Klasifikasi paduan aluminium. Dari hasil analisa diperoleh diagram keadaan aluminium magnesium

07.01.2024 -

Semua komposisi industri paduan aluminium dan magnesium dalam hal kandungan magnesium berada di wilayah diagram keadaan sistem Al-Mg, sesuai dengan larutan padat α. Konsentrasi larutan padat meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, yang pada prinsipnya memungkinkan untuk memperkuat paduan Al-Mg secara signifikan dengan menerapkan perlakuan panas (pengerasan) pada paduan tersebut.
Dalam bentuk cor, paduan aluminium yang mengandung lebih dari 9% Mg memiliki struktur α+β; Fase β, yang merupakan senyawa intermetalik rapuh, mengandung sekitar 35-38% Mg.
Menurut diagram fase kesetimbangan dalam paduan dengan 10% Mg, fase β dilepaskan dari larutan padat karena penurunan kelarutan magnesium dalam aluminium dengan menurunnya suhu (Gbr. 22). Dalam kondisi pemadatan nyata, karena proses mikrolikuasi yang intensif dan kecepatan proses difusi yang tidak mencukupi, fase β dilepaskan dari larutan induk pada suhu 450°C dalam bentuk eutektik yang mengalami degenerasi. Hal ini dibuktikan dengan percobaan (paduan yang mengeras dipadamkan pada suhu yang berbeda). Jumlah fase β yang terbentuk akibat pengendapan α dari larutan padat bergantung pada kandungan magnesium dalam paduan. Menurut data yang tersedia, saat pengecoran dalam cetakan pasir, hingga 7% tertahan dalam larutan padat.

Mekanisme pelepasan fase β yang bergantung pada durasi penuaan belum dipahami dengan baik. Urutan proses penuaan berikut diperbolehkan: "zona" yang diperkaya dengan magnesium, nonequilibrium β" - keseimbangan β.
Keberadaan zona dikonfirmasi hanya dengan mengukur hambatan listrik dari paduan. Struktur fase β" dan β yang mengendap dalam bentuk lempengan-lempengan kecil sangat kompleks. Fase-fase ini dipelajari dengan analisis difraksi sinar-X.
Pengaruh waktu homogenisasi H media pendinginan terhadap proses penuaan dipelajari dalam makalah ini. Semakin lama waktu homogenisasi, semakin merata magnesium terdistribusi ke seluruh penampang butiran. Ketika dihomogenisasi selama 16 jam, penuaan berikutnya mengarah pada pembentukan endapan hanya di zona yang diperkaya magnesium, yaitu di dekat batas butir, dan struktur dendritik paduan terungkap dengan jelas. Dengan peningkatan bertahap dalam waktu homogenisasi, distribusi curah hujan pada penampang butiran setelah penuaan menjadi merata. Namun, bahkan setelah pemanasan selama 160 jam, dengan distribusi sekret yang merata, area individu dengan garis dendrit tetap terdeteksi. Dalam kasus terakhir, berbeda dengan gambaran yang diamati setelah homogenisasi selama 16 jam, area di dekat batas butir akan terkuras dalam presipitat. Dalam semua kasus, cairan yang keluar berbentuk jarum.

Selain waktu homogenisasi, terbentuknya endapan dipengaruhi oleh kondisi quenching. Ketika didinginkan dalam air dingin, fase β dilepaskan sepanjang batas butir dalam bentuk kontinu selama penuaan berikutnya. Pendinginan dalam air mendidih atau minyak panas menghasilkan, setelah penuaan, pengendapan fase β di sepanjang batas butir dalam bentuk inklusi terisolasi.
Dalam pembahasan dan analisis hasil, diketahui bahwa segregasi dendritik sisa dan penipisan kekosongan di zona yang berdekatan dengan batas butir mempunyai pengaruh penting terhadap kondisi dan sifat presipitasi fase β. Kekosongan mempercepat proses pemisahan fase β, karena pembentukannya disertai dengan peningkatan volume.
Berdasarkan diagram metastabil paduan sistem Al-Mg (Gbr. 23), diusulkan diagram urutan pembentukan fase β selama penuaan paduan dengan 10% Mg (Gbr. 24). Sepanjang batas butir, proses pemisahan dan transformasi sekuensial berlangsung satu tahap lebih cepat, karena kemungkinan pembentukan inti lebih besar di sini.

Daerah bebas endapan di sepanjang batas butir merupakan titik lemah pengecoran, dan oleh karena itu kehancuran terjadi di sepanjang batas butir, terutama pada tahap kedua, selama pendinginan dalam air dingin, ketika fase membentuk rantai kontinu. Sifat kekuatan coran berkurang. Ketahanan korosi memburuk paling parah selama transformasi β"→β (Gbr. 25). Dapat diasumsikan bahwa ketahanan korosi paduan bergantung pada sifat pengendapan fase β, yang terlihat jelas pada Gambar 25. Ini adalah konsisten dengan fakta bahwa paduan yang dikeraskan dalam air dingin, telah mengurangi ketahanan terhadap korosi.
Di meja Gambar 12-14 menunjukkan komposisi dan sifat paduan industri sistem Al-Mg.
Paduan sistem aluminium - magnesium yang mengandung hingga 6% Mg tidak diperkuat dengan perlakuan panas. Pengerasan larutan secara signifikan meningkatkan sifat mekanik paduan yang mengandung lebih dari 9% Mg.

Di antara paduan aluminium-magnesium ganda, paduan dengan 10-12% Mg memiliki kekuatan terbesar dengan keuletan tinggi dalam keadaan mengeras. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam kandungan magnesium, sifat mekanik paduan menurun, karena kelebihan fase β, yang menyebabkan kerapuhan paduan, tidak dapat diubah menjadi larutan padat selama perlakuan panas. Oleh karena itu, semua paduan industri sistem Al-Mg termasuk dalam jenis larutan padat dengan kandungan magnesium tidak lebih dari 13%.
Selain magnesium, paduan AL13 mengandung silikon dan mangan. Aditif silikon membantu meningkatkan sifat pengecoran paduan karena peningkatan jumlah eutektik ganda α+Mg2Si. Sifat mekanik paduan AL13 sedikit berubah ketika 1% Si dimasukkan: kekuatannya sedikit meningkat, dan keuletannya sedikit menurun.
Mangan ditambahkan ke paduan AL13 terutama untuk mengurangi efek berbahaya dari besi, yang mengendap selama kristalisasi dalam bentuk kristal berbentuk jarum dan pelat dan sangat mengurangi keuletan paduan. Ketika mangan dimasukkan ke dalam paduan, senyawa MnAl6 terbentuk, di mana besi larut. Sambungan ini mempunyai bentuk rangka yang kompak atau bahkan berbentuk sumbu sama.
Kotoran besi, tembaga, seng, dan nikel berdampak negatif terhadap ketahanan korosi paduan AL13. Dengan kandungan silikon lebih dari 0,8%, ketahanan korosi pada paduan juga menurun, dan dengan penambahan mangan meningkat.
Paduan grade AL13 tidak diperkuat dengan perlakuan panas dan memiliki sifat mekanik yang rendah. Keuntungannya adalah ketahanan korosi yang relatif tinggi dibandingkan, misalnya dengan silumin, kemampuan las yang baik dan (karena adanya senyawa Mg2Si dalam struktur) peningkatan ketahanan panas.
Paduan grade AL13 digunakan untuk memproduksi suku cadang yang menanggung beban sedang dan beroperasi dalam kondisi air laut dan cairan sedikit basa. Paduan ini digunakan untuk pembuatan suku cadang untuk pembuatan kapal laut, serta untuk suku cadang yang beroperasi pada suhu tinggi (hingga 180-200° C).
Paduan (AL8, AL8M, AL27-1) dengan kandungan magnesium tinggi (9-11%) dalam keadaan mengeras memiliki sifat mekanik yang sangat tinggi. Namun, sifat mekanik paduan dalam sampel yang dipotong langsung dari bagian cor sangat tidak merata; Alasan utama untuk sifat yang tidak merata adalah heterogenitas pengecoran, yang terdeteksi dalam bentuk kelonggaran penyusutan dan porositas, serta inklusi oksida di sebagian besar pengecoran.
Kerugian utama dari paduan ini adalah peningkatan sensitivitasnya terhadap penuaan alami. Telah ditetapkan bahwa kandungan lebih dari 10% Mg dalam paduan aluminium-magnesium menyebabkan penggetasan pada bagian cor yang mengeras setelah penyimpanan jangka panjang dan selama pengoperasian.
Di meja Gambar 15 menunjukkan perubahan sifat mekanik paduan dengan kandungan magnesium yang berbeda selama penuaan alami jangka panjang. Data yang disajikan menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kandungan magnesium, kecenderungan penuaan alami semakin meningkat. Hal ini menyebabkan peningkatan titik luluh, kekuatan ultimit, dan penurunan daktilitas yang tajam.
Saat menguji sampel paduan berumur sebelas tahun untuk korosi antarbutir, ditemukan bahwa paduan yang mengandung kurang dari 8,8% Mg tidak sensitif terhadap jenis korosi ini, dan dengan kandungan magnesium yang lebih tinggi, semua paduan yang diteliti memperoleh tingkat korosi yang lebih besar. di bawah pengaruh penuaan alami, rentan terhadap korosi intergranular.
Rata-rata kedalaman lesi korosi fokal pada permukaan sampel yang diuji menurut metode standar dengan perendaman selama satu hari dalam larutan NaCl 3% dengan penambahan HCl 1% adalah: 0,11 mm - dengan kandungan Mg 8,8% dalam larutan. paduan, 0,22 mm - pada 11,5% Mg dan 0,26 mm - pada 13,5% Mg.
Paduan aluminium-magnesium AL27 dan AL27-1 memiliki kandungan komponen paduan utama yang sama (magnesium, berilium, titanium, zirkonium); kandungan pengotor besi dan silikon dalam paduan AL27-1 masing-masing tidak boleh melebihi 0,05%.

Di meja Gambar 16 menunjukkan sifat mekanik paduan aluminium-magnesium yang mengandung pengotor besi, silikon dan magnesium.
Data di atas pertama-tama menunjukkan bahwa paduan yang mengandung kurang dari 9% magnesium (masing-masing besi dan silikon 0,1%) memiliki sifat mekanik yang relatif rendah (σв = 28,5 kgf/mm2; δ5 = 12,5%). Dari paduan yang diteliti, paduan yang mengandung 10,5% Mg (σв = 38 kgf/mm2; δ5 = 26,5%) memiliki sifat mekanik tertinggi. Dengan kandungan magnesium 12,2%, kekuatan tariknya juga tinggi (38,3 kgf/mm2), namun elongasinya sedikit lebih rendah (21%).
Ketika kandungan besi dalam paduan AL8 meningkat menjadi 0,38% pada kandungan silikon yang sama (0,07%), tidak ada perubahan dalam kekuatan tarik yang diamati, dan perpanjangan sedikit menurun. Dengan peningkatan silikon dalam paduan ini menjadi 0,22%, kekuatan tarik (hingga 33,7 kgf/mm2) dan perpanjangan (17,5%) menurun secara signifikan. Meningkatkan kandungan silikon menjadi 0,34%), bahkan dengan kandungan besi rendah (0,10%), secara signifikan mengurangi sifat mekanik: kekuatan tarik menurun menjadi 29,5 kgf/mm2, dan perpanjangan menjadi 13%. Selain itu, jika kandungan besi dalam paduan ini ditingkatkan menjadi 0,37%, maka sifat mekanik akan semakin menurun, tetapi pada tingkat yang lebih rendah dibandingkan dengan peningkatan kandungan silikon: kekuatan tarik akan menjadi 27,6 kgf/mm2, dan perpanjangan akan menjadi 27,6 kgf/mm2. menjadi 10,5%.
Alasan dampak buruk silikon dalam jumlah kecil sekalipun jelas dapat dianggap sebagai pembentukan senyawa Mg2Si karena afinitas silikon yang tinggi terhadap magnesium. Semakin banyak silikon dalam paduan, semakin banyak pula senyawa tersebut. Senyawa Mg2Si mengkristal dalam bentuk yang disebut “font Cina” dan, terletak di sepanjang batas butir, mengganggu ikatan butiran larutan padat, dan sebagai tambahan mengikat sejumlah magnesium.

