, і зміни властивостей сплавів в залежності від цих перетворень.

Матеріали тв обладнання. При виконанні даної лабораторної роботи потрібні такі матеріали та обладнання: зразки аюмінієвого сплаву ’’дуралюмін’’, термічна піч, термопара з приладом реєстрації температури, прилад Брінеля для вимірювання твердості.

Теоретичні відомості. Вироби з алюмінієвих сплавів піддаються в більшості випадків термічній обробці: відпалу, загартуванню, старінню. Структура і властивості сплавів істотно залежать від режимів термічної обробки, які для алюмінієвих сплавів є достатньо різноманітними.

Вироби і напівфабрикати з алюмінієвих сплавів виготовляються або методом лиття (силуміни, А1-Сu – сплави та ін.), або шляхом пластичного деформування (дуралюміни А1-Сu-Mg, сплави А1-Mg-Si та ін.). При холодному деформуванні, як відомо, відбувається наклеп (нагартовка). Тому в марці алюмінієвих сплавів при необхідності обумовляється, яким методом рекомендується виготовляти вироби і яка (%) залишкова нагартовка: М – м’ягкий відпалений сплав; Н – нагартованный (АМцН); П – напівнагартований (дротовий сплав АМцП); H1 – умовно нагартований на 15...20 % (АМцН1).

В і д п а л у піддаються сплави, що знаходяться в нерівноважному стані — ливарні, холоднодеформовані або попередньо термічно оброблені — з метою отримання в них рівноважної структури.

Гомогенізуючий відпал зливків усуває хімічну неоднорідність (ліквацію) твердого розчину. Відпал для стабілізації розмірів ливарних виробів проводиться у випадку, якщо вироби при роботі не мають великих навантажень, але потрібне зберігання їх розмірів в процесі експлуатації (наприклад, деталі приладів із сплаву АЛ9). Відпал при 290С забезпечує у виробах стабільно рівноважну структуру, в якій ніякі перетворення потім не протікають.

Рекристалізаційний відпал пластично деформованих виробів усуває текстуру сплаву і знижує наклеп. В результаті утворюється рівновноважна високопластична структура. Знеміцнюючий відпал термічно оброблених виробів із нерівноважною зміцненою структурою повертає їх до вихідної, рівноважної структури. Відпал для алюмінієвих сплавів в більшості випадків не є остаточною операцією, а проміжною або підготовчою в технологічному процесі виробництва виробів.

З а г а р т у в а н н ю піддаються алюмінієві сплави з метою одержання в них шляхом швидкого охолодження нерівноважної структури – пересиченого твердого розчину легуючих елементів в алюмінії. Гартують сплави тих систем, у яких спостерігається змінна розчинність хоча б одного з елементів в основному розчині, що збільшується при підвищенні температури (рис.9.1).

Рис. 9.1. Схема діаграми стану системи Al –легуючий елемент В

Сплави зі структурою пересиченого твердого розчину характеризуються порівняно високими пластичністю і міцністю. У більшості випадків їх міцність може бути додатково підвищена за рахунок наступного старіння. Проте ряд сплавів системи А1-Mg, наприклад АЛ8 (9,5...11,5 % Mg) і особливо сплави А1-Si і А1-Мn, підвищують міцність в основному не в результаті дисперсійного твердіння, а при загартуванні за рахунок легування основного розчину. Оскільки в таких сплавах при наступному старінні міцність підвищується незначно, а пластичність істотно знижується, то як остаточну термічну зміцнюючу обробку для них застосовується загартування з охолодженням на повітрі або в підігрітому маслі в залежності від розмірів і конфігурації виробів. Охолодження з такими швидкостями забезпечує достатню міцність сплавів при високій пластичності і попереджає утворення гартівних тріщин.

