Klasifikace hliníkových slitin. Analýza získaných výsledků Stavový diagram hliník hořčík

07.01.2024 -

Všechna průmyslová složení hliníku a slitin hořčíku z hlediska obsahu hořčíku se nacházejí v oblasti stavového diagramu systému Al-Mg, což odpovídá tuhému roztoku α. Koncentrace tuhého roztoku se zvyšuje se zvyšující se teplotou, což v zásadě umožňuje výrazně zpevnit slitiny Al-Mg jejich tepelným zpracováním (kalením).
V litém stavu mají hliníkové slitiny s obsahem nad 9 % Mg strukturu α+β; Fáze β, což je křehká intermetalická sloučenina, obsahuje asi 35-38 % Mg.
Podle rovnovážného fázového diagramu ve slitinách s 10 % Mg se β-fáze uvolňuje z tuhého roztoku v důsledku poklesu rozpustnosti hořčíku v hliníku s klesající teplotou (obr. 22). V reálných podmínkách tuhnutí se vlivem intenzivních mikrolikvičních procesů a nedostatečné rychlosti difúzních procesů uvolňuje β-fáze z matečného louhu při 450°C ve formě degenerovaného eutektika. To bylo prokázáno experimenty (vytvrzovací slitina byla kalena při různých teplotách). Množství β-fáze vzniklé v důsledku vysrážení α z tuhého roztoku závisí na obsahu hořčíku ve slitině. Podle dostupných údajů se při lití do pískové formy zadrží v tuhém roztoku až 7 %.

Mechanismus uvolňování β-fáze v závislosti na délce stárnutí není dobře znám. Je povoleno následující pořadí procesu stárnutí: „zóny“ obohacené hořčíkem, nerovnovážné β" - rovnovážné β.
Existence zón je potvrzena pouze měřením elektrického odporu slitin. Struktura β" a β fází, které se vysrážejí ve formě malých destiček, je velmi složitá. Tyto fáze byly studovány pomocí rentgenové difrakční analýzy.
V této práci byl studován vliv doby homogenizace H kalícího média na proces stárnutí. Čím delší je doba homogenizace, tím rovnoměrněji je hořčík distribuován po průřezu zrna. Při homogenizaci po dobu 16 hodin vede následné stárnutí k tvorbě precipitátů pouze v zónách obohacených hořčíkem, tj. blízko hranic zrn, a dendritická struktura slitiny je jasně odhalena. S postupným prodlužováním doby homogenizace se distribuce srážek po průřezu zrn po stárnutí vyrovnává. I po zahřívání po dobu 160 hodin jsou však při rovnoměrném rozložení sekretu detekovány jednotlivé oblasti s obrysem dendritů. V druhém případě, na rozdíl od obrázku pozorovaného po homogenizaci po dobu 16 hodin, jsou oblasti poblíž hranic zrn ochuzeny o precipitáty. Ve všech případech je výtok ve formě jehel.

Kromě doby homogenizace je tvorba sraženin ovlivněna podmínkami kalení. Při ochlazení ve studené vodě se β-fáze uvolňuje podél hranic zrn v kontinuální formě během následného stárnutí. Kalení ve vroucí vodě nebo horkém oleji vytváří po stárnutí precipitaci β-fáze podél hranic zrn ve formě izolovaných vměstků.
Při diskuzi a analýze výsledků se uznává, že reziduální dendritická segregace a vyčerpání volných míst v zónách sousedících s hranicemi zrn mají důležitý vliv na podmínky a povahu srážení β-fáze. Volná místa urychlují proces separace β-fáze, protože její vznik je doprovázen nárůstem objemu.
Na základě metastabilního diagramu slitin systému Al-Mg (obr. 23) je navrženo schéma sledu vzniku β-fáze při stárnutí slitin s 10 % Mg (obr. 24). Podél hranic zrn probíhají procesy separace a sekvenční transformace o jednu fázi rychleji, protože zde je větší možnost tvorby zárodků.

Oblasti bez precipitátů podél hranic zrn jsou slabým místem odlitků, a proto dochází k destrukci podél hranic zrn, zejména ve druhé fázi, při kalení ve studené vodě, kdy β-fáze tvoří souvislé řetězce. Pevnostní vlastnosti odlitků se snižují. Korozní odolnost se nejsilněji zhoršuje při přeměně β"→β (obr. 25). Lze předpokládat, že korozní odolnost slitin závisí na charakteru precipitace β-fáze, což je dobře patrné na obr. 25. v souladu se skutečností, že slitiny tvrzené ve studené vodě mají sníženou odolnost proti korozi.
V tabulce 12-14 ukazují složení a vlastnosti průmyslových slitin systému Al-Mg.
Slitiny systému hliník - hořčík s obsahem až 6% Mg nejsou zpevněny tepelným zpracováním. Roztokové kalení výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti slitin obsahujících více než 9 % Mg.

Mezi dvojitými slitinami hliníku a hořčíku mají největší pevnost slitiny s 10-12 % Mg s vysokou tažností ve vytvrzeném stavu. S dalším zvyšováním obsahu hořčíku se mechanické vlastnosti slitin snižují, neboť přebytek β-fáze způsobující křehkost slitiny není možné při tepelném zpracování převést na tuhý roztok. Proto všechny průmyslové slitiny systému Al-Mg patří do typu pevných roztoků s obsahem hořčíku nejvýše 13 %.
Kromě hořčíku obsahuje slitina AL13 křemík a mangan. Křemíkové přísady pomáhají zlepšit odlévací vlastnosti slitiny díky zvýšení množství dvojitého eutektika α+Mg2Si. Mechanické vlastnosti slitiny AL13 se zavedením 1% Si mírně mění: pevnost mírně stoupá a tažnost mírně klesá.
Mangan se do slitiny AL13 přidává především pro snížení škodlivých účinků železa, které se při krystalizaci sráží ve formě jehličkovitých a deskovitých krystalů a značně snižuje tažnost slitiny. Při zavádění manganu do slitiny vzniká sloučenina MnAl6, ve které se rozpouští železo. Toto spojení má kompaktní skeletový nebo dokonce rovnoosý tvar.
Nečistoty železa, mědi, zinku a niklu negativně ovlivňují korozní odolnost slitiny AL13. Při obsahu křemíku nad 0,8 % klesá i korozní odolnost slitiny a s přídavkem manganu se zvyšuje.
Slitina třídy AL13 není zpevněna tepelným zpracováním a má nízké mechanické vlastnosti. Jeho výhodou je relativně vysoká korozní odolnost ve srovnání např. se siluminy, dobrá svařitelnost a (díky přítomnosti sloučeniny Mg2Si ve struktuře) zvýšená tepelná odolnost.
Slitina třídy AL13 se používá k výrobě dílů, které nesou střední zatížení a fungují v podmínkách mořské vody a mírně alkalických kapalin. Slitina se používá pro výrobu dílů pro stavbu námořních lodí, stejně jako pro díly pracující při zvýšených teplotách (až 180-200°C).
Slitiny (AL8, AL8M, AL27-1) s vysokým obsahem hořčíku (9-11%) ve vytvrzeném stavu mají velmi vysoké mechanické vlastnosti. Mechanické vlastnosti slitin ve vzorcích vyřezaných přímo z odlitků jsou však velmi nerovnoměrné; Hlavním důvodem nestejnoměrných vlastností je heterogenita odlitku, zjišťovaná ve formě volnosti při smršťování a pórovitosti, stejně jako oxidické inkluze v masivních částech odlitku.
Velmi velkou nevýhodou těchto slitin je jejich zvýšená citlivost na přirozené stárnutí. Bylo zjištěno, že obsah Mg vyšší než 10 % ve slitinách hliníku a hořčíku vede po dlouhodobém skladování a během provozu ke křehnutí kalených odlitků.
V tabulce Obrázek 15 ukazuje změnu mechanických vlastností slitin s různým obsahem hořčíku při dlouhodobém přirozeném stárnutí. Prezentovaná data naznačují, že se zvyšujícím se obsahem hořčíku se zvyšuje sklon k přirozenému stárnutí. To vede ke zvýšení meze kluzu, meze pevnosti a prudkému poklesu tažnosti.
Při testování vzorků slitin starých jedenáct let na mezikrystalovou korozi bylo zjištěno, že slitiny obsahující méně než 8,8 % Mg nejsou na tento typ koroze citlivé a s vyšším obsahem hořčíku získávají všechny studované slitiny větší stupeň koroze. vlivem přirozeného stárnutí.náchylný k mezikrystalové korozi.
Průměrná hloubka fokálních korozních lézí na povrchu vzorků testovaných standardní metodou ponořením na jeden den do 3% roztoku NaCl s přídavkem 1% HCl byla: 0,11 mm - s obsahem 8,8 % Mg v slitina, 0,22 mm - při 11,5 % Mg a 0,26 mm - při 13,5 % Mg.
Slitiny hliníku a hořčíku AL27 a AL27-1 mají stejný obsah hlavních legujících složek (hořčík, berylium, titan, zirkonium); obsah železných a křemíkových nečistot ve slitině AL27-1 by neměl překročit 0,05 % každého.

V tabulce 16 ukazuje mechanické vlastnosti slitiny hliníku a hořčíku obsahující nečistoty železa, křemíku a hořčíku.
Výše uvedená data především ukazují, že slitina obsahující méně než 9 % hořčíku (0,1 % železa a křemíku každá) má relativně nízké mechanické vlastnosti (σв = 28,5 kgf/mm2; δ5 = 12,5 %). Ze studovaných slitin má nejvyšší mechanické vlastnosti slitina obsahující 10,5 % Mg (σв = 38 kgf/mm2; δ5 = 26,5 %). S obsahem hořčíku 12,2 % je pevnost v tahu také na vysoké úrovni (38,3 kgf/mm2), ale tažnost je o něco nižší (21 %).
Když se obsah železa ve slitině AL8 zvýší na 0,38 % při stejném obsahu křemíku (0,07 %), není pozorována žádná změna pevnosti v tahu a tažnost se mírně snižuje. S nárůstem křemíku v této slitině na 0,22 % výrazně klesá jak pevnost v tahu (až 33,7 kgf/mm2), tak i tažnost (17,5 %). Zvýšení obsahu křemíku na 0,34 %) i při nízkém obsahu železa (0,10 %) výrazně snižuje mechanické vlastnosti: pevnost v tahu klesá na 29,5 kgf/mm2 a tažnost na 13 %. Pokud navíc zvýšíme obsah železa v této slitině na 0,37 %, mechanické vlastnosti se dále sníží, ale v menší míře než se zvyšujícím se obsahem křemíku: pevnost v tahu bude 27,6 kgf/mm2 a prodloužení bude být 10,5 %.
Za příčinu nepříznivého působení i malých množství křemíku lze zjevně považovat vznik sloučeniny Mg2Si díky vysoké afinitě křemíku k hořčíku. Čím více křemíku je ve slitině, tím více bude tato sloučenina přítomna. Sloučenina Mg2Si krystalizuje ve formě tzv. „čínského písma“ a umístěná podél hranic zrn narušuje vazbu zrn tuhého roztoku a navíc váže určité množství hořčíku.

Na Obr. 26, a, b jsou znázorněny pro porovnání mikrostruktury hliníkových slitin s 10 % Mg v litém stavu, připravených z materiálů různé čistoty. Strukturu slitiny odlévané z vysoce čistých materiálů tvoří zrna pevného roztoku hořčíku v hliníku, na jejichž hranicích se nachází fáze Al3Mg2. Ve struktuře slitiny připravené na málo čistých materiálech je kromě fáze Al3Mg3 vidět sloučenina Mg3Si ve formě „čínského písma“ a sloučenina FeAl3 ve formě dvou typů desek - ploché a ve tvaru hvězdy (jedná se zřejmě o různé úseky stejného tvaru). Sloučenina Mg2Si se nachází podél hranic zrn a desky FeAl3 jsou umístěny uvnitř zrn nebo protínají jejich hranice. V některých případech desky FeAl3 protínají krystaly Mg2Si, což ukazuje na jejich primární krystalizaci z taveniny. Po tepelném zpracování přechází fáze Mg2Si do tuhého roztoku a mikrostruktura slitiny připravené z vysoce čistých materiálů představuje zrna tuhého roztoku (obr. 26c).
Výrazné omezení škodlivých příměsí železa a křemíku, jakož i zavádění přísad berylia, titanu a zirkonia do slitin hliníku a hořčíku (AL27 a AL27-1) přispívá k výraznému zvýšení odolnosti proti korozi a mechanických vlastností těchto slitin. ve srovnání s CO slitinou AL8.
Vliv dodatečného legování vysoce čistých slitin Al-Mg s přísadami různých prvků lze vysledovat na příkladu slitiny AL8M. Jednou z nevýhod slitin Al-Mg (AL8, AL27) s vysokým (až 11,5 %) obsahem hořčíku je jejich sklon k přirozenému stárnutí, snížení plastických vlastností a možnost vzniku trhlin v odlitcích. Lze však předpokládat, že lze nalézt způsoby, jak stabilizovat vlastnosti slitiny AL8. Jedním z nich je snížení stupně přesycení hořčíkem v tuhém roztoku a, tj. snížení obsahu hořčíku ve slitině. Zároveň se prudce sníží rychlost procesu stárnutí. Je však třeba poznamenat, že jak se obsah hořčíku ve slitině snižuje, mechanické vlastnosti slitiny se zhoršují. Pro zlepšení mechanických vlastností slitin je v tomto případě nutné aplikovat legování a modifikaci.

V tabulce Obrázek 17 uvádí výsledky vlivu molybdenu a úpravy solí fluorozirkoničitanu draselného na vlastnosti a zrnitost slitiny Al-Mg (10,5 % Mg) dle práce.
Pokud je tavenina zpracována fluorozirkoničitanem draselným, přidávání molybdenu v desetinách procenta přispívá k velmi silnému zjemnění krystalického zrna slitiny; největšího brusného účinku se dosáhne přidáním 0,1 % Mo do slitiny AL8.
Silnější zjemnění zrna při kombinovaném přídavku zirkonia a molybdenu než při přídavku každého z těchto prvků samostatně je zjevně vysvětleno skutečností, že rozpustnost každého aditiva v přítomnosti druhého klesá. To by mělo vést ke vzniku výrazně většího počtu intermetalických částic, tedy nukleačních center. Krystalizace z mnoha center poskytuje jemnější strukturu zrna.
V plném souladu s vlivem zjemnění zrna dochází ke změně mechanických vlastností. Prezentované výsledky mechanických zkoušek ukazují, že úprava taveniny fluorozirkoničitanem draselným a zavedení 0,1 % Mo umožňuje zvýšit pevnostní vlastnosti slitiny z 29,9 na 43-44 kgf/mm2, mez kluzu z 18 na 22 kgf/mm2 a relativní prodloužení od 14 do 23 %. Když obsah molybdenu překročí 0,1 %, mechanické vlastnosti se zhorší.
V tabulce Obrázek 18 ukazuje srovnávací vlastnosti slitin AL8, AL8M a AL27-1.

Jak již bylo uvedeno dříve, snížení obsahu hořčíku ve slitinách Al-Mg, stejně jako legování různými přísadami, může významně snížit rychlost rozkladu přesyceného pevného roztoku, stejně jako změnit rychlost obecné koroze a náchylnost slitin k mezikrystalická koroze.
Pro objasnění tohoto vlivu jsou v práci uvedeny výsledky zkoušek v mokré komoře slitin s různým obsahem hořčíku a legujících přísad (tab. 19).
Studie také ukázaly, že změna relativního přírůstku hmotnosti v průběhu času se řídí parabolickým zákonem. To naznačuje, že se na povrchu vzorků ze všech slitin vytváří hustý oxidový film s dobrými ochrannými vlastnostmi. K nejintenzivnějšímu růstu oxidového filmu dochází během prvních 500 dnů. Následně se rychlost oxidace stabilizuje. Je třeba poznamenat, že film z modifikovaných slitin má zřejmě lepší ochranné vlastnosti.

Studium mikrostruktury ukázalo, že proces mezikrystalické koroze ve slitinách obsahujících za celou dobu korozních zkoušek nedoznal znatelnějšího vývoje.
Jinak se chovají slitiny obsahující 11,5 % Mg. Povaha změny relativního hmotnostního přírůstku vzorků modifikovaných slitin se také řídí parabolickým zákonem. Rychlost oxidace se však znatelně zvyšuje ve srovnání s rychlostí oxidace slitin obsahujících 8,5 % Mg a oxidový film získává ochranné vlastnosti při znatelně větší tloušťce.
V původní slitině se povaha změny relativního přírůstku hmotnosti také řídí parabolickým zákonem. V časovém intervalu od 300 do 500 dnů je však pozorován prudký nárůst rychlosti růstu oxidového filmu. Tento jev lze zjevně vysvětlit popraskáním oxidového filmu během tohoto časového období v důsledku výskytu významných vnitřních pnutí v něm.
Poté, co nově vzniklé oxidy zacelí trhliny v oxidovém filmu, rychlost oxidace se sníží a v budoucnu zůstane prakticky nezměněna.
Studium mikrostruktury slitin obsahujících 11,5 % Mg ukázalo, že u původní slitiny po 300 dnech korozních zkoušek hranice zrn silně ztloustnou v důsledku precipitace β-fáze a slitina se stává náchylnou k mezikrystalické korozi. Je zřejmé, že během tohoto časového období začíná tvorba korozních trhlin, protože do 500. dne testování pronikají korozní trhliny velmi hluboko do kovu a zachycují poměrně hodně hranic zrn.
Na rozdíl od nemodifikované slitiny je v modifikovaných slitinách proces mezikrystalické koroze omezen na povrchovou vrstvu kovu a nerozvíjí se silně ani po 1000 dnech korozních zkoušek. Je třeba poznamenat, že proces mezikrystalické koroze je nejméně rozvinutý ve slitině modifikované zirkoniem a molybdenem.
V plném souladu se strukturálními změnami jsou změny mechanických vlastností slitin.
Jak ukazují údaje v tabulce. 19, pevnost v tahu modifikovaných slitin se neustále zvyšuje, což je vysvětleno přirozeným procesem stárnutí. V původní slitině probíhají paralelně dva procesy: přirozené stárnutí, které slitinu zpevňuje, a proces mezikrystalické koroze, který ji změkčuje. V důsledku toho se pevnost v tahu původní slitiny dokonce poněkud sníží po 1000 dnech korozních zkoušek.
Ještě indikativnější je změna relativního prodloužení slitin: u původní slitiny začíná prudký pokles plastických vlastností po 100 dnech korozních zkoušek, zatímco u modifikovaných slitin až po 500 dnech. Je třeba poznamenat, že snížení tažnosti modifikovaných slitin po 500 dnech korozních zkoušek lze pravděpodobněji vysvětlit procesem křehnutí slitiny v důsledku přirozeného stárnutí než procesem mezikrystalické koroze.

Mezi nevýhody slitin Al-Mg s vysokým obsahem hořčíku (AL8, AL8M, AL27-1, AL27) patří také citlivost na mezikrystalovou korozi a korozi pod napětím, která se objevuje v důsledku dlouhodobého zahřívání při teplotách nad 80 °C (tabulka 20). . Proto se tyto slitiny doporučují pro výrobu výkonových dílů, které krátkodobě pracují při teplotách od -60 do +60 °C a v některých případech je lze s úspěchem použít místo nedostatkových bronzů a mosazi, nerezových ocelí a deformovatelného hliníku. slitin při provozu součástí a dílů s velkými aplikacemi (včetně rázů a střídavého zatížení) za různých podmínek (včetně mořské vody a mlhy).
Pro snížení sklonu k tvorbě trhlin v odlitcích vyrobených z těchto slitin při dlouhodobém provozu je nutné omezit obsah hořčíku ve slitinách na 10 % a díly kalit v oleji zahřátém na 50-60 °C.
Slitiny AL23 a AL23-1 ve vytvrzeném stavu nejsou náchylné k mezikrystalové korozi. V litém stavu těchto slitin je při zkoušce na mezikrystalovou korozi pozorován rozvoj koroze podél hranic zrn, který je způsoben přítomností v lité struktuře této slitiny přebytečné β-fáze podél hranic zrn, uvolněné během krystalizační proces.
Typické vlastnosti slitin AL23-1 a AL23 jsou uvedeny v tabulce. 21.

