При этих температурах обычно ведут горячую прокатку металлических заготовок (более высокий нагрев может вызвать сильное окисление сплава по границам зерен, его охрупчивание и даже оплавление).

Штамповку проще вести при комнатной температуре, поэтому для сохранения высокой пластичности делают закалку (обычно в воду).

Рис. 2. Изменение структуры дюралюминия при закалке

Влияние термообработки на механические свойства дюралюминов

При быстром охлаждении не успевает произойти диффузионное движение атомов в сплаве (не выделяются кристаллы q-фазы) – однофаз-ная структура твердого раствора сохраняется (рис. 2, в). Такой раствор содержит 5,6 вес. % Cu вместо равновесных 0,5 вес. % Cu – он пересы-щенный, но лишние атомы меди расположены случайно и слабо искажают кристаллическую решетку. Поэтому дюралюмин с такой структурой бу-дет иметь более высокую прочность, чем отожженный (табл. 2), но одно-

временно очень высокую технологическую пластичность.

При комнатной температуре скорость диффузии мала, поэтому в те-чение 3…5 часов после закалки сплав будет хорошо обрабатываться дав-лением. При большем времени выдержки пластичность начинает ухуд-шаться, так как сплав стареет.

Различают естественное и искусственное старение, которые исполь-зуют для повышения прочности заготовок после закалки и обработки дав-

лением.

Естественное (низкотемпературное) старениепроисходит в зака-

ленном дюралюминии при комнатной температуре. В таких сплавах при 20 °С скорость диффузии атомов очень мала (3 – 4 межатомных расстоя-ния в сутки). Однако этого перемещения хватает, чтобы уменьшить сво-бодную энергию сплава за счет группирования атомов меди. Вокруг каж-дого отдельного атома замещения (Cu) в ГЦК решетке a-раствора смеще-ны из своего положения равновесия 12 атомов алюминия (рис. 3, а). Если же два атома Cu располагаются рядом, искажение решетки будет меньше. Поэтому в процессе выдержки при комнатной температуре атомы меди

Рис. 3. Образование в твердом растворе (а) зон Гинье– Престона (б) при естественном старении

образуют огромное количество плоских скоплений (рис. 3, б) в виде дис-ков толщиной (10…20) · 10^–10 м, которые были названы зонами Гинье– Престона по фамилиям первооткрывателей. ГП– зоны трудно увидеть да-же в электронном микроскопе.

Эти зоны имеют решетку a-раствора, но отличаются расстоянием между атомами. Поэтому вокруг них в твердом растворе создаются мощ-ные искажения кристаллической решетки, которые не дают двигаться дислокациям. Поэтому пластичность сплава падает, а прочность растет.

Закалка дюралюмина с последующим естественным (или зонным)

старением обеспечивает максимальную прочность сплава.

Если естественно состаренный сплав кратковременно (5…10 мин) нагреть до 200 °С, то активизация теплового движения атомов приводит к рассасыванию зон Гинье– Престона (атомы меди снова располагаются случайно в твердом растворе); закалка с 200 °С возвращает сплаву высо-

кую пластичность. Это явление получило название возврат при естест-

венном старении.

Искусственное (высокотемпературное) старение–это процессраспада неравновесного пересыщенного твердого раствора при нагрева-нии с выделением второй фазы (рис. 4, а). При нагревании увеличивается скорость диффузии атомов меди, и они уходят из пересыщенного раство-ра, образуя дисперсные частицы равновесной q-фазы размером от 50 до 100 нм, равномерно распределенные внутри пластичной матрицы. Они мешают движению дислокаций в сплаве, уменьшая его пластичность.

100 °С		250 °С

Рис. 4. Изменение структуры дюралюминия при фазовом (искусственном) старении

С ростом температуры и времени старения твердость дюралюминия растет. Обычно его старят при температуре 100 °С в течение 1 часа. По-лученная структура (рис. 4, б) обеспечивает прочность на 20…30 % меньше, чем после естественного старения. Однако после фазового (ис-кусственного) старения в материале сплав имеет низкий уровень остаточ-ных напряжений, поэтому он имеет более высокую коррозионную стой-

кость.

В случае увеличения температуры старения выше 100 °С ускорение диффузии приводит к коагуляции (укрупнению) зерен q-фазы. При этом облегчается движение дислокаций через редко расположенные твердые

включения, пластичность сплава увеличивается, а прочность падает. Та-кое явление называют перестариванием дюралюминия (рис. 4, в – старе-

ние в течение 5 мин при 250 °С). Этот брак термообработки можно испра-вить только повторной закалкой с 500 °С (т.е. из a-раствора).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: