Рис. 126. Схема старения после возврата к свежезакаленному состоянию (кратковременный нагрев при 230В` С
Рис. 125. Схемы зоны Гинье-Престона (по Герольду): белые кружки - атомы алюминия, черные - меди.
5.Дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции выделившейся θ-фазы, резкому снижению прочности и повышению пластичности.
4.При температурах 200-250В` С решетка О-фазы отрывается от решетки твердого раствора (когерентность полностью нарушается) и оформляется в решетку, соответствующую соединению СиАl8 (θ'-фаза).
3.При температурах 150-200В` С образуется метастабильная промежуточная фаза θ', имеющая такой же состав, как равновесная θ-фаза (СиА12). Но выделения θ'-фазы не имеют границ раздела с зернами твердого раствора, т. е. когерентно связаны с решеткой алюминия. Таким образом, появление зон Г. П. 1 и Г. П. 2 - это подготовительные стадии к началу распада твердого раствора (выделению избыточной фазы), а образование θ'-фазы - начало распада твердого раствора (выделение избыточной фазы).
2.При температурах 100-150В` С происходит рост зон Г. П. 1 до толщины 10-40 А и диаметра 200-300 А, обогащение атомами меди до состава, близкого к составу стабильной фазы θ" (СuА12). Структура образующихся зон становится упорядоченной. Такие зоны называются зонами Г. П. 2 или фазой θ", и их наличие обусловливает максимальную прочность сплава.
1.При температуре 20В` С (естественное старение) и при температурах до 100В`С (искусственное старение) в пересыщенном твердом растворе возникают области (тонкопластинчатой, дискообразной формы), обогащенные атомами меди, названные зонами Гинье-Престона и обозначаемые Г. П., а для данного начального процесса Г. П. 1. Эти зоны имеют толщину 5-10 А и диаметр 40-100 А. Структура их неупорядоченная, как и твердого раствора. Образование зон Г. П. 1 сопровождается искажением кристаллической решетки (рис. 125), что приводит к повышению механических свойств сплава.
После закалки алюминиевые сплавы подвергают старению, при котором происходит распад пересыщенного твердого раствора. При старении в сплавах А1-Сu протекают следующие процессы.
а - исходное состояние; 6 после закалки
Рис. 124. Схема изменения строения сплава алюминия, содержащего 4% Си (после закалки):
Рис. 123. "Алюминиевый" угол диаграммы состояния алюминий - медь
В качестве примера рассмотрим процесс закалки алюминиево- медных сплавов. При температуре 20В` С растворимость меди в алюминии равна 0,1%, а при температуре 548В` С - 5,65% (рис. 123). Алюминиевомедные сплавы с содержанием меди менее 0,1% не могут быть закалены, так как являются однофазными сплавами. Сплавы с содержанием меди от 0,1 до 5,65% являются двухфазными и в исходном отожженном состоянии имеют структуру твердого а-раствора меди в алюминии и включений химического соединения СuА12 (рис. 124, а). При нагреве сплавов выше линии ограниченной растворимости, например сплава, содержащего 4% Сu, до температуры t1 (см. рис. 123), включения СuА12 растворяются, и образуется однофазный твердый α-раствор. Быстрым охлаждением (закалка в воде) фиксируется твердый α-раствор (пересыщенный) меди в алюминии (см. рис. 124, б). После закалки прочность сплава несколько повышается, а пластичность не изменяется.
В современной технике применяют много сплавов на алюминиевой основе с различным количеством легирующих элементов. Одни из них, например Сu, Si, Mg, Zn, резко изменяют свойства алюминия и его сплавов. Другие, например Mn, Ni, Сг, дополнительно улучшают свойства и вводятся только при наличии перечисленных выше, одного или нескольких, основных легирующих элементов. Часть элементов вводят в качестве модификаторов, добавок, действующих различно, но улучшающих (главным образом измельчающих) структуру; к таким добавкам относятся Na, Be, Ti, Се, Nb. Некоторые элементы, входящие в алюминиевые сплавы, образуют с алюминием ограниченные твердые растворы переменной концентрации, в которых растворимость элементов с понижением температуры уменьшается. На этом и основывается закалка алюминиевых сплавов.
Отжиг термически упрочненных сплавов применяют для полного снятия упрочнения, полученного в результате закалки и старения; он проводится при температурах 350-450В` С с выдержкой 1-2 ч и последующим достаточно медленным охлаждением (со скоростью не более 30В` С/ч), чтобы обеспечить протекание диффузионных процессов распада твердого раствора и коагуляцию продуктов распада.
Для алюминия и алюминиевых сплавов (а также для других цветных металлов и сплавов) рекристаллизационный отжиг применяют гораздо шире, чем для стали. Это объясняется тем, что такие металлы, как алюминий и медь (используемые в промышленности в чистом виде), а также многие сплавы на их основе, не упрочняются закалкой и повышение их механических свойств может быть достигнуто только холодной обработкой давлением, а промежуточной операцией при такой обработке (для восстановления пластичности) является рекристаллизационный отжиг. Кроме того, сплавы, упрочняемые закалкой, часто подвергают холодной обработке давлением с последующим рекристаллиза- ционным отжигом для придания требуемых свойств. Температура рекристаллизационного отжига алюминиевых сплавов 300-500В` С, выдержка 0,5-2 ч.
Для выполнения гомогенизации алюминиевые сплавы (слитки) нагревают до 450-520В` С и выдерживают при этих температурах от 4 до 40 ч; после выдержки - охлаждение вместе с печью или на воздухе. В результате гомогенизации структура становится более однородной (гомогенной), повышается пластичность, что значительно улучшает последующую деформацию слитка горячей обработкой давлением. Поэтому гомогенизацию широко применяют для деформируемых алюминиевых сплавов.
Гомогенизацию применяют для выравнивания химической микронеоднородности зерен твердого раствора путем диффузии, т. е. уменьшения дендритной ликвации в слитках. Так как скорость диффузии увеличивается с повышением температуры, а количество продиффундировавшего вещества тем больше, чем длительнее выдержка, то для энергичного протекания диффузии необходимы высокая температура (близкая к температуре линии солидуса) и продолжительная выдержка.
Алюминиевые сплавы подвергают трем видам термической обработки: отжигу, закалке и старению. Основными видами отжига являются: диффузионный (гомогенизация), рекристаллизацпонный и термически упрочненных сплавов.
ТЕРМООБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ.
ТЕРМООБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Комментариев нет:
Отправить комментарий