Slitiny AL23-1 a AL23 lze uspokojivě svařovat argonovým obloukem. Pevnost svarových spojů je 80-90% pevnosti základního materiálu. Dobré výsledky byly dosaženy při svařování litých dílů ze slitiny AL23-1 s díly z tvářené slitiny AMg6.
Slitiny jakosti AL23-1 a AL23 lze použít v litém i kaleném stavu. V litém stavu jsou slitiny AL23 a AL23-1 určeny pro výrobu dílů se středním statickým a relativně malým rázovým zatížením. Ve vytvrzeném stavu je slitina AL23-1 určena pro výrobu dílů pracujících při středním statickém a rázovém zatížení. Slitina AL29 je navržena pro práci v různých klimatických podmínkách. Odlitky ze slitiny AL29 se používají bez speciálního tepelného zpracování. Slitina AL29 v litém stavu má uspokojivou odolnost proti korozi. Pro další zvýšení odolnosti proti korozi jsou díly vyrobené ze slitiny AL29 eloxovány v kyselině chromové. Slitina AL29 určená pro vstřikování se chemickým složením liší od slitiny AL13 vyšším obsahem hořčíku a také nižším přípustným obsahem nečistot. Slitina se používá v litém stavu. Z hlediska mechanických a odlévacích vlastností je slitina AL29 lepší než slitina AL13 a ve všech ostatních vlastnostech je jí podobná a používá se pro výrobu dílů pracujících při středním statickém a rázovém zatížení, jakož i v zařízeních pracujících v subtropických oblastech. podnebí. Díly vyrobené ze slitiny AL29 mohou pracovat po dlouhou dobu při teplotách až 150°C.
Slitina AL22 byla vyvinuta pro vstřikování, která našla určité uplatnění pro výrobu dílů pracujících v instalacích a sestavách při zvýšených teplotách po dobu několika minut, někdy i několika desítek minut. Slitina AL22 obsahuje velké množství hořčíku (10,5-13%), což umožňuje použití odlitků z ní ve vytvrzeném stavu. Legování slitiny s malými přísadami titanu a berylia pomáhá zlepšit její odlévací a pevnostní vlastnosti. Slitina AL22 je lepší než slitina AL13 jak v technologických vlastnostech, tak v pevnostních charakteristikách a tepelné odolnosti. Pro co největší pevnost slitiny by měla obsahovat obsah hořčíku na horní hranici (do 13 %) a křemíku na spodní hranici; u odlitků se složitými konfiguracemi by měl být obsah hořčíku na spodní hranici a křemíku na horní hranici.
Nevýhodou slitiny je snížená tažnost. Slitina AL22 se používá pro odlévání dílů se složitými konfiguracemi, které pracují při středním statickém zatížení (části typu kameniva a přístroje) v korozivních podmínkách atmosféry a mořské vody. Slitina se nejvíce používá pro vstřikování dílů. V tomto případě se odlitky používají v odlitém stavu. Díly vyrobené ze slitiny AL22 mohou pracovat po dlouhou dobu při teplotách až 200 °C.
Nová slévárenská slitina třídy AL28 se používá v litém stavu (bez tepelného zpracování) pro výrobu armatur pro sladkovodní potrubí, olejové a palivové systémy, jakož i pro části lodních mechanismů a zařízení, jejichž provozní teplota neklesá přesahují 100° C. Při vyšších teplotách dochází k intenzivnímu rozkladu tuhého roztoku a precipitaci β-fáze podél hranic zrn, což způsobuje křehnutí slitiny.
V tabulce 22 ukazuje mechanické vlastnosti slitiny AL28 v závislosti na obsahu hlavních legujících prvků ve složení jakosti.
Zavedení 0,1-0,2 % Zr do slitiny AL28 zvyšuje pevnostní vlastnosti o 2-3 kgf/mm2 a hustotu odlitků v důsledku tvorby slitiny hydridu zirkonia, která je stabilní při teplotě tavení. Při použití vysoce čistých výchozích materiálů jako vsázky je pozorováno výrazné zvýšení pevnosti a tažnosti slitiny.

Slitina LL28 má vysokou odolnost proti korozi ve sladké a mořské vodě a také v mořské atmosféře. Korozní odolnost slitiny se za těchto podmínek blíží odolnosti čistého hliníku.
Na Obr. Obrázek 27 ukazuje výsledky testování odolnosti slitiny AL28 proti korozi ve 3% roztoku NaCl okyseleného 0,1% H2O2. Doba trvání testu byla 1000 h. Pro srovnání byly za stejných podmínek testovány slitiny AL8, AL13 a AL4.

V tabulce Obrázek 23 ukazuje výsledky tahových zkoušek vzorků ze slitin AL28, AL4 a AL13 před a po vystavení vodnému roztoku 3% NaCl + 0,l% H2O2, které potvrzují, že korozní odolnost slitiny AL28 je lepší než odolnost proti korozi. dalších studovaných slitin hliníku.
Mechanické vlastnosti slitiny AL28 zůstaly nezměněny po vystavení koroznímu prostředí po dobu 10 000 hodin, zatímco slitina AL4 vykazovala určité zhoršení pevnostních vlastností a výrazné (více než 50 %) snížení tažnosti.

Zvýšená korozní odolnost slitiny AL28 se vysvětluje přítomností manganové přísady, která má příznivý vliv na korozní vlastnosti čistého hliníku a některých slitin hliníku. Slitina AL28 nevykazuje sklon ke korozi při namáhání za normálních teplot, ani při zahřátí na 100 °C a dlouhodobém držení (až 1000 hodin). I relativně krátkodobé vystavení teplotám nad 100°C však výrazně snižuje výkon této slitiny v korozivním prostředí, což prakticky znemožňuje její použití při zvýšených teplotách.
Korozní zkoušky experimentálních odlitků v přírodních podmínkách (v Černém moři) po dobu 2-3 let ukázaly, že slitina AL28 není náchylná k důlkové korozi. Slitina AL28 se osvědčila jako jedna z nejodolnějších hliníkových slitin při testování v mořské vodě pohybující se rychlostí 10 m/s. Provoz klikových skříní utěsněných freonových kompresorů lodních klimatizací již řadu let potvrzuje proveditelnost a spolehlivost jejich výroby ze slitiny AL28 jako materiálu odolného vůči působení freonu-22.
Je třeba říci, že v poslední době se klade velký význam koroze pod napětím, protože v moderním strojírenství a zejména při stavbě lodí jsou v podmínkách tropických teplot, vysoké vlhkosti a mořské vody kladeny zvýšené nároky na pevnost a výkon materiálů. Zajímavá je práce, která popisuje studium náchylnosti litých hliníkových slitin ke koroznímu praskání pod napětím.
Tažná síla byla vytvořena pomocí předem kalibrované vinuté pružiny. Zatížení bylo přeneseno na vzorek o průměru 5 mm. Tvar vzorku umožnil připevnit na něj vany s korozivním prostředím. Aby se zabránilo kontaktní korozi, jsou úchyty instalace odstraněny z lázně. Jako korozivní prostředí byl použit vodný roztok 3% NaCl + 0,1% H2O2.
Pro stanovení doby do porušení v závislosti na velikosti napětí byly vzorky umístěny do zařízení, ve kterém byla vytvořena síla odpovídající 1,2-0,4 konvenční meze kluzu. Získané výsledky jsou znázorněny na Obr. 28, 29, 30.

Pro všechny studované slitiny je tedy časová závislost „životnosti“ vzorků na napětí na vzduchu (tj. dlouhodobá pevnost při pokojové teplotě) v souřadnicích napětí - logaritmus doby do porušení vyjádřena přímkou, což je charakteristické pro většinu kovových materiálů: s rostoucím zatížením se zkracuje doba do zničení vzorků. Vztah mezi napětím a dobou lomu pro magnálie (AL28, AL8 a AL27-1) je však vyjádřen lomenou křivkou, sestávající ze dvou téměř přímých větví. Levá větev křivky ukazuje, že korozní odolnost těchto slitin pod napětím závisí do značné míry na úrovni napětí; zvýšení zatížení vede k prudkému snížení „životnosti“ vzorku. Při nižším zatížení mizí závislost doby do porušení na napětí, to znamená, že při těchto napětích nezávisí „životnost“ vzorků na úrovni napětí - pravá větev je přímka, téměř rovnoběžná s časovou osou . Zdá se, že pro tyto slitiny existuje limit nebo "prah" odolnosti proti korozi pod napětím.
Je třeba poznamenat, že mez korozní odolnosti slitiny AL28 pod napětím je významnou hodnotou, která se přibližně rovná podmíněné meze kluzu. Jak je známo, úroveň strukturálních napětí obvykle nepřesahuje mez kluzu, tj. lze předpokládat, že korozní praskání odlitků vyrobených z této slitiny je prakticky vyloučeno.
U slitiny AL8 nepřekračuje mezní hodnota odolnosti proti korozi při namáhání 8 kgf/mm2, což je přibližně 2krát méně než mez kluzu této slitiny a ukazuje na její nízkou odolnost proti korozi při namáhání.
Mez odolnosti slitiny AL27-1 proti korozi pod napětím lze považovat za rovnou její podmíněné meze kluzu. Slitina AL27-1, stejně jako slitina AL8, obsahuje asi 10 % Mg, avšak její dodatečné legování malým množstvím (0,05-0,15 %) berylia, titanu a zirkonia vede ke snížení její náchylnosti ke koroznímu praskání.
Studium náchylnosti ke koroznímu praskání vlivem tepla bylo provedeno za účelem stanovení teplot, při kterých jsou slitiny hliníku a hořčíku jakosti AL8, AL27-1 a AL28 schopny dlouhodobě udržet odolnost vůči korozi pod napětím. , jakož i stanovit přípustnost krátkodobého ohřevu dílů vyrobených z těchto slitin během procesu jejich výroby (např. při impregnaci, nanášení ochranných nátěrů apod.). Vzorky z těchto slitin byly podrobeny stárnutí při 70, 100, 125 a 150 °C od 1 do 1000 hodin v závislosti na teplotě ohřevu a poté testovány při napětí rovnajícím se 0,9-0,8 úrovně napětí, při kterém nedochází ke koroznímu praskání, definovaný pro výchozí stav.
Na Obr. Údaje z 31 ukazují, že odolnost proti korozi za napětí slitiny AL28 neklesá při dlouhodobém zahřátí na 100 °C a krátkodobé zahřátí na 150 °C je povoleno bez ztráty výkonu v korozivním prostředí.

Výsledky testování korozní odolnosti namáhaných slitin AL8 a AL27-1 podrobených předehřevu ukázaly, že použití dílů z těchto slitin při zvýšených teplotách v podmínkách koroze je prakticky nepřijatelné. Získané výsledky studia náchylnosti slitin hliníku a hořčíku AL8, AL27-1 ke koroznímu praskání jak ve stavu po dodání, tak po umělém stárnutí nám umožňují dospět k závěru, že jejich korozní chování při namáhání je dáno především stabilitou pevné látky. struktura řešení.
Porovnání odolnosti proti korozi za napětí slitin AL8 a AL27-1 obsahujících stejné množství hořčíku ukazuje, že slitina AL27-1, jejíž struktura je stabilizována dodatečným legováním, má vyšší odolnost proti korozi za napětí. Slitina AL28, obsahující 4,8-6,3 % pevného roztoku, jejíž stabilita je vyšší než u slitin s 10 % Mg, je odolnější vůči koroznímu praskání.

Otázka 1. Nakreslete fázový diagram systému hliník-měď. Popište interakci složek v kapalném a pevném stavu, naznačte strukturní složky ve všech oblastech fázového diagramu a vysvětlete podstatu změny vlastností slitin v daném systému pomocí Kurnakovových pravidel.

Nejdůležitější nečistotou v duralu je měď.

Fázový diagram slitin A1-Cu (obr. 1.) se vztahuje k fázovým diagramům typu III, kdy složky tvoří tuhý roztok s

omezená rozpustnost, snižující se s klesající teplotou. U slitin s fázovým diagramem tohoto typu je sekundární

krystalizace spojená s částečným rozkladem tuhého roztoku. Takové slitiny mohou být podrobeny tepelnému zpracování skupin III a IV, tj. kalení

Stavový diagram slitin hliníku a mědi.

a stárnutí.Z fázového diagramu A1 - Cu vyplývá, že nejvyšší rozpustnost mědi v hliníku je pozorována při 548°, kdy je

5,7 %; S klesající teplotou klesá rozpustnost mědi v hliníku a při pokojové teplotě je 0,5 %. Pokud jsou slitiny s obsahem mědi od 0,5 do 5,7 % podrobeny kalení s ohřevem nad teploty fázových přeměn (například nad bodem 5 na fázovém diagramu slitin A1 - Cu), slitina se přemění na homogenní pevnou látku. řešení a. Po zchlazení se pevný roztok ve slitině rozloží, doprovázený uvolněním přebytečné fáze s vysokým stupněm disperze. Takovou fází ve slitinách Al-Cu je tvrdá a křehká chemická sloučenina CuAl 2 .

K rozkladu přesyceného tuhého roztoku může dojít po dlouhou dobu, když je slitina udržována při pokojové teplotě (přirozené stárnutí) a rychleji při zvýšených teplotách (umělé stárnutí). V důsledku stárnutí se zvyšuje tvrdost a pevnost slitiny, zatímco tažnost a houževnatost klesá.

Podle teorie stárnutí, nejrozvinutější pomocí Kurnakovových pravidel, proces stárnutí ve slitinách probíhá v několika fázích. Vytvrzování slitin pozorované v důsledku stárnutí odpovídá době precipitace přebytečných fází ve vysoce disperzním stavu. Změny ve struktuře lze pozorovat pouze pomocí elektronového mikroskopu. Obvykle se tato fáze procesu vyskytuje u tvrzených slitin během přirozeného stárnutí. Zároveň se zvyšuje tvrdost a pevnost slitiny.

Při zahřívání vytvrzených slitin na relativně nízké teploty, různé pro různé slitiny (umělé stárnutí), nastává druhá fáze, spočívající ve zvětšování částic vysrážených fází. Tento proces lze pozorovat pomocí optického mikroskopu. Vznik zvětšených precipitátů zpevňujících fází v mikrostruktuře se shoduje s novou změnou vlastností - poklesem pevnosti a tvrdosti slitiny a zvýšením její plasticity a houževnatosti. Stárnutí je pozorováno pouze u slitin, které mají fázový diagram s omezenou rozpustností, která se snižuje s klesající teplotou. Protože tento typ diagramu má velké množství slitin, je jev stárnutí velmi běžný. Tepelné zpracování mnoha neželezných slitin - hliníku, mědi atd. je založeno na fenoménu stárnutí.

U slitin A1 - Cu diskutovaných výše tento proces probíhá následovně. Při přirozeném stárnutí ve vytvrzené slitině vznikají zóny (kotouče) se zvýšeným obsahem mědi. Tloušťka těchto zón, nazývaných Guinier-Prestonovy zóny, se rovná dvěma až třem atomovým vrstvám. Při zahřátí na 100° a více se tyto zóny přeměňují na tzv. fázi Ө, což je nestabilní alotropní modifikace chemické sloučeniny CuA1 2. Při teplotách nad 250° se 9" fáze přeměňuje na fázi Ө (CuA1 2). Dále dochází k vysrážení fáze Ө (CuA1 2). Slitina má největší tvrdost a pevnost v první fázi stárnutí.

V duralu třídy D1 se fáze Ө uvolňuje také během rozkladu tuhého roztoku a v duralu třídy D16 existuje několik takových fází.

Technologie tepelného zpracování dílů vyrobených z duralu spočívá v kalení, prováděném za účelem získání přesyceného tuhého roztoku, a přirozeném nebo umělém stárnutí. Pro kalení se díly zahřejí na 495° a ochladí se ve studené vodě.

Kalené díly podléhají přirozenému stárnutí tím, že jsou udržovány při pokojové teplotě. Po 4-7 dnech stárnutí získávají díly nejvyšší pevnost a tvrdost. Pevnost v tahu duralu třídy D1 v žíhaném stavu je tedy 25 kg/mm 2 , a jeho tvrdost je stejná N V = 45; po vytvrzení a přirozeném stárnutí je pevnost v tahu 40 kg/mm 2 , a tvrdost se zvýší na N PROTI = 100.

Čas potřebný k rozkladu tuhého roztoku lze zkrátit na několik hodin zahřátím tvrzeného duralu na 100 - 150 ◦ (umělé stárnutí), avšak hodnoty tvrdosti a pevnosti při umělém stárnutí jsou o něco nižší než při přirozeném stárnutí. stárnutí. Poněkud klesá i odolnost proti korozi. Duralové třídy D16 a D6 mají nejvyšší tvrdost a pevnost po kalení a stárnutí Duralové třídy DZP a D18 jsou slitiny se zvýšenou tažností.

Duraly jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích, zejména v konstrukci letadel, a to pro jejich nízkou měrnou hmotnost a vysoké mechanické vlastnosti po tepelném zpracování.

Při označování duralinů písmeno D znamená „duralumin“ a číslo je konvenční číslo slitiny.

2. STAV SCHÉMA ŽELEZO-UHLÍKOVÝCH SLItin

Slitiny železa a uhlíku jsou konvenčně klasifikovány jako dvousložkové slitiny. Jejich složení kromě hlavních složek – železa a uhlíku, obsahuje v malém množství běžné nečistoty – mangan, křemík, síru, fosfor a také plyny – dusík, kyslík, vodík a někdy i stopy některých dalších prvků. Železo a uhlík tvoří stabilní chemickou sloučeninu Fe 3 C (93,33 % Fe a 6,67 % C), nazývanou karbid železa nebo cementit. V používaných slitinách železo-uhlík (oceli, litiny) obsah uhlíku nepřesahuje 6,67 %, a proto jsou praktické slitiny železa s karbidem železa (systém Fe-Fe 3 C), ve kterých je druhou složkou cementit. důležitost.

Když je obsah uhlíku vyšší než 6,67 %, nebude ve slitinách žádné volné železo, protože všechno vstoupí do chemické kombinace s uhlíkem. V tomto případě budou složkami slitin karbid železa a uhlík; slitiny budou patřit do druhého systému Fe 3 C -C, který není dostatečně prozkoumán. Slitiny železo-uhlík s obsahem uhlíku nad 6,67 % jsou navíc velmi křehké a prakticky se nepoužívají.

Slitiny Velký praktický význam mají naopak Fe -Fe 3 C (s obsahem C do 6,67 %). Na Obr. Obrázek 2 ukazuje strukturní diagram stavu slitin Fe -Fe 3 C vynesený v souřadnicích teplota - koncentrace. Na svislé ose jsou teploty ohřevu slitin a na vodorovné ose je znázorněna koncentrace uhlíku v procentech. Levá ordináta odpovídá 100% obsahu železa a pravá ordináta odpovídá 6,67% obsahu uhlíku (nebo 100% koncentraci Fe 3 C).

Na pravé svislé ose je bod tání Fe3C, odpovídající 1550° (bod D na diagramu).

Vzhledem k tomu, že železo má modifikace, na levé ordinátě je kromě bodu tání železa 1535° (bod A na diagramu) jsou také vyneseny teploty alotropních přeměn železa: 1390° (bod N ) a 910° (bod G).

Pořadnice diagramu tedy odpovídají čistým složkám slitiny (železo a cementit) a mezi nimi jsou body odpovídající slitinám o různých koncentracích od 0 do 6,67 % C

Rýže. 2. Strukturní diagram stavu slitinFe - Fe 3 C .

Za určitých podmínek nemusí vznikat chemická sloučenina (cementit), což závisí na obsahu křemíku, manganu a dalších prvků a také na rychlosti ochlazování ingotů nebo odlitků. V tomto případě se uhlík uvolňuje ve slitinách ve volném stavu ve formě grafitu. V tomto případě nebudou existovat dva systémy slitin (Fe -Fe 3 C a Fe 3 C -C). Jsou nahrazeny jediným systémem slitiny Fe-C, který neobsahuje chemické sloučeniny.

2.1 Konstrukční součásti slitin železo-uhlík.

Mikroskopická analýza ukazuje, že ve slitinách železo-uhlík vzniká šest strukturních složek, a to: ferit, cementit, austenit a grafit, stejně jako perlit a ledeburit.

Ferit se nazývá pevný roztok interkalace uhlíku ve Fe a. Protože rozpustnost uhlíku ve Fe je nevýznamná, lze ferit považovat za téměř čisté Fe a. Ferit má kubickou mřížku centrovanou na tělo (BC). Pod mikroskopem má tato strukturní složka vzhled světlých zrn různé velikosti. Vlastnosti feritu jsou stejné jako u železa: je měkký a tažný, s pevností v tahu 25 kg/mm 2 , tvrdost N V = 80, relativní prodloužení 50 %. Plasticita feritu závisí na velikosti jeho zrna: čím jemnější je zrno, tím vyšší je jeho plasticita. Do 768° (Curieho bod) je ferimagnetický a nad ním je paramagnetický.

Cementit nazývaný karbid železa Fe3C. Cementit má složitou kosočtvercovou mřížku. Pod mikroskopem má tato strukturální složka vzhled destiček nebo zrn různých velikostí. Cementit je tvrdý (N V > 800 jednotek) a je křehký a jeho relativní prodloužení se blíží nule. Rozlišuje se cementit uvolněný při primární krystalizaci z kapalné slitiny (primární cementit nebo C 1) a cementit uvolněný z tuhého roztoku Y-austenitu (sekundární cementit nebo C 2). Navíc během rozkladu pevného roztoku a (oblast G.P.Q. na stavovém diagramu) vystupuje cementit, nazývaný na rozdíl od předchozích cementit terciární neboli C 3. Všechny formy cementitu mají stejnou krystalickou strukturu a vlastnosti, ale různou velikost částic – destiček nebo zrn. Největší jsou částice primárního cementitu a nejmenší částice primárního cementitu. Cementit je do 210° (Curieův bod) ferimagnetický a nad ním paramagnetický.

austenit se nazývá pevný roztok uhlíkové interkalace do Fe Y. Austenit má plošně centrovanou kubickou mřížku (K12). Tato strukturní složka má pod mikroskopem vzhled světlých zrn s charakteristickými dvojitými čarami (dvojčata). Tvrdost austenitu je N V = 220. Austenit je paramagnetický.

Grafit má volně zabalenou hexagonální mřížku s vrstveným uspořádáním atomů. Pod mikroskopem má tento konstrukční prvek podobu desek různých tvarů a velikostí v šedé litině, vločkovitý tvar u temperované litiny a kulovitý tvar u vysokopevnostní litiny. Mechanické vlastnosti grafitu jsou extrémně nízké.

Všechny čtyři uvedené strukturní složky jsou zároveň fázemi systému železo-uhlíkových slitin, protože jsou homogenní - pevné roztoky (ferit a austenit), chemická sloučenina (cementit) nebo elementární látka (grafit).

Strukturní složky ledeburitu a perlitu nejsou homogenní. Jsou to mechanické směsi se speciálními vlastnostmi (eutektické a eutektoidní).

