Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

/roo

woo

•4

800 -

600

свойств алюминиевой бронзы при увеличении в ней содержания алю-

миния

до 9,5% А1.

№

281. Провести микроанализ отожженной алюминиевой бронзы

с 5% А1 (марка Бр.А5) и с 10% А1 (марка Бр.АЮ). Определить:

а)

структуру

и фазы, присутствующие в указанных бронзах; б)

состав бронзы (из числа рассматриваемых), принимающей закалку

(см.

диаграмму состояния Си—А1 на рис. 261).

№

282. Провести микроанализ образцов дуралюмина: 1) литого;

2) пластически деформированного и затем отожженного; 3) закален-

ного.

Рассматривая условно дуралюмин

как

сплав системы А1—Си (см.

рис.

135) * указать: а) по диаграмме

состояния А1—Си

(ИЛИ

А1—Си—Mg,

см.

рис. 168) его

структуру

при со-

держании 5% Си; б) причину образо-

вания

эвтектики в литом дуралю-

мине с 5% Си; в)

структуру

закален-

ного дуралюмина, содержащего 5%

Си,

и показать возможность терми-

ческой обработки дуралюмина.

№

283. Провести микроанализ

силумина (12% Si) без специальной

обработки (модифицирования) и по-

сле модифицирования. Указать: а)

различие в

структуре

немодифици-

рованного и модифицированного си-

луминов; б) процессы, протекающие

при

модифицировании, и ее влияние

на

механические свойства силумина.

№

284. Провести микроанализ дуралюмина и алюминиевомедного

сплава с 8—10% Си. Описать: а) особенности структуры этих спла-

вов, рассматривая их условно как сплавы на основе системы А1—Си

(см.

рис. 135); б) качественно литейные свойства сплавов и способ-

ность принимать пластическую деформацию, учитывая положение

этих сплавов на диаграмме состояния А1—Си.

Л* 285. Провести микроанализ сплавов титана ВТ5 (5% А1)

ВТЗ-1 (5% А1, 2% Сг и 2,5% Мо).

Указать: а)

структуру

сплавов и на основании диаграммы со-

стояния

Ti—А1

описать превращения в сплаве ВТ5 при нагреве;

б) влияние хрома и молибдена на области существования а- и р-мо-

дификаций

титана (на основе сопоставления

структур

сплавов ВТК

ВТЗ-1); в) возможность закалки сплава типа ВТЗ-1 и характер

происходящих при этом превращении (условно по диаграмме со-

стояния

сплавов Ti—Сг (см. рис. 133).

Л* 286. Провести микроанализ подшипниковых сплавов на основе

олова (типа Б83) и на основе свинца (типа БС). Описать: а) основные

10 15

Содержание/11,%

Рис. 261. Диаграмма состояния спла-

вов

Си

—А1

Дуралюмин

содержит, кроме того,

магний,

кремний,

марганец и железо.

331

особенности структуры обоих сплавов; б) особенности превращений

этих сплавов при охлаждении из жидкого состояния.

Для решения задачи рассмотреть диаграммы состояния Sn—Sb

(см.

рис. 69) и РЬ—Sb (см. рис. 65).

ГЛАВА

ЛАБОРАТОРНЫЕ

РАБОТЫ

ПО

ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКЕ

ДУРАЛЮМИНА

МЕТОДИЧЕСКИЕ

УКАЗАНИЯ К

ВЫПОЛНЕНИЮ

РАБОТ

дуралюминам относится большая группа сплавов на основе

алюминия

(см. табл. 40), деформируемых (ковкой, прокаткой, прес-

сованием или волочением) и упрочняемых термической обработкой.

структуре

дуралюмина после отжига присутствуют фазы:

а-твердый раствор (основа) и химические соединения Mg

Si, W

(Al^CUyMg^Siu) или S (Al

CuMg), а также фаза, содержащая железо, —

N(Cu

AlFe).

Фазы Mg

Si, W и S растворяются при температуре за-

калки

(400—500°

С) и выделяются при старении, вызывая упрочне-

ние

сплава.

Структурой сплавов после закалки являетдя практически одно-

фазный

пересыщенный а-твердый раствор (а также нерастворимая

при

нагреве

N-фаза).

Процессы

превращений при термической обработке дуралюмина

можно приближенно рассматривать по диаграмме состояния

А1—Си

(рис.

135), поскольку медь является основным легирующим компо-

нентом

сплава. Из диаграммы

следует,

что химическое соединение

СиА1

может быть растворено в а-фазе только при нагреве до темпе-

ратуры выше линии ограниченной растворимости меди в алюминии.