Нагрівання сплавів під загартування у випадку їх наступного старіння здійснюють в однофазну область твердого розчину до допустимо високої температури, близької до початку оплавлення, що необхідно для повного розчинення фаз зміцнювачів (див. рис. 9.1). Охолодження ведеться з максимальною швидкістю для фіксації атомів елементів, що розчинилися в гратці алюмінію. Наприклад, дуралюмін Д20 (6,5 % Сu; 1,6 % Mg; 0,4 % Мn) гартується у воді або маслі з температури (535 ± 5)С. Дуралюмін Д16 (4,4 % Сu; 1,5 % Mg; 0,6 % Mn), що має в литому стані структуру -твердого розчину і фази зміцнювачів (CuAl₂), (Al₂MgCu), що входять у евтектику, нагрівають до 495...502С. Температура плавлення евтектики дорівнює 506С.

С т а р і н н я або д и с п е р с і й н е т в е р д і н н я – процес розпаду нестабільного пересиченого твердого розчину, отриманого загартуванням, шляхом дифузійного перерозподілу атомів і поступового наближення структури до рівноважного стану. В одних сплавах він починається при кімнатній температурі відразу ж після охолодження і посилюється з часом. Цей процес, що протікає при порівняно низьких температурах, називається природним старінням (низькотемпературне старіння). В інших сплавах розпад можливий при підвищених температурах – штучне старіння (високотемпературне старіння ).

Швидкість зміцнення сплавів росте з підвищенням температури старіння (рис.9.2).

Велике технологічне значення має період часу, протягом якого загартовані алюмінієві сплави зберігають свою пластичність. У цей період проводяться такі остаточні операції, як розклепка заклепок, згинання і правка виробів і т.п. Він може бути подовжений перенесенням загартованих виробів у контейнери з низькою (нижче 0^ОС) температурою.

Тривалість процесу старіння гартованих алюмінієвих сплавів може бути різною в залежності від необхідних механічних властивостей – міцності і пластичності.

Рис.9.2. Зміна межі міцності загартованих дуралюмінів в залежності від тривалості витримки та температури старіння

Завдання на роботу

1. Привести стислий виклад основних теоретичних положень термічної обробки алюмінієвих сплавів.

2. Вивчити, замалювати і пояснити мікроструктуру відпаленого сплаву Д16, зазначити його хімічний склад і область застосування.

3. Провести загартування зразків перерізом 1015 мм; температура нагрівання 495±5С, витримка 20...30 хв, охолодження у воді.

4. Виміряти твердість зразків після загартування.

5. Провести штучне старіння гартованих зразків при температурах 100, 200, 300С з витримками в 10, 20 і 30 хв.

6. Виміряти твердість штучно зістарених зразків.

7 Скласти таблицю твердостей гартованих і зістарених зразків

8. Побудувати графічні залежності твердості від тривалості старіння при всіх досліджуваних температурах (за вихідну прийняти твердість гартованого зразка)

9. Описати мікроструктуру зістарених зразків і структурні перетворення, що викликали зміну їх твердості.

10. Сформулювати висновки і написати звіт по роботі відповідно до вищезазначених пунктів завдання.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Яким видам термічної обробки піддають алюмінієві сплави?

2. В чому полягає зміцнювальна термічна обробка алюмінієвих сплавів?

3. До якого фазового стану нагрівають алюмінієві сплави при їх гартуванні?

4. З якою метою проводиться ’’старіння’’ алюмінієвих сплавів?

5. Які види старіння існують для алюмінієвих сплавів?

6. В чому полягає механізм старіння?

Література

1. Кузін О.А., Яцюк Р.А. Металознавство та термічна обробка металів. Підручник. – Львів: Афіша, 2002. – 304 с.

2. Металознавство: Підручник / О.М.Бялік, В.С.Черненко та ін. – 2-ге вид., перероб. і доп. – К.: ІВЦ ’’Видавництво <<Політехніка>>’’, 2002. – 384 с.

3. Практикум по технологии конструкционных материалов и материаловедению /Под общей ред. С.С.Некрасова. – М.: Агропромиздат, 1991.

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

ЗМІСТ

Передмова ………………………………………………………………3

Лабораторна робота № 1. Макроаналіз

металів і сплавів……………………………………….. ………………4

Лабораторна робота № 2. Мікроаналіз