Pada Gambar. 26, a, b diperlihatkan untuk membandingkan struktur mikro paduan aluminium dengan 10% Mg dalam keadaan tuang, dibuat dari bahan dengan kemurnian berbeda. Struktur paduan, yang terbuat dari bahan dengan kemurnian tinggi, terdiri dari butiran larutan padat magnesium dalam aluminium, di sepanjang batas di mana fase Al3Mg2 berada. Pada struktur paduan yang dibuat pada bahan dengan kemurnian rendah, selain fasa Al3Mg3, terlihat senyawa Mg3Si dalam bentuk “font Cina” dan senyawa FeAl3 dalam bentuk dua jenis pelat - datar dan berbentuk bintang (tampaknya ini adalah bagian berbeda dengan bentuk yang sama). Senyawa Mg2Si terletak di sepanjang batas butir, dan pelat FeAl3 terletak di dalam butir atau memotong batas butir. Dalam beberapa kasus, pelat FeAl3 memotong kristal Mg2Si, yang menunjukkan kristalisasi primernya dari lelehan. Setelah perlakuan panas, fase Mg2Si berubah menjadi larutan padat, dan struktur mikro paduan yang dibuat dari bahan dengan kemurnian tinggi mewakili butiran larutan padat (Gbr. 26c).
Pembatasan tajam pengotor besi dan silikon yang berbahaya, serta penambahan aditif berilium, titanium, dan zirkonium ke dalam paduan aluminium-magnesium (AL27 dan AL27-1) berkontribusi pada peningkatan signifikan dalam ketahanan korosi dan sifat mekanik paduan ini. dibandingkan dengan paduan CO AL8.
Pengaruh paduan tambahan paduan Al-Mg dengan kemurnian tinggi dengan aditif berbagai elemen dapat ditelusuri menggunakan contoh paduan AL8M. Salah satu kelemahan paduan Al-Mg (AL8, AL27) dengan kandungan magnesium yang tinggi (hingga 11,5%) adalah kecenderungannya terhadap penuaan alami, penurunan sifat plastis dan kemungkinan retak pada coran. Namun, dapat diasumsikan bahwa cara untuk menstabilkan sifat paduan AL8 dapat ditemukan. Salah satunya adalah dengan mengurangi derajat supersaturasi magnesium pada larutan padat α, yaitu mengurangi kandungan magnesium dalam paduan. Pada saat yang sama, kecepatan proses penuaan akan menurun tajam. Namun perlu dicatat bahwa seiring dengan menurunnya kandungan magnesium dalam paduan, sifat mekanik paduan tersebut akan menurun. Untuk meningkatkan sifat mekanik paduan dalam hal ini perlu dilakukan penerapan paduan dan modifikasi.

Di meja Gambar 17 menyajikan hasil pengaruh molibdenum dan perlakuan garam kalium fluorozirkonat terhadap sifat dan ukuran butir paduan Al-Mg (10,5% Mg) menurut penelitian.
Jika lelehan diolah dengan kalium fluorozirkonat, penambahan molibdenum dalam sepersepuluh persen berkontribusi pada pemurnian yang sangat kuat dari butiran kristal paduan; efek penggilingan terbesar diperoleh dengan memasukkan 0,1% Mo ke dalam paduan AL8.
Penghalusan butiran yang lebih kuat dengan penambahan gabungan zirkonium dan molibdenum dibandingkan dengan penambahan masing-masing elemen ini secara terpisah tampaknya dijelaskan oleh fakta bahwa kelarutan masing-masing aditif dengan adanya aditif lainnya menurun. Hal ini akan mengarah pada pembentukan partikel intermetalik dalam jumlah yang jauh lebih besar, yaitu pusat nukleasi. Kristalisasi dari banyak pusat menghasilkan struktur butiran yang lebih halus.
Sesuai dengan efek penghalusan butiran, terjadi perubahan sifat mekanik. Hasil uji mekanis yang disajikan menunjukkan bahwa perlakuan lelehan dengan kalium fluorozirkonat dan penambahan 0,1% Mo dapat meningkatkan sifat kekuatan paduan dari 29,9 menjadi 43-44 kgf/mm2, kekuatan luluh dari 18 menjadi 22 kgf/mm2 dan perpanjangan relatif dari 14 hingga 23%. Ketika kandungan molibdenum melebihi 0,1%, sifat mekaniknya menurun.
Di meja Gambar 18 menunjukkan sifat komparatif dari paduan AL8, AL8M dan AL27-1.

Seperti disebutkan sebelumnya, pengurangan kandungan magnesium dalam paduan Al-Mg, serta paduan dengan berbagai aditif, dapat secara signifikan mengurangi laju dekomposisi larutan padat lewat jenuh, serta mengubah laju korosi umum dan kerentanan paduan terhadap korosi antar kristal.
Untuk memperjelas efek ini, karya ini menyajikan hasil pengujian di ruang basah paduan dengan kandungan magnesium dan aditif paduan yang berbeda (Tabel 19).
Penelitian juga menunjukkan bahwa perubahan kenaikan berat badan relatif dari waktu ke waktu mengikuti hukum parabola. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan oksida padat dengan sifat pelindung yang baik terbentuk pada permukaan sampel dari semua paduan. Pertumbuhan lapisan oksida paling intensif terjadi pada 500 hari pertama. Selanjutnya, laju oksidasi menjadi stabil. Perlu dicatat bahwa film paduan yang dimodifikasi tampaknya memiliki sifat pelindung yang lebih baik.

Sebuah studi tentang struktur mikro menunjukkan bahwa proses korosi antarkristalin pada paduan yang mengandung selama seluruh periode pengujian korosi tidak mengalami perkembangan yang nyata.
Paduan yang mengandung 11,5% Mg berperilaku berbeda. Sifat perubahan pertambahan berat relatif sampel paduan yang dimodifikasi juga mematuhi hukum parabola. Namun, laju oksidasi meningkat secara nyata dibandingkan dengan laju oksidasi paduan yang mengandung 8,5% Mg, dan lapisan oksida memperoleh sifat pelindung pada ketebalan yang jauh lebih besar.
Pada paduan asli, sifat perubahan pertambahan berat relatif juga mengikuti hukum parabola. Namun, dalam interval waktu 300 hingga 500 hari, terjadi peningkatan tajam dalam laju pertumbuhan lapisan oksida. Fenomena ini rupanya dapat dijelaskan dengan retaknya lapisan oksida selama kurun waktu tersebut akibat terjadinya tegangan internal yang signifikan di dalamnya.
Setelah oksida yang baru terbentuk menyembuhkan retakan pada lapisan oksida, laju oksidasi akan menurun dan hampir tidak berubah di masa depan.
Sebuah studi tentang struktur mikro paduan yang mengandung 11,5% Mg menunjukkan bahwa pada paduan asli, setelah 300 hari uji korosi, batas butir menjadi sangat menebal karena pengendapan fase β, dan paduan menjadi rentan terhadap korosi antarkristal. Jelasnya, selama periode waktu ini, pembentukan retakan korosi dimulai, karena pada hari pengujian ke-500, retakan korosi menembus sangat dalam ke dalam logam, menangkap cukup banyak batas butir.
Berbeda dengan paduan yang tidak dimodifikasi, pada paduan yang dimodifikasi, proses korosi antarkristalin terbatas pada lapisan permukaan logam dan tidak berkembang dengan kuat bahkan setelah 1000 hari uji korosi. Perlu dicatat bahwa proses korosi antarkristalin paling sedikit berkembang pada paduan yang dimodifikasi dengan zirkonium dan molibdenum.
Sesuai sepenuhnya dengan perubahan struktural adalah perubahan sifat mekanik paduan.
Seperti yang ditunjukkan data pada tabel. 19, kekuatan tarik paduan yang dimodifikasi terus meningkat, karena proses penuaan alami. Pada paduan asli, dua proses terjadi secara paralel: penuaan alami, yang memperkuat paduan, dan proses korosi antarkristalin, yang melunakkannya. Akibatnya, kekuatan tarik paduan asli bahkan sedikit menurun pada uji korosi 1000 hari.
Yang lebih indikatif lagi adalah perubahan perpanjangan relatif paduan: untuk paduan asli, penurunan tajam sifat plastik dimulai setelah 100 hari uji korosi, sedangkan untuk paduan yang dimodifikasi hanya setelah 500 hari. Perlu dicatat bahwa penurunan keuletan paduan yang dimodifikasi setelah 500 hari uji korosi lebih mungkin dijelaskan oleh proses penggetasan paduan sebagai akibat dari penuaan alami dibandingkan dengan proses korosi antarkristalin.

Kerugian dari paduan Al-Mg dengan kandungan magnesium yang tinggi (AL8, AL8M, AL27-1, AL27) juga mencakup kepekaan terhadap korosi intergranular dan korosi tegangan yang muncul akibat pemanasan berkepanjangan pada suhu di atas 80°C (Tabel 20) . Oleh karena itu, paduan ini direkomendasikan untuk pembuatan suku cadang listrik yang beroperasi dalam waktu singkat pada suhu dari -60 hingga +60 °C, dan dalam beberapa kasus paduan ini dapat berhasil digunakan sebagai pengganti perunggu dan kuningan yang langka, baja tahan karat, dan aluminium yang dapat dideformasi. paduan saat mengoperasikan komponen dan suku cadang dengan aplikasi besar (termasuk guncangan dan beban bolak-balik) dalam berbagai kondisi (termasuk air laut dan kabut).
Untuk mengurangi kecenderungan terbentuknya retakan pada coran yang terbuat dari paduan ini selama pengoperasian jangka panjang, perlu untuk membatasi kandungan magnesium dalam paduan hingga 10%, dan memadamkan bagian dalam minyak yang dipanaskan hingga 50-60 ° C.
Paduan AL23 dan AL23-1 dalam keadaan mengeras tidak rentan terhadap korosi intergranular. Dalam keadaan cor dari paduan ini, ketika diuji untuk korosi intergranular, perkembangan korosi di sepanjang batas butir diamati, yang disebabkan oleh adanya kelebihan fase β di sepanjang batas butir dalam struktur cor paduan ini, yang dilepaskan selama proses kristalisasi.
Sifat khas paduan AL23-1 dan AL23 diberikan dalam tabel. 21.

Paduan AL23-1 dan AL23 dapat dilas secara memuaskan dengan pengelasan busur argon. Kekuatan sambungan las adalah 80-90% dari kekuatan bahan dasar. Hasil yang baik diperoleh ketika mengelas bagian cor yang terbuat dari paduan AL23-1 dengan bagian yang terbuat dari paduan tempa AMg6.
Paduan grade AL23-1 dan AL23 dapat digunakan baik dalam kondisi cor maupun pengerasan. Dalam keadaan cor, paduan AL23 dan AL23-1 dimaksudkan untuk pembuatan suku cadang yang menanggung beban kejut statis sedang dan relatif kecil. Dalam keadaan mengeras, paduan AL23-1 dimaksudkan untuk pembuatan suku cadang yang beroperasi di bawah beban statis dan kejut sedang. Paduan kelas AL29 dirancang untuk bekerja dalam berbagai kondisi iklim. Coran paduan AL29 digunakan tanpa perlakuan panas khusus. Paduan AL29 dalam keadaan cor memiliki ketahanan korosi yang memuaskan. Untuk lebih meningkatkan ketahanan terhadap korosi, bagian yang terbuat dari paduan AL29 dianodisasi dalam asam kromat. Paduan AL29, yang ditujukan untuk cetakan injeksi, berbeda dalam komposisi kimianya dari paduan AL13 dalam kandungan magnesiumnya yang lebih tinggi, serta kandungan pengotor yang diizinkan lebih rendah. Paduan ini digunakan dalam keadaan cor. Dalam hal sifat mekanik dan pengecoran, paduan AL29 lebih unggul daripada paduan AL13, dan dalam semua karakteristik lainnya serupa dengannya dan digunakan untuk pembuatan suku cadang yang beroperasi di bawah beban statis dan kejut sedang, serta pada perangkat yang beroperasi di daerah subtropis. iklim. Bagian yang terbuat dari paduan AL29 dapat beroperasi dalam waktu lama pada suhu hingga 150° C.
Paduan AL22 telah dikembangkan untuk cetakan injeksi, yang telah menemukan beberapa aplikasi untuk pembuatan suku cadang yang beroperasi di instalasi dan rakitan pada suhu tinggi selama beberapa menit, dan terkadang beberapa puluh menit. Paduan AL22 mengandung sejumlah besar magnesium (10,5-13%), yang memungkinkan penggunaan coran darinya dalam keadaan mengeras. Pengadukan paduan dengan sedikit tambahan titanium dan berilium membantu meningkatkan sifat pengecoran dan kekuatannya. Paduan AL22 lebih unggul dari paduan AL13 baik dari segi sifat teknologi, karakteristik kekuatan, dan ketahanan panas. Untuk kekuatan paduan yang paling besar, paduan tersebut harus mengandung kandungan magnesium pada batas atas (hingga 13%), dan silikon pada batas bawah; untuk pengecoran bagian dengan konfigurasi kompleks, kandungan magnesium harus berada pada batas bawah, dan silikon pada batas atas.
Kerugian dari paduan ini adalah berkurangnya keuletan. Paduan AL22 digunakan untuk pengecoran komponen dengan konfigurasi kompleks yang beroperasi di bawah beban statis sedang (bagian jenis agregat dan instrumen) dalam kondisi korosif di atmosfer dan air laut. Paduan ini paling banyak digunakan untuk pencetakan bagian injeksi. Dalam hal ini coran digunakan dalam keadaan cor. Bagian yang terbuat dari paduan AL22 dapat beroperasi dalam waktu lama pada suhu hingga 200° C.
Paduan pengecoran baru grade AL28 digunakan dalam keadaan cor (tanpa perlakuan panas) untuk pembuatan alat kelengkapan untuk jaringan pipa air tawar, sistem minyak dan bahan bakar, serta untuk bagian mekanisme dan peralatan kapal, yang suhu pengoperasiannya tidak melebihi 100° C. Pada suhu yang lebih tinggi, terjadi dekomposisi intensif larutan padat dan pengendapan fase β di sepanjang batas butir, yang menyebabkan penggetasan paduan.
Di meja Gambar 22 menunjukkan sifat mekanik paduan AL28 tergantung pada kandungan unsur paduan utama dalam komposisi kadarnya.
Pengenalan 0,1-0,2% Zr ke dalam paduan AL28 meningkatkan sifat kekuatan sebesar 2-3 kgf/mm2 dan kepadatan coran karena pembentukan paduan zirkonium hidrida yang stabil pada suhu leleh. Saat menggunakan bahan awal dengan kemurnian tinggi sebagai muatan, peningkatan yang signifikan dalam kekuatan dan keuletan paduan diamati.

Paduan LL28 memiliki ketahanan korosi yang tinggi di air tawar dan air laut, serta di atmosfer laut. Ketahanan korosi paduan pada kondisi ini mendekati ketahanan aluminium murni.
Pada Gambar. Gambar 27 menunjukkan hasil pengujian ketahanan korosi paduan AL28 dalam larutan NaCl 3% yang diasamkan dengan H2O2 0,1%. Durasi pengujian adalah 1000 jam, sebagai perbandingan, paduan AL8, AL13 dan AL4 diuji dalam kondisi yang sama.

Di meja Gambar 23 menunjukkan hasil pengujian tarik sampel dari paduan AL28, AL4 dan AL13 sebelum dan sesudah terpapar larutan berair 3% NaCl + 0,l% H2O2, yang memastikan bahwa ketahanan korosi paduan AL28 lebih unggul dari itu. paduan aluminium lainnya yang diteliti.
Sifat mekanik paduan AL28 tetap tidak berubah setelah terpapar lingkungan korosif selama 10.000 jam, sedangkan paduan AL4 menunjukkan beberapa penurunan sifat kekuatan dan penurunan perpanjangan yang signifikan (lebih dari 50%).

Peningkatan ketahanan korosi pada paduan AL28 disebabkan oleh adanya aditif mangan, yang memiliki efek menguntungkan pada sifat korosi aluminium murni dan beberapa paduan aluminium. Paduan AL28 tidak menunjukkan kecenderungan korosi di bawah tekanan pada suhu normal, serta ketika dipanaskan hingga 100 ° C dan ditahan dalam waktu lama (hingga 1000 jam). Namun, paparan jangka pendek sekalipun pada suhu di atas 100° C secara tajam mengurangi kinerja paduan ini dalam lingkungan korosif, sehingga hampir tidak mungkin untuk digunakan pada suhu tinggi.
Uji korosi pada coran eksperimental dalam kondisi alami (di Laut Hitam) selama 2-3 tahun menunjukkan bahwa paduan AL28 tidak rentan terhadap korosi pitting. Paduan AL28 telah membuktikan dirinya sebagai salah satu paduan aluminium paling tahan saat diuji di air laut yang bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Pengoperasian bak mesin kompresor freon tertutup AC kapal selama beberapa tahun telah mengkonfirmasi kelayakan dan keandalan pembuatannya dari paduan AL28 sebagai bahan yang tahan terhadap aksi freon-22.
Harus dikatakan bahwa baru-baru ini korosi tegangan sangat penting, karena peningkatan tuntutan ditempatkan pada kekuatan dan kinerja material dalam teknik mesin modern, dan khususnya pembuatan kapal, dalam kondisi suhu tropis, kelembaban tinggi dan air laut. Yang menarik adalah penelitian yang menjelaskan studi tentang kerentanan paduan aluminium cor terhadap retak korosi tegangan.
Gaya tarik dibuat menggunakan pegas koil yang telah dikalibrasi sebelumnya. Beban dipindahkan ke sampel dengan diameter 5 mm. Bentuk sampel memungkinkan untuk memasang bak mandi dengan lingkungan korosif. Untuk menghindari korosi kontak, pegangan instalasi dilepas dari bak mandi. Larutan berair 3% NaCl + 0,1% H2O2 digunakan sebagai media korosif.
Untuk menentukan waktu kegagalan tergantung pada besarnya tegangan, sampel ditempatkan pada instalasi yang menghasilkan gaya yang sesuai dengan 1,2-0,4 dari kekuatan luluh konvensional. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar. 28, 29, 30.

Jadi, untuk semua paduan yang diteliti, ketergantungan waktu “masa pakai” sampel pada tegangan di udara (yaitu, kekuatan jangka panjang pada suhu kamar) dalam koordinat tegangan - logaritma waktu hingga kegagalan dinyatakan dengan garis lurus, yang merupakan karakteristik sebagian besar bahan logam: dengan meningkatnya beban, waktu sebelum penghancuran sampel berkurang. Namun, hubungan tegangan-waktu-patah untuk magnalium (AL28, AL8 dan AL27-1) dinyatakan dengan kurva putus-putus, yang terdiri dari dua cabang yang hampir lurus. Cabang kiri kurva menunjukkan bahwa ketahanan korosi paduan-paduan ini di bawah tekanan sangat bergantung pada tingkat tegangan; peningkatan beban menyebabkan penurunan tajam dalam “masa pakai” sampel. Pada beban yang lebih rendah, ketergantungan waktu hingga kegagalan pada tegangan menghilang, yaitu, pada tegangan ini, “masa pakai” sampel tidak bergantung pada tingkat tegangan - cabang kanan adalah garis lurus, hampir sejajar dengan sumbu waktu . Untuk paduan ini tampaknya ada batas atau "ambang batas" ketahanan terhadap korosi tegangan.
Perlu dicatat bahwa batas ketahanan korosi paduan AL28 di bawah tekanan adalah nilai yang signifikan, kira-kira sama dengan kekuatan luluh bersyarat. Seperti diketahui, tingkat tegangan struktural biasanya tidak melebihi kekuatan luluh, yaitu, kita dapat berasumsi bahwa retak korosi pada coran yang terbuat dari paduan ini secara praktis tidak termasuk.
Untuk paduan AL8, batas ketahanan korosi tegangan tidak melebihi 8 kgf/mm2, yang kira-kira 2 kali lebih kecil dari kekuatan luluh paduan ini dan menunjukkan ketahanan korosi tegangan yang rendah.
Batas ketahanan korosi tegangan dari paduan AL27-1 dapat dianggap sama dengan kekuatan luluh bersyaratnya. Paduan AL27-1, seperti paduan AL8, mengandung sekitar 10% Mg, namun paduan tambahannya dengan sejumlah kecil (0,05-0,15%) berilium, titanium, dan zirkonium menyebabkan penurunan kerentanan terhadap retak korosi.
Kajian kerentanan retak korosi akibat pengaruh panas dilakukan untuk mengetahui temperatur dimana paduan aluminium-magnesium grade AL8, AL27-1 dan AL28 mampu mempertahankan ketahanan terhadap korosi tegangan dalam waktu yang lama. , serta untuk menetapkan diperbolehkannya pemanasan jangka pendek pada bagian-bagian yang terbuat dari paduan ini selama proses pembuatannya (misalnya, selama impregnasi, penerapan lapisan pelindung, dll.). Spesimen dari paduan ini mengalami penuaan pada 70, 100, 125 dan 150 ° C dari 1 hingga 1000 jam tergantung pada suhu pemanasan dan kemudian diuji pada tegangan yang sama dengan 0,9-0,8 dari tingkat tegangan di mana retak korosi tidak terjadi. didefinisikan untuk keadaan awal.
Ditunjukkan pada Gambar. Data 31 menunjukkan bahwa ketahanan korosi tegangan pada paduan AL28 tidak berkurang ketika dipanaskan hingga 100°C untuk jangka waktu yang lama, dan pemanasan jangka pendek hingga 150°C diperbolehkan tanpa kehilangan kinerja dalam lingkungan korosif.

Hasil pengujian ketahanan korosi pada paduan AL8 dan AL27-1 yang mengalami pemanasan awal menunjukkan bahwa penggunaan suku cadang yang terbuat dari paduan tersebut pada suhu tinggi dalam kondisi korosi secara praktis tidak dapat diterima. Hasil yang diperoleh dari mempelajari kerentanan paduan aluminium-magnesium AL8, AL27-1 terhadap retak korosi baik dalam keadaan diterima maupun setelah penuaan buatan memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa perilaku korosi di bawah tekanan ditentukan terutama oleh stabilitas bahan padat. struktur solusi.
Perbandingan ketahanan korosi tegangan pada paduan AL8 dan AL27-1 yang mengandung jumlah magnesium yang sama menunjukkan bahwa paduan AL27-1, yang strukturnya distabilkan dengan paduan tambahan, memiliki ketahanan korosi tegangan yang lebih tinggi. Paduan AL28 yang mengandung 4,8-6,3% stabilitas larutan padat lebih tinggi dibandingkan paduan dengan 10% Mg, lebih tahan terhadap retak korosi.

Pertanyaan 1. Gambarlah diagram fasa sistem aluminium-tembaga. Jelaskan interaksi komponen dalam wujud cair dan padat, tunjukkan komponen struktural di semua area diagram fasa, dan jelaskan sifat perubahan sifat paduan dalam sistem tertentu menggunakan aturan Kurnakov.

Pengotor terpenting dalam duralumin adalah tembaga.

Diagram fase paduan A1-Cu (Gbr. 1.) mengacu pada diagram fase tipe III, ketika komponen membentuk larutan padat dengan

kelarutan terbatas, menurun dengan menurunnya suhu. Dalam paduan yang memiliki diagram fase jenis ini, sekunder

kristalisasi terkait dengan dekomposisi parsial larutan padat. Paduan tersebut dapat dikenakan perlakuan panas pada kelompok III dan IV, yaitu pengerasan

Diagram keadaan paduan aluminium - tembaga.

dan penuaan Dari diagram fasa A1 - Cu dapat disimpulkan bahwa kelarutan tembaga tertinggi dalam aluminium diamati pada 548°, ketika

5,7%; Dengan menurunnya suhu maka kelarutan tembaga dalam aluminium menurun dan pada suhu kamar menjadi 0,5%. Jika paduan dengan kandungan tembaga 0,5 hingga 5,7% dipadamkan dengan pemanasan di atas suhu transformasi fasa (misalnya, di atas titik 5 pada diagram fasa paduan A1 - Cu), maka paduan tersebut akan berubah menjadi padatan homogen solusi a. Setelah quenching, larutan padat akan terurai dalam paduan, disertai dengan pelepasan fasa berlebih dengan tingkat dispersi yang tinggi. Fasa seperti itu pada paduan Al-Cu adalah senyawa kimia CuAl 2 yang keras dan rapuh.

Dekomposisi larutan padat lewat jenuh dapat terjadi dalam waktu lama jika paduan disimpan pada suhu kamar (penuaan alami) dan lebih cepat pada suhu tinggi (penuaan buatan). Akibat penuaan, kekerasan dan kekuatan paduan meningkat, sedangkan keuletan dan ketangguhan menurun.

Menurut teori penuaan, yang paling dikembangkan dengan menggunakan aturan Kurnakov, proses penuaan pada paduan terjadi dalam beberapa tahap. Pengerasan paduan yang diamati akibat penuaan berhubungan dengan periode pengendapan fase berlebih dalam keadaan sangat tersebar. Perubahan yang terjadi pada struktur hanya dapat diamati dengan menggunakan mikroskop elektron. Biasanya, tahap proses ini terjadi pada paduan yang mengeras selama penuaan alami. Pada saat yang sama, kekerasan dan kekuatan paduan meningkat.

Ketika paduan yang mengeras dipanaskan hingga suhu yang relatif rendah, berbeda untuk paduan yang berbeda (penuaan buatan), tahap kedua terjadi, yang terdiri dari pembesaran partikel fase yang diendapkan. Proses ini dapat diamati dengan menggunakan mikroskop optik. Munculnya peningkatan endapan fase penguatan dalam struktur mikro bertepatan dengan perubahan sifat baru - penurunan kekuatan dan kekerasan paduan dan peningkatan plastisitas dan ketangguhannya. Penuaan hanya diamati pada paduan yang memiliki diagram fase dengan kelarutan terbatas, yang menurun seiring dengan penurunan suhu. Karena sejumlah besar paduan memiliki diagram jenis ini, fenomena penuaan sangat umum terjadi. Perlakuan termal pada banyak paduan non-besi - aluminium, tembaga, dll. didasarkan pada fenomena penuaan.

Pada paduan A1 - Cu yang dibahas di atas, proses ini berlangsung sebagai berikut. Selama penuaan alami dalam paduan yang mengeras, zona (cakram) dengan kandungan tembaga yang meningkat terbentuk. Ketebalan zona ini, yang disebut zona Guinier-Preston, setara dengan dua hingga tiga lapisan atom. Ketika dipanaskan hingga 100° ke atas, zona ini berubah menjadi fase yang disebut, yang merupakan modifikasi alotropik tidak stabil dari senyawa kimia CuA1 2. Pada suhu di atas 250°, fasa 9" berubah menjadi fasa (CuA1 2). Selanjutnya terjadi pengendapan fasa (CuA1 2). Paduan tersebut memiliki kekerasan dan kekuatan terbesar pada tahap penuaan pertama.

Pada duralumin grade D1, fase juga dilepaskan selama penguraian larutan padat, dan pada duralumin grade D16 ada beberapa fase seperti itu.

Teknologi perlakuan panas pada bagian duralumin terdiri dari pengerasan, dilakukan untuk memperoleh larutan padat lewat jenuh, dan penuaan alami atau buatan. Untuk pengerasan, bagian dipanaskan hingga 495° dan didinginkan dalam air dingin.

Bagian yang mengeras mengalami penuaan alami dengan menjaganya pada suhu kamar. Setelah 4-7 hari penuaan, bagian-bagian tersebut memperoleh kekuatan dan kekerasan tertinggi. Jadi, kekuatan tarik duralumin grade D1 dalam keadaan anil adalah 25 kg/mm 2 , dan kekerasannya sama N DI DALAM = 45; setelah pengerasan dan penuaan alami, kekuatan tariknya adalah 40 kg/mm 2 , dan kekerasan meningkat menjadi N V = 100.

Waktu yang diperlukan untuk penguraian larutan padat dapat dikurangi hingga beberapa jam dengan memanaskan duralumin yang mengeras hingga 100 - 150 ◦ (penuaan buatan), namun nilai kekerasan dan kekuatan dengan penuaan buatan sedikit lebih rendah dibandingkan dengan penuaan alami. penuaan. Ketahanan terhadap korosi juga sedikit menurun. Kekerasan dan kekuatan tertinggi setelah pengerasan dan penuaan adalah duralumin grade D16 dan D6. Duralumin grade DZP dan D18 adalah paduan dengan keuletan yang meningkat.

Duralumin banyak digunakan di berbagai industri, terutama konstruksi pesawat terbang, karena berat jenisnya yang rendah dan sifat mekanik yang tinggi setelah perlakuan panas.

Saat menandai duraluminin, huruf D berarti “duralumin”, dan nomor tersebut adalah nomor konvensional dari paduan tersebut.

2. DIAGRAM NEGARA PADUAN BESI-KARBON

Paduan besi dan karbon secara konvensional diklasifikasikan sebagai paduan dua komponen. Komposisinya, selain komponen utama - besi dan karbon, mengandung sejumlah kecil pengotor umum - mangan, silikon, belerang, fosfor, serta gas - nitrogen, oksigen, hidrogen, dan terkadang jejak beberapa elemen lainnya. Besi dan karbon membentuk senyawa kimia stabil Fe 3 C (93,33% Fe dan 6,67% C), yang disebut besi karbida atau sementit. Pada paduan besi-karbon yang digunakan (baja, besi tuang), kandungan karbonnya tidak melebihi 6,67%, oleh karena itu paduan besi dengan besi karbida (sistem Fe-Fe 3 C), yang komponen kedua adalah sementit, adalah praktis. pentingnya.

Ketika kandungan karbon di atas 6,67%, tidak akan ada besi bebas di dalam paduan, karena semuanya akan bergabung secara kimia dengan karbon. Dalam hal ini, komponen paduannya adalah besi karbida dan karbon; paduan tersebut akan termasuk dalam sistem kedua Fe 3 C -C, yang belum cukup dipelajari. Selain itu, paduan besi-karbon dengan kandungan karbon di atas 6,67% sangat rapuh dan praktis tidak digunakan.

Paduan Fe -Fe 3 C (dengan kandungan C hingga 6,67%), sebaliknya, sangat penting secara praktis. Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan diagram struktur keadaan paduan Fe -Fe 3 C, diplot dalam koordinat suhu - konsentrasi. Sumbu ordinat menunjukkan suhu pemanasan paduan, dan sumbu absis menunjukkan konsentrasi karbon dalam persentase. Ordinat kiri menunjukkan kandungan besi 100%, dan ordinat kanan menunjukkan kandungan karbon 6,67% (atau konsentrasi Fe 3 C 100%).

Di ordinat kanan adalah titik leleh Fe 3 C, setara dengan 1550° (titik D pada diagram).

Karena besi mengalami modifikasi, pada ordinat kiri, selain titik leleh besi, 1535° (titik A pada diagram), suhu transformasi alotropik besi juga diplot: 1390° (titik N ) dan 910° (titik G).

Jadi, ordinat diagram sesuai dengan komponen murni paduan (besi dan sementit), dan di antara keduanya terdapat titik-titik yang sesuai dengan paduan dengan konsentrasi berbeda dari 0 hingga 6,67% C

Beras. 2. Diagram struktur keadaan paduanFe - Fe 3 C .

Dalam kondisi tertentu, senyawa kimia (sementit) mungkin tidak terbentuk, yang bergantung pada kandungan silikon, mangan, dan unsur lainnya, serta pada laju pendinginan ingot atau coran. Dalam hal ini, karbon dilepaskan dalam paduan dalam keadaan bebas dalam bentuk grafit. Dalam hal ini, tidak akan ada dua sistem paduan (Fe -Fe 3 C dan Fe 3 C -C). Mereka digantikan oleh sistem paduan Fe-C tunggal yang tidak memiliki senyawa kimia.

2.1 Komponen struktural paduan besi-karbon.

Analisis mikroskopis menunjukkan enam komponen struktur terbentuk pada paduan besi-karbon, yaitu: ferit, sementit, austenit dan grafit, serta perlit dan ledeburit.

Ferit disebut larutan padat interkalasi karbon dalam Fe a. Karena kelarutan karbon dalam Fe tidak signifikan, ferit dapat dianggap hampir murni Fe a. Ferit memiliki kisi kubik yang berpusat pada badan (BC). Di bawah mikroskop, komponen struktural ini tampak seperti butiran cahaya dengan berbagai ukuran. Sifat-sifat ferit sama dengan besi: lunak dan ulet, dengan kekuatan tarik 25 kg/mm 2 , kekerasan N DI DALAM = 80, perpanjangan relatif 50%. Plastisitas ferit bergantung pada ukuran butirannya: semakin halus butirannya, semakin tinggi plastisitasnya. Hingga 768° (titik Curie) bersifat ferrimagnetik, dan di atasnya bersifat paramagnetik.

sementit disebut besi karbida Fe 3 C. Sementit memiliki kisi belah ketupat yang kompleks. Di bawah mikroskop, komponen struktural ini tampak seperti pelat atau butiran dengan berbagai ukuran. Sementit itu keras (N DI DALAM > 800 unit) dan rapuh, serta perpanjangan relatifnya mendekati nol. Perbedaan dibuat antara sementit yang dilepaskan selama kristalisasi primer dari paduan cair (sementit primer atau C 1) dan sementit yang dilepaskan dari larutan padat Y-austenit (sementit sekunder atau C 2). Selain itu, selama penguraian larutan padat a (wilayah GPQ. pada diagram keadaan), sementit menonjol, berbeda dengan yang sebelumnya disebut sementit tersier atau C 3. Semua bentuk sementit memiliki struktur dan sifat kristal yang sama, tetapi ukuran partikelnya berbeda - pelat atau butiran. Yang terbesar adalah partikel sementit primer, dan yang terkecil adalah partikel sementit primer. Hingga 210° (titik Curie) sementit bersifat ferrimagnetik, dan di atasnya bersifat paramagnetik.

Austenit disebut larutan padat interkalasi karbon dalam Fe Y. Austenit mempunyai kisi kubik berpusat muka (K12). Di bawah mikroskop, komponen struktur ini tampak seperti butiran ringan dengan ciri garis ganda (kembar). Kekerasan austenit adalah N DI DALAM = 220. Austenit bersifat paramagnetik.

Grafit memiliki kisi heksagonal yang tersusun longgar dengan susunan atom berlapis. Di bawah mikroskop, komponen struktur ini berbentuk pelat dengan berbagai bentuk dan ukuran pada besi tuang kelabu, berbentuk serpihan pada besi tuang lunak, dan berbentuk bulat pada besi tuang berkekuatan tinggi. Sifat mekanik grafit sangat rendah.

Keempat komponen struktural yang terdaftar pada saat yang sama juga merupakan fase dari sistem paduan besi-karbon, karena homogen - larutan padat (ferit dan austenit), senyawa kimia (sementit) atau zat unsur (grafit).

Komponen struktur ledeburit dan perlit tidak homogen. Mereka adalah campuran mekanis dengan sifat khusus (eutektik dan eutektoid).

Perlit disebut campuran eutektoid ferit dan sementit. Terbentuk dari austenit selama kristalisasi sekunder dan mengandung 0,8% C. Suhu pembentukan perlit adalah 723°. Suhu kritis ini, yang hanya diamati pada baja, disebut titik SEBUAH±. Perlit dapat mempunyai struktur pipih, bila sementit berbentuk pelat, atau berstruktur granular, bila sementit berbentuk butiran. Sifat mekanik perlit pipih dan granular agak berbeda. Perlit pipih memiliki kekuatan tarik 82 kg/mm 2 , perpanjangan relatif 15%, kekerasan N V = 190-^-230. Kekuatan tarik perlit granular adalah 63 kg/mm 2 , perpanjangan relatif 20% dan kekerasan R = 1,60-g-190.

Ledeburit disebut campuran eutektik austenit dan sementit. Ini terbentuk selama proses kristalisasi primer pada 1130°. Ini adalah suhu kristalisasi terendah dalam sistem paduan besi-karbon. Austenit, yang merupakan bagian dari ledeburit, berubah menjadi perlit pada suhu 723°. Oleh karena itu, di bawah 723° dan sampai suhu kamar, ledeburit terdiri dari campuran perlit dan sementit. Dia sangat keras (N V ^700) dan rapuh. Kehadiran ledeburite merupakan ciri struktural besi cor putih. Sifat mekanik paduan besi-karbon bervariasi tergantung pada jumlah komponen struktur, bentuk, ukuran dan lokasinya.

Diagram struktur keadaan Fe -Fe 3 C adalah diagram yang kompleks, karena pada paduan besi-karbon tidak hanya terjadi transformasi yang terkait dengan kristalisasi, tetapi juga transformasi dalam keadaan padat.

Batas antara baja dan besi cor putih adalah konsentrasi karbon 2%, dan ciri strukturnya adalah ada tidaknya ledeburit. Paduan dengan kandungan karbon kurang dari 2% (yang tidak mengandung ledeburit) disebut baja, dan paduan dengan kandungan karbon lebih dari 2% (yang memiliki ledeburit dalam strukturnya) disebut besi cor putih.

Tergantung pada konsentrasi karbon dan struktur baja, besi cor biasanya dibagi menjadi kelompok struktural berikut: baja hipoeutektoid (hingga 0,8% C); struktur - ferit dan perlit; baja eutektoid (0,8% C); struktur - perlit;

baja hipereutektoid (lebih dari 0,8 hingga 2% C); struktur - perlit menjadi sementit sekunder;

besi cor putih hipoeutektik (lebih dari 2 hingga 4,3% C); struktur - ledeburit (hancur), perlit dan sementit sekunder;

besi cor putih eutektik (4,3% C); struktur - ledeburit;

besi cor putih hipereutektik (lebih dari 4,3 hingga 6,67% C); struktur - ledeburite (hancur) dan sementit primer.

Pembagian ini, seperti dapat dilihat dari diagram fasa Fe-Fe 3 C, sesuai dengan keadaan struktural paduan yang diamati pada suhu kamar.

Pertanyaan 3.

Pilih paduan perkakas karbida untuk penggilingan halus pada permukaan bagian yang terbuat dari baja 30KhGSA. Berikan karakteristik, uraikan merek paduan yang dipilih, jelaskan fitur struktural dan sifat paduan.

Perkakas dibagi menjadi tiga kelompok: pemotong (pemotong, bor, pemotong, dll), pengukur (pengukur, cincin, ubin, dll), dan perkakas untuk pembentukan logam panas dan dingin (stempel, papan gambar, dll). Tergantung pada jenis perkakasnya, persyaratan baja untuk pembuatannya berbeda-beda.

Persyaratan utama baja untuk alat pemotong adalah adanya kekerasan yang tinggi, yang tidak berkurang pada suhu tinggi yang timbul selama pemrosesan logam dengan cara pemotongan (resistansi merah). Kekerasan alat pemotong logam harus R c = 60 65. Selain itu, baja untuk perkakas pemotong harus memiliki ketahanan aus yang tinggi, kekuatan dan ketangguhan yang memuaskan.

Baja berkecepatan tinggi paling banyak digunakan untuk pembuatan alat pemotong. Baja berkecepatan tinggi adalah paduan multikomponen dan termasuk dalam kelas baja karbida (ledeburite). Selain besi dan karbon, komposisinya meliputi kromium, tungsten dan vanadium. Unsur paduan utama dalam baja berkecepatan tinggi adalah tungsten. Yang paling banyak digunakan (Tabel 3) adalah baja berkecepatan tinggi grade P18 (18% W) dan P9 (9% W).

Baja berkecepatan tinggi memperoleh kekerasan tinggi R C = 62 dan ketahanan merah setelah perlakuan panas, yang terdiri dari pendinginan dan temper berulang.

Tabel 1

Komposisi kimia baja kecepatan tinggi

(menurut Gost 5952-51)

kualitas baja
	C	W	Kr	V	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

Gambar 3 menunjukkan grafik perlakuan panas baja berkecepatan tinggi R18.

Kami memilihnya sebagai kelas alat untuk penggilingan bersih karena... Baja kelas ini cocok untuk kita dalam hal karakteristiknya.

Perlakuan panas baja berkecepatan tinggi memiliki sejumlah ciri yang ditentukan oleh komposisi kimianya. Pemanasan baja berkecepatan tinggi selama pengerasan dilakukan hingga suhu tinggi (1260-1280°), diperlukan untuk melarutkan kromium, tungsten dan vanadium karbida dalam austenit. Pemanasan hingga 800-850° dilakukan secara perlahan untuk menghindari tekanan internal yang besar pada baja karena konduktivitas termal dan kerapuhannya yang rendah, kemudian pemanasan cepat dilakukan hingga 1260-1280° untuk menghindari pertumbuhan butiran austenit dan dekarburisasi. . Pendinginan baja berkecepatan tinggi dilakukan dalam minyak. Pengerasan bertahap baja berkecepatan tinggi dalam garam pada suhu 500-550° juga banyak digunakan.

Struktur baja kecepatan tinggi setelah quenching terdiri dari martensit (54%), karbida (16%) dan sisa austenit (30%). Setelah pengerasan, baja berkecepatan tinggi mengalami temper berulang kali pada suhu 560°. Biasanya tempering dilakukan sebanyak tiga kali dengan waktu penahanan 1 jam untuk mengurangi jumlah austenit yang tertahan dan meningkatkan kekerasan baja. Selama paparan pada suhu tempering, karbida dilepaskan dari austenit, dan ketika didinginkan, austenit berubah menjadi martensit. Seolah-olah terjadi pengerasan sekunder. Struktur baja berkecepatan tinggi setelah temper adalah martensit temper, karbida yang sangat tersebar, dan sejumlah kecil austenit yang tertahan. Untuk lebih mengurangi jumlah austenit yang tertahan, baja berkecepatan tinggi mengalami perlakuan dingin, yang dilakukan sebelum temper. Penggunaan sianidasi suhu rendah sangat efektif dalam meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.

Baja berkecepatan tinggi banyak digunakan untuk pembuatan berbagai alat pemotong; Perkakas berbahan baja ini beroperasi pada kecepatan potong 3-4 kali lebih tinggi dibandingkan kecepatan potong perkakas berbahan baja karbon, dan mempertahankan sifat pemotongan bila dipanaskan selama proses pemotongan hingga 600º - 620º.

Pertanyaan. 4 Pilih kelas baja yang paling rasional dan ekonomis untuk pembuatan pegas, yang setelah perlakuan panas harus memperoleh elastisitas tinggi dan kekerasan minimal 44 ... 45 HRC E. Berikan ciri-ciri, sebutkan komposisi baja, pilih dan membenarkan mode perlakuan panas. Menjelaskan dan membuat sketsa struktur mikro dan sifat baja setelah perlakuan panas.

Pegas digunakan untuk menyimpan energi (motor pegas), untuk menyerap dan menyerap guncangan, untuk mengkompensasi ekspansi termal dalam mekanisme distribusi katup, dll. Deformasi pegas dapat memanifestasikan dirinya dalam bentuk peregangan, kompresi, pembengkokan atau puntiran.

Hubungan antara gaya P dan deformasi pegas F disebut karakteristik pegas.

Menurut buku pegangan desainer - teknik mesin, penulis. Anuriev. V.I., kami memilih grade baja yang paling rasional dan ekonomis:

Baja – 65G(baja mangan), memiliki elastisitas dan kekerasan sebesar 42...48 HRC E. menurut Requel. Perlakuan panas baja: suhu pengerasan - 830 º C, (media minyak), tempering - 480 º C. Kekuatan tarik (δ B) - 100 kg/mm 2, kekuatan luluh (δ t) - 85 kg/mm 2, perpanjangan relatif (δ 5) – 7%, penyempitan relatif (ψ) – 25%.

Karakteristik – baja pegas berkualitas tinggi dengan kandungan P – S tidak lebih dari 0,025%. Dibagi menjadi 2 kategori: 1 – lapisan dekarbonisasi, 2 – dengan lapisan dekarbonisasi yang dinormalisasi

Pertanyaan 5. Paduan AK4-1 digunakan untuk memproduksi cakram kompresor mesin pesawat. Berikan uraian, tunjukkan komposisi dan karakteristik sifat mekanik paduan, metode dan sifat pengerasan paduan, metode perlindungan terhadap korosi.

AK4-1 merupakan paduan berbahan dasar aluminium, diolah menjadi produk melalui deformasi, diperkuat dengan perlakuan panas, dan tahan panas.

Komposisi paduan: 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%, pengotor hingga 0,83%. Kekuatan tarik paduan adalah 430 MPa, kekuatan luluh 0,2 - 280 MPa.

Paduan dengan besi, nikel, tembaga, dan elemen lainnya membentuk fase penguatan

Pertanyaan 6. Prasyarat ekonomi penggunaan bahan nonlogam dalam industri. Jelaskan golongan dan sifat-sifat plastik berisi gas, berikan contoh masing-masing golongan, sifat-sifatnya dan ruang lingkup penerapannya pada struktur pesawat terbang.

Baru-baru ini, bahan polimer non-logam semakin banyak digunakan sebagai bahan struktural. Ciri utama polimer adalah bahwa mereka memiliki sejumlah sifat yang tidak melekat pada logam, dan dapat berfungsi sebagai tambahan yang baik untuk bahan struktur logam atau sebagai penggantinya, dan berbagai sifat fisikokimia dan mekanik yang melekat pada berbagai jenis plastik dan plastik. kemudahan pengolahan menjadi produk menentukan Banyak digunakan di semua cabang teknik mesin, pembuatan instrumen, manufaktur peralatan dan kehidupan sehari-hari. Massa plastik dicirikan oleh berat jenis yang rendah (dari 0,05 hingga 2,0 gram/cm 3 ), memiliki sifat isolasi yang tinggi, tahan korosi dengan baik, memiliki berbagai koefisien gesekan dan ketahanan abrasi yang tinggi.

Jika perlu untuk mendapatkan produk yang memiliki ketahanan anti korosi, tahan asam, tidak bersuara dalam pengoperasian sekaligus memastikan ringannya konstruksi, massa plastik dapat berfungsi sebagai pengganti logam besi. Karena transparansi dan sifat plastiknya yang tinggi, beberapa jenis plastik banyak digunakan untuk pembuatan kaca pengaman industri otomotif. Dalam pembuatan produk dengan sifat isolasi listrik yang tinggi, plastik menggantikan dan menggantikan porselen, mika, ebonit, dan bahan bertegangan tinggi lainnya. Terakhir, permeabilitas uap, bensin dan gas, serta ketahanan air dan cahaya yang tinggi dengan tampilan yang baik, memastikan meluasnya penggunaan plastik di sejumlah industri.

Plastik digunakan untuk membuat sisipan bantalan, pemisah, roda gigi senyap, bilah kipas, bilah mesin cuci dan mixer, peralatan radio, kotak radio dan jam tangan, peralatan listrik, distributor, roda gerinda, kain tahan air dan dekoratif, serta berbagai barang konsumsi figuratif.

Plastik busa Ini adalah plastik ringan berisi gas yang dibuat dari resin sintetis. Plastik busa dibagi menjadi dua kelompok: 1 - bahan dengan pori-pori yang saling berhubungan - spons (kepadatan kurang dari 300 kg/m3), 2 - bahan dengan pori-pori terisolasi - busa (kepadatan lebih dari 300 kg/m3).

Sifat plastik busa sangat beragam: ada yang keras seperti kaca, ada pula yang elastis seperti karet. Semua plastik busa cocok untuk pemrosesan mekanis dengan peralatan pertukangan, mudah ditekan dalam keadaan panas menjadi produk dengan bentuk yang rumit dan direkatkan. Dalam industri pesawat terbang, plastik busa digunakan sebagai pengisi antara dua kulit untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan struktur, serta sebagai bahan isolasi panas dan suara.

Tujuan pekerjaan: studi tentang diagram kesetimbangan fasa dan transformasi fasa pada paduan biner aluminium dengan unsur lain.

Peralatan, perangkat, perkakas, bahan yang diperlukan: tungku peredam, penguji kekerasan TK-2M, sampel duralumin, stand “Struktur mikro paduan non-ferrous”, mikroskop metalografi.

Informasi teoretis

Aluminium merupakan logam esensial yang banyak digunakan dalam pembuatan berbagai paduan aluminium.

Warna aluminium putih keperakan dengan warna kusam yang khas. Aluminium mengkristal dalam kisi spasial kubus berpusat muka, tidak ada transformasi alotropik yang terdeteksi di dalamnya.

Aluminium memiliki kepadatan rendah (2,7 g/cm3), konduktivitas listrik yang tinggi (sekitar 60% konduktivitas listrik tembaga murni) dan konduktivitas termal yang signifikan.

Sebagai hasil oksidasi aluminium oleh oksigen atmosfer, lapisan oksida pelindung terbentuk di permukaannya. Kehadiran film ini menjelaskan tingginya ketahanan korosi pada aluminium dan banyak paduan aluminium.

Aluminium cukup tahan dalam kondisi atmosfer normal dan terhadap aksi asam nitrat pekat (90-98%), namun mudah dihancurkan oleh aksi sebagian besar asam mineral lainnya (sulfat, klorida), serta alkali. Ia memiliki keuletan yang tinggi baik dalam keadaan dingin maupun panas, dapat dilas dengan baik dengan pengelasan gas dan resistansi, tetapi diproses dengan buruk dengan pemotongan dan memiliki sifat pengecoran yang rendah.

Sifat mekanik berikut adalah karakteristik aluminium yang digulung dan dianil:  V= 80-100 MPa,  = 35-40%, NV = 250...300 MPa.

Ketika pengerjaan dingin, kekuatan aluminium meningkat dan keuletan menurun. Oleh karena itu, menurut tingkat deformasi, aluminium anil (AD-M), pengerjaan semi-dingin (AD-P) dan aluminium pengerjaan dingin (AD-N) dibedakan. Annealing aluminium untuk menghilangkan pengerasan dilakukan pada suhu 350…410 С.

Aluminium murni memiliki beragam kegunaan. Produk setengah jadi terbuat dari aluminium teknis AD1 dan AD, masing-masing mengandung setidaknya 99,3 dan 98,8% Al, - lembaran, pipa, profil, kawat untuk paku keling.

Dalam teknik kelistrikan, aluminium berfungsi untuk menggantikan tembaga yang lebih mahal dan lebih berat dalam pembuatan kabel, kabel, kapasitor, penyearah, dll.

Unsur terpenting yang dimasukkan ke dalam paduan aluminium adalah tembaga, silikon, magnesium dan seng.

Aluminium dan tembaga membentuk larutan padat dengan konsentrasi bervariasi. Pada suhu 0°C, kelarutan tembaga dalam aluminium adalah 0,3%, dan pada suhu eutektik 548°C meningkat menjadi 5,6%. Aluminium dan tembaga dengan perbandingan 46:54 membentuk senyawa kimia yang stabil CuAl 2.

Mari kita perhatikan keadaan paduan aluminium-tembaga tergantung pada komposisi dan suhunya (Gbr. 1). Garis CDE pada diagram adalah garis likuidus, dan garis CNDF adalah garis solidus. Bagian horizontal garis solidus NDF disebut juga garis eutektik.

Garis MN menunjukkan kelarutan tembaga dalam aluminium dengan variabel suhu. Akibatnya, garis MN merupakan batas antara larutan padat tak jenuh dan larutan jenuh. Oleh karena itu, garis ini sering juga disebut garis batas kelarutan.

Di wilayah I, paduan apa pun akan menjadi larutan cair homogen dari aluminium dan tembaga, yaitu AlCu.

R
adalah. 1. Diagram keadaan sistem Al–CuAl 2

Di wilayah II dan III, paduannya sebagian berbentuk cair dan sebagian lagi berbentuk padat.

Di wilayah II, fasa padat akan menjadi larutan padat tembaga dalam aluminium, dan fasa cair akan menjadi larutan cair aluminium dan tembaga, yaitu. Al(Cu) + (Al Cu), jika kita sepakat untuk menetapkan larutan padat tembaga yang kelarutannya terbatas dalam aluminium sebagai Al(Cu).

Di wilayah III, fasa cair juga akan berupa larutan cair aluminium dan tembaga, dan fasa padat akan berupa senyawa logam CuAl 2, yaitu.
+ (Al Cu). Indeks “I” (primer) menunjukkan bahwa CuAl 2 terbentuk selama kristalisasi dari wujud cair.

Di daerah lain, paduan yang dipadatkan sepenuhnya akan memiliki struktur sebagai berikut:

Pada wilayah IV terdapat larutan padat homogen tembaga dalam aluminium, yaitu Al(Cu);

Di wilayah V – larutan padat tembaga dalam aluminium dan sekunder
;

Di wilayah VI - larutan padat tembaga dalam aluminium, CuAl 2 sekunder dan eutektik, yaitu Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

Di wilayah VII - CuAl 2 primer dan eutektik, mis.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Eutektik dari paduan ini adalah campuran mekanis khusus dari kristal-kristal kecil bergantian dari larutan padat tembaga dalam aluminium dan senyawa logam CuAl 2, yaitu. Al(Cu) + CuAl 2 .

Semua paduan sistem Al – CuAl 2 dapat dibagi menjadi empat kelompok menurut struktur dan konsentrasinya:

Golongan 1 mengandung tembaga dari 0 hingga 0,3%;

Golongan 2 mengandung tembaga dari 0,3 hingga 5,6%;

Golongan 3 mengandung tembaga dari 5,6 hingga 33,8%;

Golongan 4 mengandung tembaga dari 33,8 hingga 54%.

Mari kita perhatikan struktur paduan sistem Al – CuAl 2.

Pada Gambar. 2, A menunjukkan struktur paduan golongan pertama, terdiri dari butiran larutan padat tembaga dalam aluminium. Struktur paduan kelompok kedua ditunjukkan pada Gambar. 2, B: butiran larutan padat tembaga dalam aluminium dan kristal CuAl 2 sekunder terlihat,

Struktur paduan hipoeutektik (larutan padat tembaga dalam aluminium, kristal CuAl 2 sekunder dan eutektik) ditunjukkan pada Gambar. 2, V. Struktur paduan eutektik - eutektik, terdiri dari kristal kecil larutan padat tembaga dalam aluminium dan CuAl 2 ditunjukkan pada Gambar. 2, G. Pada Gambar. 2, D Ditampilkan struktur paduan hipereutektik, terdiri dari kristal primer CuAl 2 dan eutektik.

Pada paduan yang mengandung eutektik, kandungan tembaga dapat ditentukan oleh strukturnya. Namun, dalam hal ini, perlu memperhitungkan jumlah tembaga yang ada dalam larutan eutektik dan padat. Misalnya, dalam paduan hipoeutektik yang mengandung 30% larutan eutektik dan 70% larutan padat, jumlah tembaga dalam larutan eutektik

dan dalam larutan padat

Akibatnya, paduan yang diteliti mengandung k x + k y = 14,06% tembaga, yang sesuai dengan titik A, yang terletak pada sumbu absis diagram keadaan sistem Al – CuAl 2 (Gbr. 1).

Saat menentukan komposisi paduan hipereutektik, jumlah tembaga yang ada dalam eutektik dan senyawa kimia dihitung
. Jumlah kuantitas ini akan sesuai dengan kandungan tembaga dalam paduan hipereutektik. Senyawa kimia CuAl 2 sangat keras dan rapuh.

Duralumin digunakan untuk pembuatan suku cadang dan elemen struktur dengan kekuatan sedang dan tinggi (  V= 420...520 MPa), membutuhkan ketahanan terhadap beban variabel pada struktur bangunan.

Duralumin digunakan untuk membuat kulit, rangka, stringer dan spar pesawat terbang, rangka penahan beban dan badan truk, dll.

Paduan Al dan Si disebut silumin. Mereka memiliki sifat pengecoran yang baik dan mengandung 4...13% Si. Dari diagram fasa paduan ini (Gbr. 3) dapat disimpulkan bahwa silumin adalah paduan hipoeutektik atau eutektik yang mengandung sejumlah besar eutektik dalam strukturnya.

Namun, ketika dituang dalam kondisi normal, paduan ini memperoleh struktur yang tidak memuaskan, karena eutektiknya ternyata berbentuk pipih kasar, dengan banyak inklusi silikon rapuh, yang memberikan sifat mekanik rendah pada paduan tersebut.

Pada Gambar. 4, A Struktur silumin tingkat AL2 yang mengandung 11...13% Si disajikan. Sesuai dengan diagram keadaan, paduan aluminium-silikon komposisi ini memiliki struktur eutektik. Eutektik terdiri dari  -larutan padat silikon dalam aluminium (latar belakang terang) dan kristal silikon besar dan rapuh berbentuk jarum. Pelepasan partikel silikon secara tajam menciptakan potongan tajam internal pada aluminium ulet dan menyebabkan kegagalan dini saat pembebanan.

Beras. 3. Diagram keadaan sistem Al–Si

Beras. 4. Silumin: A– sebelum modifikasi, eutektik jarum kasar (Al-Si) dan presipitasi silikon primer; B– setelah modifikasi, eutektik halus

(Al-Si) dan dendrit larutan padat silikon dan unsur lain dalam aluminium

Pengenalan pengubah mengubah sifat kristalisasi. Garis diagram fasa bergeser sehingga paduan dengan silikon 11...13% menjadi hipoeutektik.

Butiran cahaya yang berlebihan muncul di struktur  -larutan padat (Gbr. 4, B).

Pengubah mengubah bentuk partikel silikon: alih-alih berbentuk jarum, partikel-partikel kecil berbentuk ekuaks rontok, yang tidak menciptakan konsentrasi tegangan berbahaya selama pembebanan.

Sebagai hasil modifikasi, kekuatan tarik paduan ini meningkat dari 130 menjadi 160 MPa, dan perpanjangan relatif dari 2 menjadi 4%.

Paduan yang diproses dengan tekanan mengandung kurang dari 1% silikon. Dalam paduan aluminium yang mengandung magnesium, silikon berikatan dengannya menjadi senyawa logam stabil Mg 2 Si; dengan aluminium membentuk diagram fase tipe eutektik dengan larutan padat terbatas (Gbr. 5).

Senyawa Mg 2 Si dicirikan oleh kekerasan yang tinggi, kelarutannya yang bervariasi dalam aluminium memungkinkannya mencapai pengerasan yang signifikan selama perlakuan panas.

Dalam teknik kelistrikan, paduan aluminium seperti Aldrey, yang dicampur dengan magnesium dan silikon, digunakan. Ketika paduan yang mengeras menua, Mg 2 Si keluar dari larutan padat dan memperkuatnya. Dari hasil pengolahan tersebut dimungkinkan diperoleh kekuatan tarik hingga 350 MPa dengan perpanjangan relatif 10-15%. Adalah penting bahwa konduktivitas listrik dari paduan tersebut adalah 85% dari konduktivitas listrik aluminium konduktif. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa Mg 2 Si hampir seluruhnya dihilangkan dari larutan padat selama penuaan dan paduannya terdiri dari aluminium murni dan fase penguatan (Mg 2 Si).