При

быстром охлаждении от этой температуры твердый раствор не

распадается и при 20° С он

будет

пересыщенным по отношению к рав-

новесному (отожженному) состоянию сплава. Такой раствор является

метастабильным и при длительном пребывании в области нормальных

температур (естественное старение) или при сравнительно непродол-

жительном нагреве (искусственное старение) изменяет свое состоя-

ние,

приближаясь к более равновесному. Это приводит к увеличению

прочности и твердости, но снижению пластичности (табл. 17).

Структурные превращения, происходящие при старении, нельзя

наблюдать в оптическом микроскопе (из-за малой разрешающей

Таблица

Обработка сплава Д16

Закалка

Естественное

старение

Ч,

кгс/мм

НВ

105

6. %

332

способности метода); их определяют методами электронной микроско-

пии

и рентгеноструктурного анализа. По этим данным при естествен-

ном

старении в решетке

а-твердого

раствора возникают группировки

атомов из атомов легирующих элементов (меди, магния, кремния),

причем состав этих групп на стадии, отвечающей максимальному

упрочнению, близок к составу соответствующих избыточных фаз

(Mg

S, W или S). Такие группы называют зонами Гинье—Престона

(ГП2).

При

искусственном старении в решетке твердого раствора обра-

зуются группы атомов, состав которых и строение близки к проме-

жуточным состояниям указанных выше избыточных фаз. Образова-

ние

зон ГП2 в решетке твердого раствора или областей типа про-

межуточных фаз, когерентно связанных (т. е. сопряженных) с решет-

кой

твердого раствора, создает значительное сопротивление для

дислокаций.

Поэтому дислокации для своего продвижения должны

либо перерезать эти зоны (или области) или участки образующихся

фаз,

либо огибать их, что

требует

приложения значительных напря-

жений

и собственно и является причиной упрочнения сплавов.

В промышленности чаще применяют естественное старение, хотя

при

этом упрочнение происходит значительно медленнее, чем при

искусственном старении. Это объясняется не только технологиче-

ской

простотой течения естественного старения, но и тем, что в ре-

зультате

дуралюмин обладает и большей коррозионной стойкостью

большей вязкостью разрушения (см. с. 157), т. е. менее подвержен

опасным

хрупким разрушениям.

В промышленности используют также обработку «на возврат».

Она

заключается в кратковременном нагреве дуралюмина после

естественного старения до температуры

250°

С с последующим бы-

стрым охлаждением. При таком нагреве зоны Гинье—Престона рас-

сасываются. Поэтому после охлаждения состояние сплава близко

тому,

которое он приобретает при обычной закалке. Дуралюмины

после

«возврата»

имеют низкую прочность и твердость, но высокую

пластичность и

могут

подвергаться тем же операциям обработки

давлением (штамповке, гибке и т. д.), как и свежезакаленный сплав,

котором не развилось естественное старение. После

«возврата»

(как

и после обычной закалки) дуралюмин может быть упрочнен при

естественном или искусственном старении.

В приведенных ниже лабораторных работах предусмотрено изу-

чение влияния термической обработки (закалки, старения и возврата)

на

механические свойства * дуралюмина. Для выполнения работы

может быть выбран дуралюмин любого состава по табл. 40 (см.

стр.

432—433).

Для измерения твердости можно применять пластинки или шайбы,

а для определения предела прочности, текучести и относительного

удлинения — нормальные или плоские разрывные образцы (см.

с. 137).

* При прохождении курса по сокращенной программе в данных лабораторных

работах можно ограничиться лишь определением твердости.

333

Продолжительность выдержки

при

закалке образцов диаметром

мм и

высотой

5 мм

должна быть

не

менее

15 мин при

нагреве

в се-

литровой ванне

и 30 мин при

нагреве

электрической печи.

Охла-

ждение

воде.

Естественное старение достигается вылеживанием образцов

при

нормальной

температуре

течение четырех-семи суток. Твердость

измеряют вдавливанием шарика

по

Роквеллу

при

нагрузке

100 кгс

через

60 и 120

мин,

затем через каждые

24 ч

после начала вылежи-

вания.

Старение

при 100° С

следует

проводить

кипящей воде,

при 150

175° С — в

масляной ванне

(или в

печи)

и при

более высоких

тем-

пературах

— в

печи

или

легкоплавких солях

охлаждением

воде.

Для изучения процесса возврата образцы должны быть предва-

рительно закалены

подвергнуты естественному старению. Возврат

проводят нагревом

до 250° С с

выдержкой

течение

3 мин (для

образ-

ца

диаметром

20 мм и

высотой

5 мм) и

охлаждением

воде.

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

287.

Определить влияние температуры старения (отпуска)

на

твердость закаленного дуралюмина.