Perlit nazývaná eutektoidní směs feritu a cementitu. Vzniká z austenitu při sekundární krystalizaci a obsahuje 0,8 % C. Teplota vzniku perlitu je 723°. Tato kritická teplota, pozorovaná pouze v oceli, se nazývá bod A±. Perlit může mít lamelární strukturu, kdy má cementit tvar desek, nebo zrnitou strukturu, kdy má cementit tvar zrn. Mechanické vlastnosti lamelárního a granulovaného perlitu jsou poněkud odlišné. Lamelový perlit má pevnost v tahu 82 kg/mm 2 , relativní tažnost 15%, tvrdost N PROTI = 190-^-230. Pevnost v tahu granulovaného perlitu je 63 kg/mm 2 , relativní tažnost 20 % a tvrdost R = 1,60-g-190.

ledeburit nazývaná eutektická směs austenitu a cementitu. Vzniká během procesu primární krystalizace při 1130°. Jedná se o nejnižší krystalizační teplotu v systému slitin železo-uhlík. Austenit, který je součástí ledeburitu, se při 723° přeměňuje na perlit. Proto při teplotách pod 723° a do pokojové teploty se ledeburit skládá ze směsi perlitu a cementitu. Je velmi těžký (N PROTI ^700) a křehké. Přítomnost ledeburitu je strukturálním znakem bílých litin. Mechanické vlastnosti slitin železa a uhlíku se liší v závislosti na počtu konstrukčních součástí, jejich tvaru, velikosti a umístění.

Strukturní diagram stavu Fe -Fe 3 C je komplexní diagram, neboť ve slitinách železo-uhlík dochází nejen k přeměnám spojeným s krystalizací, ale také k přeměnám v pevném stavu.

Hranicí mezi ocelí a bílou litinou je koncentrace uhlíku 2 % a strukturálním znakem je přítomnost nebo nepřítomnost ledeburitu. Slitiny s obsahem uhlíku menším než 2 % (které nemají ledeburit) se nazývají oceli a slitiny s obsahem uhlíku vyšším než 2 % (které mají ve své struktuře ledeburit) se nazývají bílá litina.

Podle koncentrace uhlíku a struktury oceli se litiny obvykle dělí do těchto strukturních skupin: podeutektoidní oceli (do 0,8 % C); struktura - ferit a perlit; eutektoidní ocel (0,8 % C); struktura - perlit;

hypereutektoidní oceli (nad 0,8 až 2 % C); struktura - perlit na sekundární cementit;

hypoeutektická bílá litina (nad 2 až 4,3 % C); struktura - ledeburit (dezintegrovaný), perlit a sekundární cementit;

eutektická bílá litina (4,3 % C); struktura - ledeburit;

hypereutektická bílá litina (nad 4,3 až 6,67 % C); struktura - ledeburit (dezintegrovaný) a primární cementit.

Toto rozdělení, jak je patrné z fázového diagramu Fe-Fe 3 C, odpovídá strukturnímu stavu těchto slitin pozorovanému při pokojové teplotě.

Otázka 3

Pro jemné frézování povrchu dílu vyrobeného z oceli 30KhGSA vyberte nástrojovou karbidovou slitinu. Uveďte charakteristiky, dešifrujte vybranou značku slitiny, popište strukturní znaky a vlastnosti slitiny.

Nástroje se dělí do tří skupin: řezací (frézy, vrtáky, frézy atd.), měřící (měřidla, kroužky, dlaždice atd.) a nástroje pro tváření kovů za tepla a za studena (razítka, rýsovací prkna atd.). V závislosti na typu nástrojů jsou požadavky na oceli pro jejich výrobu různé.

Hlavním požadavkem na oceli pro řezné nástroje je přítomnost vysoké tvrdosti, která neklesá při vysokých teplotách, které vznikají při zpracování kovů řezáním (červený odpor). Tvrdost pro kovoobráběcí nástroje by měla být R c = 60÷65. Kromě toho musí mít oceli pro řezné nástroje vysokou odolnost proti opotřebení, pevnost a uspokojivou houževnatost.

Pro výrobu řezných nástrojů se nejvíce používají rychlořezné oceli. Rychlořezná ocel je vícesložková slitina a patří do třídy karbidových (ledeburitových) ocelí. Kromě železa a uhlíku obsahuje jeho složení chrom, wolfram a vanad. Hlavním legujícím prvkem v rychlořezné oceli je wolfram. Nejpoužívanější (tabulka 3) jsou rychlořezné oceli jakosti P18 (18 % W) a P9 (9 % W).

Rychlořezná ocel získává vysokou tvrdost R C = 62 a červenou odolnost po tepelném zpracování, spočívajícím v kalení a opakovaném popouštění.

stůl 1

Chemické složení rychlořezné oceli

(podle GOST 5952-51)

třídy oceli
	C	W	Cr	PROTI	Mo
R 18	0,70 – 0,80	17,5 – 19,0	3,8 – 4,4	1,04 – 1,4	≤0,3
R 9	0,85 – 0,95	8,5 – 10,0	3,8 – 4,4	2,0 – 2,6	≤0,3

Obrázek 3 ukazuje graf tepelného zpracování rychlořezné oceli R18.

Vybrali jsme ji jako nástrojový stupeň pro čisté frézování, protože... Tato třída oceli nám vyhovuje svými vlastnostmi.

Tepelné zpracování rychlořezné oceli má řadu vlastností, které jsou dány jejím chemickým složením. Ohřev rychlořezné oceli při kalení se provádí na vysokou teplotu (1260-1280°), nutnou k rozpuštění karbidů chrómu, wolframu a vanadu v austenitu. Až 800-850° ohřev se provádí pomalu, aby se zabránilo velkým vnitřním pnutím v oceli kvůli její nízké tepelné vodivosti a křehkosti, poté se provádí rychlý ohřev na 1260-1280°, aby se zabránilo růstu austenitového zrna a oduhličení . Chlazení rychlořezné oceli se provádí v oleji. Široce se používá také stupňovité kalení rychlořezné oceli v solích při teplotě 500-550°.

Struktura rychlořezné oceli po kalení se skládá z martenzitu (54 %), karbidů (16 %) a zbytkového austenitu (30 %). Rychlořezná ocel je po kalení podrobena opakovanému popouštění při 560°. Obvykle se popouštění provádí třikrát s dobou zdržení 1 hodinu, aby se snížilo množství zadrženého austenitu a zvýšila tvrdost oceli. Během expozice při popouštěcí teplotě se z austenitu uvolňují karbidy a po ochlazení se austenit přemění na martenzit. Jako by došlo k druhotnému zpevnění. Struktura rychlořezné oceli po popouštění je zušlechtěný martenzit, vysoce disperzní karbidy a malé množství zbytkového austenitu. Pro další snížení množství zadrženého austenitu se rychlořezné oceli podrobují zpracování za studena, které se provádí před popouštěním. Použití nízkoteplotní kyanidace je velmi účinné pro zvýšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení.

Rychlořezné oceli jsou široce používány pro výrobu různých řezných nástrojů; Nástroje vyrobené z těchto ocelí pracují při řezných rychlostech, které jsou 3-4krát vyšší než řezné rychlosti nástrojů vyrobených z uhlíkových ocelí, a zachovávají si řezné vlastnosti při zahřátí během procesu řezání až na 600º - 620º.

Otázka. 4 Vyberte nejracionálnější a nejhospodárnější jakost oceli pro výrobu pružiny, která by po tepelném zpracování měla získat vysokou elasticitu a tvrdost minimálně 44 ... 45 HRC E. Uveďte charakteristiku, uveďte složení oceli, vyberte a odůvodnit režim tepelného zpracování. Popište a načrtněte mikrostrukturu a vlastnosti oceli po tepelném zpracování.

Pružiny slouží k akumulaci energie (pružinové motory), k tlumení a tlumení rázů, ke kompenzaci tepelné roztažnosti v mechanismech ventilového rozvodu apod. Deformace pružiny se může projevit v podobě jejího natažení, stlačení, ohnutí nebo zkroucení.

Vztah mezi silou P a deformací pružiny F se nazývá charakteristika pružiny.

Dle příručky konstruktéra – strojírenství, autor. Anuriev. V.I., vybíráme nejracionálnější a nejhospodárnější jakost oceli:

Ocel - 65G(manganová ocel), mající elasticitu a tvrdost rovnou 42...48 HRC E. podle Requel. Tepelné zpracování oceli: teplota kalení - 830 º C, (olejové médium), popouštění - 480 º C. Pevnost v tahu (δ B) - 100 kg/mm 2, mez kluzu (δ t) - 85 kg/mm 2, relativní prodloužení (δ 5) – 7 %, relativní zúžení (ψ) – 25 %.

Charakteristika – vysoce kvalitní pružinová ocel s obsahem P – S maximálně 0,025 %. Rozděleno do 2 kategorií: 1 – dekarbonizovaná vrstva, 2 – s normalizovanou dekarbonizovanou vrstvou

Otázka 5. Slitina AK4-1 byla použita k výrobě disků kompresoru leteckých motorů. Uveďte popis, uveďte složení a charakteristiky mechanických vlastností slitiny, způsob a charakter kalení slitiny, způsoby ochrany proti korozi.

AK4-1 je slitina na bázi hliníku, zpracovaná do výrobku deformací, zpevněná tepelným zpracováním a tepelně odolná.

Složení slitiny: Mg – 1,4…1,8 %. Cu – 1,9…2,5 %. Fe – 0,8…1,3 %. Ni – 0,8…1,3 %. Ti – 0,02…0,1 %, nečistoty do 0,83 %. Pevnost slitiny v tahu je 430 MPa, mez kluzu 0,2 - 280 MPa.

Legováno železem, niklem, mědí a dalšími prvky tvořícími zpevňující fáze

Otázka 6. Ekonomické předpoklady pro použití nekovových materiálů v průmyslu. Popište skupiny a vlastnosti plynem plněných plastů, uveďte příklady z každé skupiny, jejich vlastnosti a rozsah použití v leteckých konstrukcích.

V poslední době se jako konstrukční materiály stále častěji používají nekovové polymerní materiály. Hlavním rysem polymerů je to, že mají řadu vlastností, které nejsou vlastní kovům, a mohou sloužit jako dobrý doplněk ke kovovým konstrukčním materiálům nebo být jejich náhradou, a rozmanitost fyzikálně-chemických a mechanických vlastností, které jsou vlastní různým typům plastů a předurčuje snadné zpracování na produkty Široce používané ve všech odvětvích strojírenství, výrobě přístrojů, výrobě přístrojů a každodenním životě. Plastové hmoty se vyznačují nízkou měrnou hmotností (od 0,05 do 2,0 g/cm 3 ), mají vysoké izolační vlastnosti, dobře odolávají korozi, mají široký rozsah koeficientů tření a vysokou odolnost proti oděru.

Pokud je nutné získat výrobky, které mají antikorozní odolnost, odolnost proti kyselinám, provozní nehlučnost a zároveň zajišťují lehkost konstrukce, mohou plastové hmoty sloužit jako náhrada za železné kovy. Vzhledem k průhlednosti a vysokým plastickým vlastnostem některých druhů plastů jsou široce používány pro výrobu bezpečnostních skel pro automobilový průmysl. Při výrobě výrobků s vysokými elektroizolačními vlastnostmi plasty nahrazují a vytlačují vysokonapěťový porcelán, slídu, ebonit a další materiály. A konečně, propustnost páry, benzínu a plynu, stejně jako vysoká odolnost proti vodě a světlu s dobrým vzhledem, zajišťují široké použití plastů v řadě průmyslových odvětví.