R
adalah. 6. Diagram keadaan sistem Al–Mg

Magnesium juga membentuk larutan padat dengan aluminium  -fasa berdasarkan senyawa Mg 2 Al 3. Kebanyakan paduan aluminium mengandung tidak lebih dari 3% magnesium, namun pada beberapa paduan cor seperti magnesium, kandungannya mencapai 12%.

Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 6, eutektik terbentuk dalam paduan aluminium dengan magnesium. Kelarutan magnesium dalam aluminium sangat bervariasi menurut suhu.

Contohnya adalah paduan AL8. Dalam keadaan cor, ia memiliki struktur yang terdiri dari butiran larutan padat magnesium dalam aluminium dan inklusi senyawa rapuh Al 3 Mg 2.

Setelah pengecoran, dilakukan homogenisasi pada suhu 430 °C selama 15...20 jam, dilanjutkan dengan pendinginan dalam minyak.

Selama proses homogenisasi, inklusi Al 3 Mg 2 sepenuhnya masuk ke dalam larutan padat. Paduan yang mengeras memperoleh kekuatan yang cukup (  V= 300 MPa) dan keuletan yang lebih besar. Pada saat yang sama, paduan memperoleh ketahanan korosi yang tinggi. Penuaan pada paduan AL8 berbahaya: keuletan menurun tajam dan ketahanan terhadap korosi menurun.

Seng dimasukkan ke dalam beberapa paduan aluminium berkekuatan tinggi dalam jumlah hingga 9%. Dalam paduan biner dengan aluminium pada suhu di atas 250 °C, seng (dalam batas ini) berada dalam larutan padat (Gbr. 7).

Beras. 7. Diagram keadaan sistem Al–Zn

Semua paduan berkekuatan tinggi memiliki komposisi kimia yang kompleks. Jadi, paduan B95 mengandung 6% Zn, 2,3% Mg, 1,7% Cu, 0,4% Mn, dan 0,15% Cr. Seng, magnesium dan tembaga membentuk larutan padat dan senyawa logam dengan aluminium MgZn 2, Al 2 CuMg - fase S, Mg 4 Zn 3 Al 3 - fase T. Saat dipanaskan, senyawa logam ini larut menjadi aluminium.

Misalnya, pada suhu 475 ºС, kelarutan MgZn 2 dalam aluminium meningkat menjadi 18% (Gbr. 8).

Setelah pengerasan dan penuaan buatan, paduan B95 memilikinya  V= 600 MPa,  = 12%. Mangan dan kromium meningkatkan efek penuaan dan meningkatkan ketahanan korosi pada paduan.

(berat)

Beras. 8. Diagram keadaan sistem Al–MgZn 2

Peraturan keselamatan

1. Patuhi semua tindakan pencegahan dan peraturan keselamatan saat menyiapkan mikroseksi.

2. Saat menggiling bagian mikro, Anda harus lebih sering mendinginkan sampel untuk mencegah luka bakar pada jari Anda.

3. Saat mengetsa bagian yang tipis, gunakan sarung tangan karet.

4. Saat mempelajari struktur paduan pada mikroskop, Anda harus memastikan bahwa paduan tersebut memiliki landasan yang andal.

5. Anda sebaiknya hanya menggunakan peralatan dan perlengkapan yang dapat diservis.

Perintah kerja

1. Pelajari diagram keadaan paduan aluminium.

2. Memberikan karakteristik paduan tertentu (struktur, transformasi fasa, komposisi, sifat, ruang lingkup).

3. Gambarkan struktur paduan yang diteliti.

Sketsa struktur mikro dari paduan yang dipelajari menunjukkan fase dan komponen struktural.

Menyalin diagram kesetimbangan fasa yang ditentukan oleh guru.

Untuk paduan dengan komposisi tertentu, deskripsi semua transformasi fasa selama pemanasan atau pendinginan dan penentuan komposisi kimia fasa.

Pertanyaan kontrol

Mengapa ketahanan korosi pada banyak paduan aluminium lebih rendah dibandingkan aluminium murni?

Apakah mungkin untuk menentukan jenis paduan berdasarkan struktur mikro paduan - cor atau tempa?

Bagaimana struktur paduan aluminium tempa yang tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas?

Bagaimana penguatan paduan aluminium fase tunggal dicapai?

Apa perlakuan panas penguatan pada paduan aluminium fase ganda?

Apa tujuan pengerasan duralumin?

Apa sifat mekanik utama duralumin?

Paduan apa yang disebut silumin?

Berapa kekuatan spesifik paduan aluminium?

Elemen paduan utama dalam paduan aluminium.

Tujuan pekerjaan: studi tentang diagram kesetimbangan fasa dan transformasi fasa pada paduan biner aluminium dengan unsur lain.

Peralatan, perangkat, perkakas, bahan yang diperlukan: tungku peredam, penguji kekerasan TK-2M, sampel duralumin, stand “Struktur mikro paduan non-ferrous”, mikroskop metalografi.

Informasi teoritis singkat

Aluminium merupakan logam esensial yang banyak digunakan dalam pembuatan berbagai paduan aluminium.

Warna aluminium putih keperakan dengan warna kusam yang khas. Aluminium mengkristal dalam kisi spasial kubus berpusat muka, tidak ada transformasi alotropik yang terdeteksi di dalamnya.

Aluminium memiliki kepadatan rendah (2,7 g/cm3), konduktivitas listrik yang tinggi (sekitar 60% konduktivitas listrik tembaga murni) dan konduktivitas termal yang signifikan.

Sifat mekanik berikut adalah karakteristik aluminium yang digulung dan dianil:  V= 80-100 MPa,  = 35-40 %, NV= 250...300 MPa.

Ketika pengerjaan dingin, kekuatan aluminium meningkat dan keuletan menurun. Menurut tingkat deformasi, aluminium anil (AD-M), pengerjaan semi dingin (AD-P) dan pengerjaan dingin (AD-N) dibedakan. Annealing aluminium untuk menghilangkan pengerasan dilakukan pada suhu 350…410 С.

Dalam teknik kelistrikan, aluminium berfungsi untuk menggantikan tembaga yang lebih mahal dan lebih berat dalam pembuatan kabel, kabel, kapasitor, penyearah, dll.

Unsur terpenting yang dimasukkan ke dalam paduan aluminium adalah tembaga, silikon, magnesium dan seng.

Di wilayah I, paduan apa pun akan menjadi larutan cair homogen dari aluminium dan tembaga, yaitu AlCu.

Beras. 1. Diagram keadaan sistem Al–CuAl 2

Di wilayah II dan III, paduannya sebagian berbentuk cair dan sebagian lagi berbentuk padat.

Di daerah lain, paduan yang dipadatkan sepenuhnya akan memiliki struktur sebagai berikut:

Pada wilayah IV terdapat larutan padat homogen tembaga dalam aluminium, yaitu Al(Cu);

Di wilayah V – larutan padat tembaga dalam aluminium dan sekunder
;

Di wilayah VI - larutan padat tembaga dalam aluminium, CuAl 2 sekunder dan eutektik, yaitu Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

Di wilayah VII - CuAl 2 primer dan eutektik, mis.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Eutektik dari paduan ini adalah campuran mekanis khusus dari kristal-kristal kecil bergantian dari larutan padat tembaga dalam aluminium dan senyawa logam CuAl 2, yaitu. Al(Cu) + CuAl 2 .

Semua paduan sistem Al – CuAl 2 dapat dibagi menjadi empat kelompok menurut struktur dan konsentrasinya:

Golongan 1 mengandung tembaga dari 0 hingga 0,3%;

Golongan 2 mengandung tembaga dari 0,3 hingga 5,6%;

Golongan 3 mengandung tembaga dari 5,6 hingga 33,8%;

Golongan 4 mengandung tembaga dari 33,8 hingga 54%.

Mari kita perhatikan struktur paduan sistem Al – CuAl 2. Pada Gambar. 2, A menunjukkan struktur paduan golongan pertama, terdiri dari butiran larutan padat tembaga dalam aluminium. Struktur paduan kelompok kedua ditunjukkan pada Gambar. 2, B: butiran larutan padat tembaga dalam aluminium dan kristal CuAl 2 sekunder terlihat,

dan dalam larutan padat

Akibatnya, paduan yang diteliti mengandung

k x + k y = 14,06% tembaga,

yang bersesuaian dengan titik A yang terletak pada sumbu absis diagram keadaan sistem Al – CuAl 2 (Gbr. 1).

Dalam teknologi, terutama digunakan paduan aluminium yang mengandung 2...5% tembaga, yang disebut duralumin. Mereka diproses dengan baik di bawah tekanan dan memiliki sifat mekanik yang tinggi setelah perlakuan panas dan pengerasan dingin. Duralumin digunakan untuk pembuatan suku cadang dan elemen struktur dengan kekuatan sedang dan tinggi (  V= 420...520 MPa), membutuhkan ketahanan terhadap beban variabel pada struktur bangunan. Duralumin digunakan untuk membuat kulit, rangka, stringer dan spar pesawat terbang, rangka penahan beban dan badan truk, dll.

Beras. 3. Diagram keadaan sistem Al–Si

Beras. 4. Silumin: A– sebelum modifikasi, eutektik jarum kasar (Al-Si) dan presipitasi silikon primer; B– setelah modifikasi, eutektik halus

(Al-Si) dan dendrit larutan padat silikon dan unsur lain dalam aluminium

Pengenalan pengubah mengubah sifat kristalisasi. Garis diagram fasa bergeser sehingga paduan dengan silikon 11...13% menjadi hipoeutektik. Butiran cahaya yang berlebihan muncul di struktur  -larutan padat (Gbr. 4, B). Pengubah mengubah bentuk partikel silikon: alih-alih berbentuk jarum, partikel-partikel kecil berbentuk ekuaks rontok, yang tidak menciptakan konsentrasi tegangan berbahaya selama pembebanan.

Sebagai hasil modifikasi, kekuatan tarik paduan ini meningkat dari 130 menjadi 160 MPa, dan perpanjangan relatif dari 2 menjadi 4%.

Paduan yang diproses dengan tekanan mengandung kurang dari 1% silikon. Dalam paduan aluminium yang mengandung magnesium, silikon berikatan dengannya menjadi senyawa logam stabil Mg 2 Si; ia membentuk diagram fase tipe eutektik dengan aluminium dengan larutan padat terbatas ( beras. 5).

Senyawa Mg 2 Si dicirikan oleh kekerasan yang tinggi, kelarutannya yang bervariasi dalam aluminium memungkinkannya mencapai pengerasan yang signifikan selama perlakuan panas.

R
adalah. 6. Diagram keadaan sistem Al–Mg

Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 6, eutektik terbentuk dalam paduan aluminium dengan magnesium. Kelarutan magnesium dalam aluminium sangat bervariasi menurut suhu. Contohnya adalah paduan AL8. Dalam keadaan cor, ia memiliki struktur yang terdiri dari butiran larutan padat magnesium dalam aluminium dan inklusi senyawa rapuh Al 3 Mg 2. Setelah pengecoran, dilakukan homogenisasi pada suhu 430 °C selama 15...20 jam, dilanjutkan dengan pendinginan dalam minyak.

Beras. 7. Diagram keadaan sistem Al–Zn

Misalnya, pada suhu 475 ºС, kelarutan MgZn 2 dalam aluminium meningkat menjadi 18% (Gbr. 8).

Setelah pengerasan dan penuaan buatan, paduan B95 memilikinya  V= 600 MPa,  = 12%. Mangan dan kromium meningkatkan efek penuaan dan meningkatkan ketahanan korosi pada paduan.