Старение провести

при 100° С с

выдержками

15, 30, 45 и 60 мин;

при

150° С с

выдержками

5, 15, 30, 45 и 60

мин;

при 200° С с

выдерж-

ками

3, 5, 10, 15, 30 и 45

мин;

при 250° С с

выдержками

1, 3, 5, 10,

и 30 мин и при 300° С с

выдержками

1, 3, 5, 10 и 15 мин.

Твердость должна быть измерена после закалки

на

одном-двух

образцах

из

серии

после старения

на

каждом образце.

Каждый

студент

проводит старение

при

одной температуре

и вы-

держке

и по

данным, полученным другими студентами группы, строит

график

изменения твердости

координатах твердость—продолжи-

тельность старения.

Для

каждой температуры старения

на

диаграмму

наносят

отдельную кривую.

Объяснить, каким превращениям

структуре

соответствует полу-

ченный

ход

изменения твердости.

№

288.

Провести закалку образцов дуралюмина

с 500° С и

искус-

ственное старение

при 150° С в

течение

15, 30, 45

мин,

1 и 2 ч.

Построить график изменения твердости

при

искусственном

ста-

рении,

объяснить механизм повышения твердости (прочности)

и ука-

зать,

как

изменяется пластичность

при

старении.

№

289.

Провести закалку образцов

с 500° С и

искусственное

ста-

рение

при 175° С в

течение

15, 30, 45 мин, 1 ч.

Построить график изменения свойств

зависимости

от

продол-

жительности старения.

Объяснить процесс искусственного старения

описать выделяю-

щиеся

фазы.

№

290.

Провести закалку образцов дуралюмина

с 500° С и

искус-

ственное старение

при 200° С

продолжительностью

15, 30, 45

мин,

1 ч.

Твердость образцов больших размеров лучше измерять

по

Бринеллю

при на-

грузке

62,5 кгс и

диаметре шарика

2,5 мм.

с34

Построить график изменения свойств при естественном и искус-

ственном старении.

Рассматривая условно дуралюмин как двойной сплав на основе

системы А1—Си, характеризовать

структуру

сплава с 5% Си после

закалки

и после искусственного старения.

Объяснить процесс коагуляции и его влияние на свойства сплава.

ГЛАВА

XXI

ЗАДАЧИ

ПО РАЗБОРУ МИКРОСТРУКТУР

ЦВЕТНЫХ

МЕТАЛЛОВ

СПЛАВОВ

Для выполнения задач студенты должны ознакомиться с типо-

выми структурами, приведенными в гл. XIX. Каждый

студент

вы-

полняет

одну-две

задачи (в лаборатории или в виде домашнего за-

дания).

№

291. Два образца меди были нагреты в восстановительной атмо-

сфере до

600—800°

С, Один из образцов получил наружные дефекты,

Рис. 262. Медь после нагрева в восстановительной атмосфере

(600—800*

G) (В. В. Жолобов,

Н.

И. Зедин):

а — поверхность меди, натуральная величина; б ~- микроструктура, нетравленный шлиф;

Х130

показанные

на рис. 261; второй таких дефектов не имел. В нетравлен-

ном

микрошлифе первого образца были также обнаружены дефекты

(рис.

262).

Микроструктура, которую имели эти образцы до нагрева в вос-

становительной атмосфере, показана на рис. 263.

Описать особенности структуры и объяснить, по данным микро-

анализа образцов до нагрева, причину появления в первом образце

дефектов, показанных на рис. 261.

№

292. На рис. 264, а показана микроструктура латуни после

холодной деформации, а на рис. 264, б, в, г — микроструктура этой же

латуни, но после отжига соответственно до 300, 500, 700" С,

335

Рис. 263. Микроструктура медных образцов до нагрева в восстановительной ат-

мосфере.

X 130 (В. В. Жолобов, Н. И. Зедин):

а — образец, имеющий дефекты, показанные на рис. 262; б — образец, не имеющий

дефектов

Рис. 264. Микроструктура латуни. X 130:

а — после холодной пластической деформации; б, в, г — после холодной пла-

стической деформации и отжига соответственно при 300, 500 и

700*

Определить температуру рекристаллизации и указать свойства

после холодной деформации и после рекристаллизации. Объяснить,

какие

изменения механических свойств вызовет отжиг латуни, вы-

полненный

при температуре, значительно превышающей температуру

рекристаллизации

(700°

С).

№

293. На рис. 265, а, б показана микроструктура

двух

широко

применяемых латуней с разным содержанием цинка.

Рассмотрев диаграмму

Си—Zn

(см. рис. 127), описать приведен-

ные

микроструктуры и указать их фазовый состав.