Z plastů se vyrábí ložiskové vložky, separátory, tiché převody, lopatky ventilátorů, lopatky praček a mixérů, rádiová zařízení, pouzdra na rádia a hodinky, elektrozařízení, rozdělovače, brusné kotouče, voděodolné a dekorační látky a různé figurativní spotřební zboží.

Pěnové plasty Jsou to lehké plynem plněné plasty na bázi syntetických pryskyřic. Pěnové plasty se dělí do dvou skupin: 1 - materiály s propojenými póry - houby (hustota menší než 300 kg/m3), 2 - materiály s izolovanými póry - pěny (hustota větší než 300 kg/m3).

Vlastnosti pěnových plastů jsou velmi rozmanité: některé mají tvrdost, jako sklo, jiné mají elasticitu, jako pryž. Všechny pěnové plasty se dobře hodí k mechanickému zpracování truhlářskými nástroji, v zahřátém stavu se snadno lisují na výrobky složitých tvarů a lepí se dohromady. V leteckém průmyslu se pěnové plasty používají jako výplň mezi dvěma pláštěmi za účelem zvýšení tuhosti a pevnosti konstrukce a také jako tepelně a zvukově izolační materiál.

Cíl práce: studium diagramů fázových rovnováh a fázových přeměn v binárních slitinách hliníku s dalšími prvky.

Potřebné vybavení, přístroje, nástroje, materiály: muflové pece, tvrdoměr TK-2M, vzorky duralu, stojan „Mikrostruktury neželezných slitin“, metalografický mikroskop.

Teoretické informace

Hliník je základní kov široce používaný při výrobě různých hliníkových slitin.

Barva hliníku je stříbřitě bílá se zvláštním matným nádechem. Hliník krystalizuje v prostorové mřížce plošně centrované krychle, nebyly v ní detekovány žádné alotropní přeměny.

Hliník má nízkou hustotu (2,7 g/cm3), vysokou elektrickou vodivost (asi 60 % elektrické vodivosti čisté mědi) a významnou tepelnou vodivost.

V důsledku oxidace hliníku vzdušným kyslíkem se na jeho povrchu vytvoří ochranný oxidový film. Přítomnost tohoto filmu vysvětluje vysokou odolnost hliníku a mnoha hliníkových slitin proti korozi.

Hliník je za normálních atmosférických podmínek a proti působení koncentrované (90-98%) kyseliny dusičné poměrně odolný, ale působením většiny ostatních minerálních kyselin (sírová, chlorovodíková), ale i alkálií je snadno zničitelný. Má vysokou tažnost za studena i za tepla, dobře se svařuje plynovým a odporovým svařováním, ale špatně se zpracovává řezáním a má nízké licí vlastnosti.

Pro válcovaný a žíhaný hliník jsou charakteristické následující mechanické vlastnosti:  PROTI= 80-100 MPa,  = 35-40 %, NV = 250...300 MPa.

Při zpracování za studena se zvyšuje pevnost hliníku a snižuje se tažnost. Podle toho se podle stupně deformace rozlišuje hliník žíhaný (AD-M), poloza studena (AD-P) a za studena (AD-N). Žíhání hliníku k odstranění kalení se provádí při 350…410 С.

Čistý hliník má různé využití. Polotovary jsou vyráběny z technického hliníku AD1 a AD, obsahující minimálně 99,3 a 98,8 % Al, - plechy, trubky, profily, dráty na nýty.

V elektrotechnice hliník slouží jako náhrada dražší a těžší mědi při výrobě vodičů, kabelů, kondenzátorů, usměrňovačů atd.

Nejdůležitější prvky zaváděné do hliníkových slitin jsou měď, křemík, hořčík a zinek.

Hliník a měď tvoří pevné roztoky různé koncentrace. Při teplotě 0 °C je rozpustnost mědi v hliníku 0,3 % a při eutektické teplotě 548 °C se zvyšuje na 5,6 %. Hliník a měď v poměru 46:54 tvoří stabilní chemickou sloučeninu CuAl 2.

Uvažujme stav slitin hliníku a mědi v závislosti na jejich složení a teplotě (obr. 1). Čára CDE v diagramu je čára likvidu a čára CNDF je čára solidu. Horizontální řez NDF solidus linie se také nazývá eutektická linie.

Čára MN ukazuje teplotně proměnnou rozpustnost mědi v hliníku. V důsledku toho je čára MN hranicí mezi nenasycenými pevnými roztoky a nasycenými roztoky. Proto se tato čára často také nazývá čára mezní rozpustnosti.

V oblasti I bude jakákoliv slitina homogenním kapalným roztokem hliníku a mědi, tj. AlCu.

R
je. 1. Stavový diagram soustavy Al–CuAl 2

V oblastech II a III budou slitiny částečně v kapalném a částečně v pevném stavu.

V oblasti II bude pevnou fází pevný roztok mědi v hliníku a kapalnou fází bude kapalný roztok hliníku a mědi, tzn. Al(Cu) + (Al Cu), pokud souhlasíme s označením tuhého roztoku omezené rozpustnosti mědi v hliníku jako Al(Cu).

V oblasti III bude kapalnou fází rovněž kapalný roztok hliníku a mědi a pevnou fází sloučenina kovu CuAl 2, tzn.
+ (Al Cu). Index „I“ (primární) ukazuje, že CuAl 2 vznikl během krystalizace z kapalného stavu.

V jiných oblastech budou mít plně ztuhlé slitiny následující strukturu:

V oblasti IV je homogenní tuhý roztok mědi v hliníku, tj. Al(Cu);

V oblasti V – tuhý roztok mědi v hliníku a sekundární
;

V oblasti VI - tuhý roztok mědi v hliníku, sekundární CuAl 2 a eutektikum, tj. Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

V oblasti VII - primární CuAl 2 a eutektické, tzn.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Eutektikum těchto slitin je speciální mechanická směs střídajících se drobných krystalků tuhého roztoku mědi v hliníku a sloučeniny kovu CuAl 2, tzn. Al(Cu) + CuAl 2 .

Všechny slitiny systému Al – CuAl 2 lze rozdělit do čtyř skupin podle struktury a koncentrace:

Skupina 1 obsahuje měď od 0 do 0,3 %;

Skupina 2 obsahuje měď od 0,3 do 5,6 %;

Skupina 3 obsahuje měď od 5,6 do 33,8 %;

Skupina 4 obsahuje měď od 33,8 do 54 %.

Uvažujme strukturu slitin systému Al – CuAl 2 .

Na Obr. 2, A ukazuje strukturu slitiny první skupiny, sestávající ze zrn tuhého roztoku mědi v hliníku. Struktura slitiny druhé skupiny je znázorněna na Obr. 2, b: jsou viditelná zrnka tuhého roztoku mědi v hliníku a krystaly sekundárního CuAl 2,

Struktura hypoeutektické slitiny (tuhý roztok mědi v hliníku, krystaly sekundárního CuAl 2 a eutektika) je na Obr. 2, PROTI. Struktura eutektické slitiny - eutektika, skládající se z drobných krystalků tuhého roztoku mědi v hliníku a CuAl 2 je znázorněna na Obr. 2, G. Na Obr. 2, d Je znázorněna struktura hypereutektické slitiny sestávající z primárních krystalů CuAl 2 a eutektika.

Ve slitinách obsahujících eutektikum může být obsah mědi určen jejich strukturou. V tomto případě je však nutné vzít v úvahu množství mědi přítomné v eutektiku a v tuhém roztoku. Například v hypoeutektické slitině obsahující 30 % eutektického a 70 % pevného roztoku je množství mědi v eutektickém

a v tuhém roztoku

Zkoumaná slitina tedy obsahuje k x + k y = 14,06 % mědi, což odpovídá bodu A, který leží na ose x stavového diagramu systému Al – CuAl 2 (obr. 1).

Při stanovení složení hypereutektických slitin se vypočítá množství mědi přítomné v eutektiku a v chemické sloučenině
. Součet těchto množství bude odpovídat obsahu mědi v hypereutektické slitině. Chemická sloučenina CuAl 2 je velmi tvrdá a křehká.

Duraly se používají k výrobě dílů a konstrukčních prvků střední a vysoké pevnosti (  PROTI= 420...520 MPa), vyžadující trvanlivost při proměnlivém zatížení stavebních konstrukcí.

Dural se používá k výrobě potahů, rámů, podélníků a nosníků letadel, nosných rámů a nástaveb nákladních automobilů atd.

Slitiny Al a Si se nazývají siluminy. Mají dobré odlévací vlastnosti a obsahují 4...13 % Si. Z fázového diagramu těchto slitin (obr. 3) vyplývá, že siluminy jsou hypoeutektické nebo eutektické slitiny obsahující ve struktuře významná množství eutektika.

Při lití za normálních podmínek však tyto slitiny získávají nevyhovující strukturu, protože eutektikum se ukazuje jako hrubě lamelární s velkými vměstky křehkého křemíku, což dává slitinám nízké mechanické vlastnosti.

Na Obr. 4, A Je prezentována struktura siluminu třídy AL2 obsahujícího 11...13 % Si. V souladu se stavovým diagramem má slitina hliníku a křemíku tohoto složení eutektickou strukturu. Eutektikum se skládá z  -pevný roztok křemíku v hliníku (světlé pozadí) a jehlovité velké a křehké krystaly křemíku. Jehlovité uvolňování částic křemíku vytváří vnitřní ostré řezy v tvárném hliníku a vedou k předčasnému selhání při zatížení.

Rýže. 3. Stavový diagram systému Al–Si

Rýže. 4. Silumin: A– před modifikací hrubojehlové eutektické (Al-Si) a precipitace primárního křemíku; b– po úpravě jemné eutektikum

(Al-Si) a dendrity tuhého roztoku křemíku a dalších prvků v hliníku

Zavedení modifikátoru mění povahu krystalizace. Čáry fázového diagramu se posunou tak, že slitina s 11...13 % křemíku se stává hypoeutektickou.

Ve struktuře se objevují nadměrná světlá zrna  -pevný roztok (obr. 4, b).

Modifikátor mění tvar částic křemíku: místo jehličkovitých vypadávají malé rovnoosé, které při zatížení nevytvářejí nebezpečné koncentrace napětí.

V důsledku modifikace se pevnost v tahu těchto slitin zvyšuje ze 130 na 160 MPa a relativní prodloužení z 2 na 4 %.

Tlakově zpracované slitiny obsahují méně než 1 % křemíku. Ve slitinách hliníku obsahujících hořčík se s ním váže křemík na stabilní sloučeninu kovu Mg 2 Si; s hliníkem tvoří fázový diagram eutektického typu s omezenými tuhými roztoky (obr. 5).

Sloučenina Mg 2 Si se vyznačuje vysokou tvrdostí, její proměnná rozpustnost v hliníku umožňuje dosáhnout výrazného vytvrzení při tepelném zpracování.