(berat)

Beras. 8. Diagram keadaan sistem Al–MgZn 2

Peraturan keselamatan

Perintah kerja

Sketsa struktur mikro dari paduan yang dipelajari menunjukkan fase dan komponen struktural.

Menyalin diagram kesetimbangan fasa yang ditentukan oleh guru.

Untuk paduan dengan komposisi tertentu, deskripsi semua transformasi fasa selama pemanasan atau pendinginan dan penentuan komposisi kimia fasa.

Pertanyaan kontrol

Mengapa ketahanan korosi pada banyak paduan aluminium lebih rendah dibandingkan aluminium murni?

Apakah mungkin untuk menentukan jenis paduan berdasarkan struktur mikro paduan - cor atau tempa?

Bagaimana struktur paduan aluminium tempa yang tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas?

Bagaimana penguatan paduan aluminium fase tunggal dicapai?

Apa perlakuan panas penguatan pada paduan aluminium fase ganda?

Apa tujuan pengerasan duralumin?

Apa sifat mekanik utama duralumin?

Paduan apa yang disebut silumin?

Berapa kekuatan spesifik paduan aluminium?

Elemen paduan utama dalam paduan aluminium.

Paduan sistem Al-Mg mencakup kelompok besar paduan yang banyak digunakan dalam industri: AMg0,5; ; ; ; ; ; . Hampir semua jenis produk setengah jadi dibuat darinya: lembaran, pelat, tempa, stempel, produk pres (batang, profil, panel, pipa) dan kawat. Semua paduan dari kelompok yang dipertimbangkan dapat dilas dengan baik dengan semua jenis pengelasan.

Produk setengah jadi yang terbuat dari paduan ini memiliki tingkat karakteristik kekuatan yang relatif tinggi dibandingkan dengan paduan non-pengerasan termal lainnya. Jadi, nilai minimum kekuatan luluh untuk bahan lembaran (ketebalan ~2 mm) dalam keadaan anil untuk rangkaian paduan yang ditunjukkan masing-masing adalah 30, 40, 80, 100, 120.150 dan 160 MPa. Kekuatan tarik biasanya dua kali lipat kekuatan luluh, menunjukkan keuletan yang relatif tinggi dari paduan tersebut. Namun, mereka mengeras cukup cepat, yang berdampak buruk pada keuletan teknologinya. Yang terakhir ini menurun secara signifikan dengan meningkatnya konsentrasi magnesium. Oleh karena itu, paduan dengan kandungan magnesium lebih dari 4,5% dapat diklasifikasikan sebagai paduan “semi-keras” dan bahkan “keras”.

Peran negatif peningkatan kandungan magnesium lebih terasa dalam pembuatan produk pengepresan. Paduan dengan kandungan magnesium tinggi ditekan pada kecepatan rendah (puluhan kali lebih rendah dibandingkan, misalnya, beberapa paduan sistem Al-Zn-Mg atau Al-Mg-Si), yang secara signifikan mengurangi produktivitas bengkel pengepresan. Produksi produk setengah jadi yang digulung dari paduan AMg6 merupakan proses padat karya. Oleh karena itu, baru-baru ini, magnesium paduan tinggi mulai digantikan dengan paduan yang lebih berteknologi maju, misalnya paduan berdasarkan sistem Al-Zn-Mg (1935, 1915, 1911), yang secara signifikan melebihi paduan AMg6 dalam hal sifat kekuatan (terutama di kekuatan luluh) dan tidak kalah dengan itu dalam banyak karakteristik korosi.

Magnesium paduan rendah dengan kandungan magnesium hingga 3% akan digunakan lebih luas karena ketahanan terhadap korosi dan keuletannya yang tinggi. Menurut diagram fasa paduan Al-Mg, pada suhu eutektik 17,4% Mg larut dalam aluminium. Ketika suhu menurun, kelarutan ini menurun tajam dan pada suhu kamar menjadi sekitar 1,4%.

Jadi, paduan dengan kandungan magnesium tinggi dalam kondisi normal memiliki unsur jenuh (tergantung pada tingkat paduannya), dan oleh karena itu, paduan tersebut harus menunjukkan efek penuaan. Namun, perubahan struktural yang terjadi pada paduan ini selama penguraian larutan padat hampir tidak berpengaruh pada tingkat karakteristik kekuatan dan pada saat yang sama secara tajam mengubah ketahanan korosi pada produk setengah jadi. Alasan perilaku anomali ini terletak pada sifat penguraian larutan padat dan komposisi fasa endapan. Karena untuk paduan Al-Mg batas suhu atas pembentukan zona GP (atau suhu kelarutan kritis zona GP - t K) secara signifikan lebih rendah daripada suhu kamar, penguraian larutan padat terjadi sesuai dengan mekanisme heterogen dengan pembentukan fase transisi (B') dan kesetimbangan (B-Mg 2 Al3). Endapan ini berinti secara heterogen pada antarmuka (butir, partikel intermetalik, dll.), serta dislokasi, dan oleh karena itu kontribusinya terhadap proses pengerasan kecil dan sepenuhnya dikompensasi oleh tingkat pelunakan yang disebabkan oleh penurunan konsentrasi magnesium dalam solusi padatnya. Oleh karena itu, dalam praktiknya, efek penguatan paduan kelompok ini tidak diamati selama penguraian larutan padat selama penuaan alami atau buatan atau dalam berbagai kondisi anil.

Fase B dalam larutan klorida berair netral (NaCl 3%) memiliki potensi korosi negatif sebesar - 0,930 V. Dalam larutan yang sama, tetapi pada nilai pH yang lebih rendah, yaitu dalam lingkungan asam, perbedaan potensial antara fase dan fase larutan padat walaupun berkurang, namun tetap cukup besar: (-0,864 V) - - (-0,526 V) = 0,338 V. Dan sebaliknya pada lingkungan basa (3% NaCl + 1% NaOH) aluminium dan paduan aluminium mengandung 1 -9% Mg , menjadi lebih negatif daripada fase B, dan beda potensial untuk nilai ekstrim daerah konsentrasi magnesium yang ditunjukkan masing-masing adalah +0,24 dan +0,18 V. Ciri-ciri perubahan elektrokimia yang dipertimbangkan karakteristik komponen struktural individu paduan A1-Mg, tergantung pada lingkungan eksternal, terutama menentukan ketahanan paduan MKK, RSK dan KR.

Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa paduan dengan kandungan magnesium lebih dari 1,4% berpotensi sensitif terhadap satu, dua atau semua jenis korosi yang disebutkan sebelumnya. Namun, pengalaman luas dalam mengoperasikan struktur dan berbagai percobaan menunjukkan bahwa secara praktis paduan dengan konsentrasi magnesium tidak melebihi 3,5% (AMrl, AMg2 dan sebagian AMg3) tidak menunjukkan sensitivitas terhadap RS dan RSC (Gbr. 56).

Studi mikroskopis elektron menunjukkan bahwa hal ini disebabkan oleh distribusi diskrit partikel fase B di sepanjang batas butir karena rendahnya jenuh larutan padat. Oleh karena itu, proses korosi dalam lingkungan netral dan asam hanya dibatasi oleh pelarutan elektrokimia partikel-partikel yang muncul pada permukaan paduan yang bersentuhan langsung dengan elektrolit.

Paduan tersebut tahan korosi bahkan dalam keadaan pengerjaan dingin, yaitu meskipun pengerjaan dingin mempercepat dekomposisi larutan padat, hal ini tidak mengubah sifat distribusi presipitasi pada batas butir. Pada saat yang sama, karena pengaruh menguntungkan dari anisotropi struktural dalam hal ini, ketahanan terhadap lubang korosi meningkat secara signifikan. Paduan dengan kandungan magnesium lebih dari 3,5% (AMg3, AMg4) dan terutama lebih dari 5% (AMg5, AMg6) dalam keadaan struktural tertentu dan dalam kondisi lingkungan tertentu mungkin sensitif terhadap MCC dan RSC, serta CR.

Untuk paduan sistem Al-Mg, faktor elektrokimia dalam retak korosi memainkan peran yang jauh lebih besar dibandingkan paduan sistem lainnya. Oleh karena itu, mencegah pembentukan film fase B di sepanjang batas butir juga disarankan untuk meningkatkan ketahanan Raman. Dalam kondisi produksi, metode peningkatan resistensi Raman dari magnalium doping menengah inilah yang telah banyak digunakan.

Untuk paduan paduan rendah dengan kandungan magnesium lebih dari 1,4%, penggunaan metode perlakuan termal dan termomekanis yang mendorong distribusi fase B yang seragam memainkan peran yang lebih kecil dibandingkan paduan paduan sedang dan tinggi. Namun, dalam keadaan semi-pengerasan yang diperoleh dengan menggunakan efek LTMT, selain munculnya anisotropi struktural, yang menghambat penyebaran korosi lebih dalam, distribusi fase B yang lebih seragam juga tampaknya memberikan efek positif. Misalnya, kedalaman korosi pada lembaran paduan AMg2 yang dikenai TMT berkurang secara signifikan dibandingkan dengan kedalaman korosi pada lembaran pengerjaan dingin konvensional.

Peningkatan kedalaman lesi lokal pada paduan AMg2 dalam keadaan anil di bawah kondisi atmosfer laut juga sebagian dapat dikaitkan dengan heterogenitas endapan fase B. Oleh karena itu, untuk paduan AMg2 disarankan untuk menggunakan teknologi yang memungkinkan diperolehnya distribusi fase berlebih yang seragam. Namun, meski menggunakan teknologi konvensional, rendahnya kandungan unsur paduan ternyata menjadi faktor penentu dalam menentukan ketahanan korosi pada paduan ini. Hal ini dibuktikan dengan ketahanan korosi yang cukup tinggi dari paduan AMg2 di lingkungan yang berbeda.

Contoh tipikalnya adalah perilaku Magnalia di air laut. Setelah 10 tahun pengujian, paduan tipe AMg2 memiliki ketahanan terhadap korosi yang sangat dekat dengan ketahanan korosi di atmosfer laut (Tabel 30).

Paduan tipe AMg4 memiliki kedalaman lubang korosi yang jauh lebih besar di air laut dibandingkan paduan tipe AMg2. Untuk paduan tipe AMg5, kedalaman pitting maksimum meningkat lebih tajam.

Jadi, dalam air laut terdapat korelasi yang jelas antara sensitivitas terhadap korosi struktural (yaitu, retak korosi tegangan dan korosi pengelupasan kulit) dan lubang normal. Dengan peningkatan derajat paduan, kejenuhan larutan padat meningkat dan, dengan demikian, sensitivitas terhadap korosi struktural terkait dengan kecenderungan pengendapan selektif fase B. Dalam hal ini, untuk paduan AMg4, AMg5 dan khususnya AMg6, peran faktor teknologi yang menentukan keseragaman distribusi fase B dalam paduan meningkat.

Salah satu cara efektif untuk meningkatkan ketahanan korosi magnalium paduan menengah adalah TMT. Sesuai dengan ini, resistansi maksimum RSC dan CR hanya dapat dicapai jika struktur poligonisasi dibentuk dalam produk setengah jadi yang dikombinasikan dengan distribusi fase kedua yang seragam. Hasil positif juga dapat dicapai dengan menggunakan mode anil pada suhu di bawah garis kelarutan magnesium dalam aluminium pada tahap akhir pemrosesan. Harus diingat bahwa produk setengah jadi dengan tingkat rekristalisasi berbeda berperilaku berbeda. Saat ini, struktur dibuat dari produk setengah jadi yang dianil dengan struktur sebagian (produk setengah jadi yang dipres dan canai panas) dan rekristalisasi seluruhnya (lembaran dan pipa canai dingin). Karena korelasi antara parameter teknologi dan sifat korosi berubah tergantung pada sifat struktur, kami akan mempertimbangkan efek anil secara terpisah untuk produk setengah jadi yang mengalami deformasi dingin dan panas.

Klasifikasi paduan aluminium. Dari hasil analisa diperoleh diagram keadaan aluminium magnesium

Entri Terbaru