Рис. 265. Микроструктура латуней о различными содержанием цинка после обработки

давлением и отжига. X 200

Исходя из общих закономерностей влияния фазового состава

структуры на свойства указать, в чем заключается различие

меха-

нических свойств латуней, показанных на рис. 265.

№

294. Однофазные медноцинковые сплавы (а-латуни) после

отливки имеют микроструктуру, показанную на рис. 266, а. После-

дующая обработка значительно изменяет

структуру

литой однофаз-

ной

латуни, как это показывает, например, микроструктура на

рис.

266, б, где заметны двойниковые зерна.

Описать

структуру

латуни, показанную на рис. 266, а, б, и ука-

зать способ обработки, изменяющей ее

структуру.

Указать, в каком

направлении

изменяются при этом механические свойства.

№

295. На рис. 267 показана микроструктура а-латуни после

холодной деформации и отжига.

Указать, в чем заключается различие в режиме обработки латуни,

которое вызвало видимое на фотографиях изменение в размерах

зерна, и его влияние на механические свойства.

№

296. В судостроении применяют латунь с 1,5% Sn и 37% Zn

(морская

латунь). В

результате

медленного охлаждения после горя-

чей обработки она становится хрупкой. В то же время быстро

охла-

жденная морская латунь не является хрупкой.

337

На

рис. 268, а, б дана микроструктура морской латуни после

быстрого и медленного охлаждения. На основании диаграммы

Си—Zn—Sn

(см. рис. 165) определить фазовый состав этой латуни

по данным микроанализа объяснить причину появления хрупкости.

Ч S

Рис. 266. Микроструктура однофазной латуни. X 100:

— после литья; б — после дальнейшей обработки

Рис. 257. Микроструктура латуни после холодной деформации и отжига. Х125

Л* 297. Латуни с 1—3% А1 имеют по сравнению с простыми ла-

тунями повышенную прочность и большую устойчивость против

коррозии.

Введение в эту латунь, кроме того, 1% Fe дополнительно

повышает прочность.

338

На

рис. 269, а показана микроструктура латуни с 70% Си и 2% А1

(остальное

цинк),

а на рис. 269, б — такая же латунь, содержащая,

кроме

того,

% Fe (структуры приведены в состоянии после дефор-

мации

и рекристаллизации).

Рис. 268. Микроструктура латуни о 1,5% Sn и 37% Zn (В. В. Жолобов,

Н.

И. Зедин):

а —. после быстрого охлаждения; б *- после медленного охлаждения. X 300

Рис. 269. Микроструктура латуни с 70% Zn и 2% А1. Х100 (В. В. Жолобов, Н. И. Зедин),

а — без добавки железа; б — с добавкой 1% железа

Объяснить,

какие изменения в

структуре

латуни вызывают

добавление железа и почему эти изменения повышают ее прочность.

№

298. На рис. 270 показана микроструктура меди, содержащей

небольшую примесь висмута.

На

основании диаграммы Си—Bi указать

структурную

форму

выделений,

наблюдаемых на микрофотографии.

S39

Характеризовать влияние висмута, учитывая

его

механические

свойства

температуру плавления,

на

пластичность меди

при низ-

ких

и при

повышенных температурах.

Указать, какие пределы содержания висмута установлены ГОСТ

для наиболее чистых сортов меди

какие меры применяют

процессе

производства меди

для

умень-

шения

содержания

в ней вис-

мута.

№299.

На

рис. 271,

пока-

зана

микроструктура алюми-

Шк ниевой бронзы

с 5% А1.

Описать режим обработки

бронзы,

имеющей указанную

структуру,

для получения струк-

туры, показанной

на

рис. 271,

б.

Объяснить, какое влияние

на

свойства бронзы окажет

из-

менение

микроструктуры.

№

300. Алюминиевая бронза

8,1% А1

после деформации

холодном состоянии нагрева-

270. микроструктура

ЛИТОЙ

меди, со- лась до 700,

900°

С в течение

держащей ^большую примесь^вис^мута. х 130

Ч С ПОСЛвДуЮЩИМ ускорением

охлаждением

(на

воздухе).

Микроструктура бронзы, полученная после этой обработки,

показана

соответственно

на рис. 272, а, б.

Указать, какие процессы происходят

при

нагреве соответственно

до

700,

900°

С. По

диаграмме Си—А1

приведенным фотографиям

Рис.

271.

Микроструктура

алюминиевой бронзы

(5% А1) (В. В.

Жолобов,

Н. И.

Зедин):

а -*•

исходном

состоянии.

X 50; б

•=- после дополнительной обработки.

X 230

определить фазовый состав, который получила бронза после

на-

грева

до

названных температур

ускоренного охлаждения.

S40