V elektrotechnice se používají hliníkové slitiny jako Aldrey, legované hořčíkem a křemíkem. Když kalené slitiny stárnou, Mg 2 Si vypadává z tuhého roztoku a zpevňuje jej. V důsledku této úpravy je možné získat pevnost v tahu až 350 MPa s relativním prodloužením 10-15%. Je významné, že elektrická vodivost takové slitiny je 85 % elektrické vodivosti vodivého hliníku. To je způsobeno tím, že Mg 2 Si je z tuhého roztoku během stárnutí téměř úplně odstraněn a slitina se skládá z čistého hliníku a zpevňující fáze (Mg 2 Si).

R
je. 6. Stavový diagram systému Al–Mg

Hořčík tvoří pevné roztoky s hliníkem, stejně jako  -fáze na bázi sloučeniny Mg2Al3. Většina hliníkových slitin neobsahuje více než 3 % hořčíku, ale v některých litých slitinách, jako je hořčík, jeho obsah dosahuje 12 %.

Jak je vidět z Obr. 6, eutektikum vzniká ve slitinách hliníku s hořčíkem. Rozpustnost hořčíku v hliníku se velmi mění s teplotou.

Příkladem je slitina AL8. V litém stavu má strukturu tvořenou zrny tuhého roztoku hořčíku v hliníku a vměstky křehké sloučeniny Al 3 Mg 2.

Po odlití se provádí homogenizace při teplotě 430 °C po dobu 15...20 hodin s následným ochlazením v oleji.

Během procesu homogenizace přecházejí inkluze Al 3 Mg 2 zcela do tuhého roztoku. Vytvrzená slitina získá dostatečnou pevnost (  PROTI= 300 MPa) a větší tažnost. Zároveň slitina získává vysokou odolnost proti korozi. Stárnutí slitiny AL8 je škodlivé: tažnost prudce klesá a odolnost proti korozi se zhoršuje.

Zinek se přidává do některých vysoce pevných hliníkových slitin v množství až 9 %. V binárních slitinách s hliníkem při teplotách nad 250 °C je zinek (v těchto mezích) v tuhém roztoku (obr. 7).

Rýže. 7. Stavový diagram systému Al–Zn

Všechny vysoce pevné slitiny mají složité chemické složení. Slitina B95 tedy obsahuje 6 % Zn, 2,3 % Mg, 1,7 % Cu, 0,4 % Mn a 0,15 % Cr. Zinek, hořčík a měď tvoří pevné roztoky a sloučeniny kovů s hliníkem MgZn 2, Al 2 CuMg - S-fáze, Mg 4 Zn 3 Al 3 - T-fáze. Při zahřívání se tyto kovové sloučeniny rozpouštějí na hliník.

Například při teplotě 475 ºС se rozpustnost MgZn 2 v hliníku zvýší na 18 % (obr. 8).

Po vytvrzení a umělém stárnutí má slitina B95  PROTI= 600 MPa,  = 12 %. Mangan a chrom zvyšují účinek stárnutí a zvyšují odolnost slitiny vůči korozi.

(hmotn.)

Rýže. 8. Stavový diagram soustavy Al–MgZn 2

Bezpečnostní předpisy

1. Při přípravě mikrořezů dodržujte všechna opatření a bezpečnostní pravidla.

2. Při broušení mikrořezů byste měli vzorek chladit častěji, abyste si nepopálili prsty.

3. Při leptání tenkých částí používejte gumové rukavice.

4. Při studiu struktury slitiny na mikroskopu byste se měli ujistit, že je spolehlivě uzemněna.

5. Měli byste používat pouze opravitelné nástroje a vybavení.

Zakázka

1. Prostudujte si stavový diagram hliníkových slitin.

2. Uveďte charakteristiky dané slitiny (struktura, fázové přeměny, složení, vlastnosti, rozsah použití).

3. Nakreslete strukturu studované slitiny.

Náčrty mikrostruktur studovaných slitin indikující fáze a strukturní složky.

Kopírování diagramu fázové rovnováhy určeného učitelem.

U slitiny daného složení popis všech fázových přeměn při ohřevu nebo ochlazování a stanovení chemického složení fází.

Kontrolní otázky

Proč je odolnost proti korozi mnoha hliníkových slitin nižší než u čistého hliníku?

Je možné určit typ slitiny podle mikrostruktury slitiny - litá nebo tvářená?

Jaká je struktura tvářených hliníkových slitin, které nelze zpevnit tepelným zpracováním?

Jak se dosahuje zpevnění jednofázových hliníkových slitin?

Jaké je zpevňovací tepelné zpracování dvoufázových hliníkových slitin?

K čemu slouží kalení duralu?

Jaké jsou hlavní mechanické vlastnosti duralu?

Jaké slitiny se nazývají siluminy?

Jaká je specifická pevnost hliníkových slitin?

Hlavní legující prvky ve slitinách hliníku.

Cíl práce: studium diagramů fázových rovnováh a fázových přeměn v binárních slitinách hliníku s dalšími prvky.

Potřebné vybavení, přístroje, nástroje, materiály: muflové pece, tvrdoměr TK-2M, vzorky duralu, stojan „Mikrostruktury neželezných slitin“, metalografický mikroskop.

Stručné teoretické informace

Hliník je základní kov široce používaný při výrobě různých hliníkových slitin.

Hliník má nízkou hustotu (2,7 g/cm3), vysokou elektrickou vodivost (asi 60 % elektrické vodivosti čisté mědi) a významnou tepelnou vodivost.

Pro válcovaný a žíhaný hliník jsou charakteristické následující mechanické vlastnosti:  PROTI= 80-100 MPa,  = 35-40 %, NV= 250...300 MPa.

Při zpracování za studena se zvyšuje pevnost hliníku a snižuje se tažnost. Podle stupně deformace se rozlišuje hliník žíhaný (AD-M), poloza studena (AD-P) a za studena (AD-N). Žíhání hliníku k odstranění kalení se provádí při 350…410 С.

Čistý hliník má různé využití. Polotovary jsou vyráběny z technického hliníku AD1 a AD, obsahující minimálně 99,3 a 98,8 % Al, - plechy, trubky, profily, dráty na nýty.

V elektrotechnice hliník slouží jako náhrada dražší a těžší mědi při výrobě vodičů, kabelů, kondenzátorů, usměrňovačů atd.

Nejdůležitější prvky zaváděné do hliníkových slitin jsou měď, křemík, hořčík a zinek.

V oblasti I bude jakákoliv slitina homogenním kapalným roztokem hliníku a mědi, tj. AlCu.

Rýže. 1. Stavový diagram soustavy Al–CuAl 2

V oblastech II a III budou slitiny částečně v kapalném a částečně v pevném stavu.

V jiných oblastech budou mít plně ztuhlé slitiny následující strukturu:

V oblasti IV je homogenní tuhý roztok mědi v hliníku, tj. Al(Cu);

V oblasti V – tuhý roztok mědi v hliníku a sekundární
;

V oblasti VI - tuhý roztok mědi v hliníku, sekundární CuAl 2 a eutektikum, tj. Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

V oblasti VII - primární CuAl 2 a eutektické, tzn.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Eutektikum těchto slitin je speciální mechanická směs střídajících se drobných krystalků tuhého roztoku mědi v hliníku a sloučeniny kovu CuAl 2, tzn. Al(Cu) + CuAl 2 .

Všechny slitiny systému Al – CuAl 2 lze rozdělit do čtyř skupin podle struktury a koncentrace:

Skupina 1 obsahuje měď od 0 do 0,3 %;

Skupina 2 obsahuje měď od 0,3 do 5,6 %;

Skupina 3 obsahuje měď od 5,6 do 33,8 %;

Skupina 4 obsahuje měď od 33,8 do 54 %.

Uvažujme strukturu slitin systému Al – CuAl 2 . Na Obr. 2, A ukazuje strukturu slitiny první skupiny, sestávající ze zrn tuhého roztoku mědi v hliníku. Struktura slitiny druhé skupiny je znázorněna na Obr. 2, b: jsou viditelná zrnka tuhého roztoku mědi v hliníku a krystaly sekundárního CuAl 2,

a v tuhém roztoku

V důsledku toho studovaná slitina obsahuje

k x + k y = 14,06 % mědi,

což odpovídá bodu A, který leží na ose x stavového diagramu soustavy Al – CuAl 2 (obr. 1).

V technologii se používají především slitiny hliníku obsahující 2...5 % mědi, nazývané dural. Dobře se opracovávají tlakem a po tepelném zpracování a kalení za studena mají vysoké mechanické vlastnosti. Duraly se používají k výrobě dílů a konstrukčních prvků střední a vysoké pevnosti (  PROTI= 420...520 MPa), vyžadující trvanlivost při proměnlivém zatížení stavebních konstrukcí. Dural se používá k výrobě potahů, rámů, podélníků a nosníků letadel, nosných rámů a nástaveb nákladních automobilů atd.

Rýže. 3. Stavový diagram systému Al–Si

Rýže. 4. Silumin: A– před modifikací hrubojehlové eutektické (Al-Si) a precipitace primárního křemíku; b– po úpravě jemné eutektikum

(Al-Si) a dendrity tuhého roztoku křemíku a dalších prvků v hliníku

Zavedení modifikátoru mění povahu krystalizace. Čáry fázového diagramu se posunou tak, že slitina s 11...13 % křemíku se stává hypoeutektickou. Ve struktuře se objevují nadměrná světlá zrna  -pevný roztok (obr. 4, b). Modifikátor mění tvar částic křemíku: místo jehličkovitých vypadávají malé rovnoosé, které při zatížení nevytvářejí nebezpečné koncentrace napětí.

V důsledku modifikace se pevnost v tahu těchto slitin zvyšuje ze 130 na 160 MPa a relativní prodloužení z 2 na 4 %.

Tlakově zpracované slitiny obsahují méně než 1 % křemíku. Ve slitinách hliníku obsahujících hořčík se s ním váže křemík na stabilní sloučeninu kovu Mg 2 Si; tvoří s hliníkem fázový diagram eutektického typu s omezenými pevnými roztoky ( rýže. 5).

Sloučenina Mg 2 Si se vyznačuje vysokou tvrdostí, její proměnná rozpustnost v hliníku umožňuje dosáhnout výrazného vytvrzení při tepelném zpracování.

R
je. 6. Stavový diagram systému Al–Mg

Jak je vidět z Obr. 6, eutektikum vzniká ve slitinách hliníku s hořčíkem. Rozpustnost hořčíku v hliníku se velmi mění s teplotou. Příkladem je slitina AL8. V litém stavu má strukturu tvořenou zrny tuhého roztoku hořčíku v hliníku a vměstky křehké sloučeniny Al 3 Mg 2. Po odlití se provádí homogenizace při teplotě 430 °C po dobu 15...20 hodin s následným ochlazením v oleji.

Rýže. 7. Stavový diagram systému Al–Zn

Například při teplotě 475 ºС se rozpustnost MgZn 2 v hliníku zvýší na 18 % (obr. 8).

Po vytvrzení a umělém stárnutí má slitina B95  PROTI= 600 MPa,  = 12 %. Mangan a chrom zvyšují účinek stárnutí a zvyšují odolnost slitiny vůči korozi.

(hmotn.)

Rýže. 8. Stavový diagram soustavy Al–MgZn 2

Bezpečnostní předpisy

Zakázka

Náčrty mikrostruktur studovaných slitin indikující fáze a strukturní složky.

Kopírování diagramu fázové rovnováhy určeného učitelem.

U slitiny daného složení popis všech fázových přeměn při ohřevu nebo ochlazování a stanovení chemického složení fází.

Kontrolní otázky

Proč je odolnost proti korozi mnoha hliníkových slitin nižší než u čistého hliníku?

Je možné určit typ slitiny podle mikrostruktury slitiny - litá nebo tvářená?

Jaká je struktura tvářených hliníkových slitin, které nelze zpevnit tepelným zpracováním?

Jak se dosahuje zpevnění jednofázových hliníkových slitin?

Jaké je zpevňovací tepelné zpracování dvoufázových hliníkových slitin?

K čemu slouží kalení duralu?

Jaké jsou hlavní mechanické vlastnosti duralu?

Jaké slitiny se nazývají siluminy?

Jaká je specifická pevnost hliníkových slitin?

Hlavní legující prvky ve slitinách hliníku.

Mezi slitiny systému Al-Mg patří velká skupina slitin široce používaných v průmyslu: AMg0,5; ; ; ; ; ; . Vyrábějí se z nich téměř všechny druhy polotovarů: plechy, desky, výkovky, výlisky, výlisky (tyče, profily, panely, trubky) a drát. Všechny slitiny uvažované skupiny jsou dobře svařovány všemi druhy svařování.

Polotovary z těchto slitin mají relativně vysokou úroveň pevnostních charakteristik ve srovnání s jinými tepelně netvrditelnými slitinami. Minimální hodnoty meze kluzu pro plechový materiál (tloušťka ~2 mm) v žíhaném stavu pro uvedené řady slitin jsou tedy 30, 40, 80, 100, 120,150 a 160 MPa. Pevnost v tahu je obvykle dvojnásobkem meze kluzu, což ukazuje na relativně vysokou tažnost těchto slitin. Poměrně rychle však tvrdnou, což negativně ovlivňuje jejich technologickou tažnost. Ten se výrazně snižuje se zvyšující se koncentrací hořčíku. Proto lze slitiny s obsahem hořčíku vyšším než 4,5 % klasifikovat jako „polotvrdé“ a dokonce „tvrdé“ slitiny.

Negativní role zvýšeného obsahu hořčíku je výraznější při výrobě lisovaných výrobků. Slitiny s vysokým obsahem hořčíku jsou lisovány při nízkých rychlostech (desetikrát nižších než např. některé slitiny systému Al-Zn-Mg nebo Al-Mg-Si), což výrazně snižuje produktivitu lisoven. Výroba válcovaných polotovarů ze slitiny AMg6 je pracný proces. Proto se v poslední době začal vysoce legovaný hořčík nahrazovat technologicky vyspělejšími slitinami, např. slitinami na bázi systému Al-Zn-Mg (1935, 1915, 1911), které v pevnostních vlastnostech výrazně převyšují slitinu AMg6 (zejména v mez kluzu) a nejsou horší v mnoha korozních charakteristikách.

Nízkolegovaný hořčík s obsahem hořčíku do 3 % najde ještě širší využití díky vysoké odolnosti proti korozi a tažnosti. Podle fázového diagramu slitin Al-Mg se při eutektické teplotě rozpouští v hliníku 17,4 % Mg. S klesající teplotou tato rozpustnost prudce klesá a při pokojové teplotě je přibližně 1,4 %.

Slitiny s vysokým obsahem hořčíku mají tedy za normálních podmínek přesycení tohoto prvku (v závislosti na jakosti slitiny), a proto by měly vykazovat účinek stárnutí. Strukturální změny, ke kterým dochází u těchto slitin při rozkladu tuhého roztoku, však nemají prakticky žádný vliv na úroveň pevnostních charakteristik a zároveň prudce mění korozní odolnost polotovarů. Důvod tohoto anomálního chování spočívá v povaze rozkladu pevného roztoku a fázovém složení sraženin. Protože u slitin Al-Mg je horní teplotní limit pro tvorbu GP zón (resp. kritická teplota rozpustnosti GP zón - t K) výrazně nižší než pokojová teplota, dochází k rozkladu tuhého roztoku heterogenním mechanismem s vznik přechodové (B') a rovnovážné (B-Mg 2 Al3) fáze. Tyto precipitáty nukleují heterogenně na rozhraních (zrna, intermetalické částice atd.), stejně jako dislokace, a proto je jejich podíl na procesu tuhnutí malý a je zcela kompenzován stupněm měknutí způsobeného poklesem koncentrace hořčíku v pevný roztok. Z tohoto důvodu není v praxi pozorován vliv zpevnění slitin této skupiny při rozkladu tuhého roztoku při přirozeném nebo umělém stárnutí nebo za různých podmínek žíhání.

Fáze B v neutrálním vodném roztoku chloridů (3% NaCl) má negativní korozní potenciál rovný - 0,930 V. Ve stejném roztoku, ale při nižších hodnotách pH, tedy v kyselém prostředí, je rozdíl potenciálů mezi fází a tuhého roztoku sice ubývá, ale zůstává dosti velké: (-0,864 V) - - (-0,526 V) = 0,338 V. A naopak v alkalickém prostředí (3 % NaCl + 1 % NaOH) hliník a slitiny hliníku obsahující 1 -9 % Mg , se stávají zápornějšími než B-fáze a potenciální rozdíl pro extrémní hodnoty uvedené oblasti koncentrace hořčíku je +0,24 a +0,18 V. Uvažované rysy změn v elektrochemickém charakteristiky jednotlivých konstrukčních složek slitin A1-Mg v závislosti na vnějším prostředí jsou a určují především odolnost těchto slitin MKK, RSK a KR.

Z výše uvedeného vyplývá, že slitiny s obsahem hořčíku vyšším než 1,4 % mohou být potenciálně citlivé na jeden, dva nebo všechny výše uvedené typy koroze. Rozsáhlé zkušenosti s provozními konstrukcemi a četné experimenty však ukazují, že prakticky slitiny s koncentrací hořčíku nepřesahující 3,5 % (AMrl, AMg2 a částečně AMg3) nevykazují citlivost na RS a RSC (obr. 56).

Studie elektronového mikroskopu ukazují, že je to způsobeno diskrétní distribucí částic B fáze podél hranic zrn v důsledku nízkého přesycení pevného roztoku. Proto je korozní proces v neutrálním a kyselém prostředí omezen pouze elektrochemickým rozpouštěním těch částic, které přicházejí na povrch slitiny v přímém kontaktu s elektrolytem.

Takové slitiny jsou odolné vůči korozi i ve stavu zpracovaném za studena, to znamená, že zpracování za studena sice urychluje rozklad tuhého roztoku, ale nemění povahu rozložení sraženin na hranicích zrn. Zároveň se díky příznivému vlivu strukturní anizotropie v tomto případě výrazně zvyšuje odolnost proti korozi důlkové korozi. Slitiny s obsahem hořčíku vyšším než 3,5 % (AMg3, AMg4) a zejména více než 5 % (AMg5, AMg6) v určitém strukturním stavu a za určitých podmínek prostředí mohou být citlivé na MCC a RSC, stejně jako na CR.

U slitin systému Al-Mg hrají elektrochemické faktory při korozním praskání mnohem větší roli než u slitin jiných systémů. Zabránění tvorby filmu fáze B podél hranic zrn je proto také vhodné pro zvýšení Ramanovy odolnosti. Ve výrobních podmínkách našel široké uplatnění právě tento způsob zvyšování Ramanovy odolnosti středně dopovaného magnalia.

U nízkolegovaných slitin s obsahem hořčíku vyšším než 1,4 % hraje použití metod tepelného a termomechanického zpracování, které podporují rovnoměrné rozložení B-fáze, menší roli než u středně a vysokolegovaných slitin. V polovytvrzeném stavu získaném pomocí LTMT efektu se však kromě výskytu strukturní anizotropie, která inhibuje šíření koroze hlouběji, jeví jako pozitivní také rovnoměrnější rozložení B-fáze. Například hloubka koroze na plechech ze slitiny AMg2 vystavených TMT je výrazně snížena ve srovnání s hloubkou koroze na konvenčních plechách opracovaných za studena.

Nárůst hloubky lokálních lézí ve slitině AMg2 v žíhaném stavu v podmínkách mořské atmosféry může být také částečně spojen s heterogenitou precipitátů B-fáze. Pro slitinu AMg2 je tedy vhodné použít technologii, která umožňuje získat rovnoměrnou distribuci přebytečné fáze. I při použití konvenční technologie se však nízký obsah legujících prvků ukazuje jako rozhodující faktor při určování korozní odolnosti této slitiny. To je potvrzeno poměrně vysokou korozní odolností slitiny AMg2 v různých prostředích.

Typickým příkladem je chování Magnalia v mořské vodě. Po 10 letech testování měla slitina typu AMg2 odolnost proti korozi velmi blízkou odolnosti v mořské atmosféře (tabulka 30).

Slitina typu AMg4 má výrazně větší hloubku důlkové koroze v mořské vodě než slitina typu AMg2. U slitiny typu AMg5 se maximální hloubka důlků zvyšuje ještě výrazněji.

V mořské vodě tedy existuje jasná korelace mezi citlivostí na strukturální korozi (tj. korozní praskání pod napětím a exfoliační koroze) a normální důlkovou korozi. S rostoucím stupněm legování se zvyšuje přesycení tuhého roztoku a v souladu s tím i citlivost ke strukturální korozi spojená s tendencí k selektivní precipitaci B-fáze. V tomto ohledu se u slitin AMg4, AMg5 a zejména AMg6 zvyšuje úloha technologických faktorů, které určují rovnoměrné rozložení B-fáze ve slitině.

Jedním z účinných způsobů, jak zvýšit korozní odolnost středně legovaného magnalia, je TMT. V souladu s tím lze maximální odolnosti RSC a CR dosáhnout pouze při vytváření polygonizované struktury v polotovarech v kombinaci s rovnoměrným rozložením druhé fáze. Pozitivních výsledků lze dosáhnout také použitím režimů žíhání při teplotě pod hranicí rozpustnosti hořčíku v hliníku v konečné fázi zpracování. Je třeba vzít v úvahu, že polotovary s různým stupněm rekrystalizace se chovají odlišně. V současné době jsou konstrukce vyráběny z žíhaných polotovarů s částečně (lisované a za tepla válcované polotovary) a zcela rekrystalizovanou (za studena válcované plechy a trubky) strukturou. Protože korelace mezi technologickými parametry a korozními vlastnostmi se mění v závislosti na charakteru struktury, budeme vliv žíhání uvažovat zvlášť pro polotovary deformované za studena a za tepla.

Klasifikace hliníkových slitin. Analýza získaných výsledků Stavový diagram hliník hořčík

Nedávné záznamy