Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Определение твердости металлов и сплавов

Определение твердости металлов и сплавов

Данный метод заключается во вдавливании шарика, который изготавливается из стали или твёрдого сплава, в испытуемый объект с некоторой силой направленной перпендикулярно, и последующего измерения полученного диаметра отпечатка.

Твердость по Бринеллю имеет своё символьное обозначение:

НВ – наносится в случае использования стального шарика;

HBW – в данном случае применяется шарик из твёрдого сплава.

Перед буквенным обозначением указывается цифровое значение твёрдости, а после него диаметр шарика, значение силы воздействия и время выдержки, если она отлична от 10 до 15 секунд.

250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250 , использовался пяти миллиметровый стальной шарик, сила воздействия составляла 750 кгс ( 7355 Н ). Продолжительность выдержки не указана, это означает, что она находится в пределах от 10 до 15 секунд;

575 HBW 2,5/187,5/30 – твердость по Бринеллю 575 , используется твердосплавный шарик с диаметром 2,5 мм , приложенная сила равна 187,5 кгс ( 1839 Н ) а выдержка составляет 30 секунд.

При силе 3000 кгс ( 29420 Н ) приложенной твердосплавным или стальным десятимиллиметровым шариком к поверхности образца или изделия с выдержкой от десяти до пятнадцати секунд указывают только твёрдость и символы.

Пример: 190 НВ , 600 HBW .

Метод Виккерса

Данным методом твёрдость измеряется по средствам вдавливания алмазного наконечника с геометрической формой правильной четырехгранной пирамиды в испытуемый объект и последующим замером диагоналей получившегося отпечатка после его выведения.

Твердость по Виккерсу обозначают цифрами в зависимости от величины твердости и буквами HV .

450 HV – твердость по Виккерсу соответствует значению 450 , приложенная сила 30 кгс и время затраченное на выдержку 10 – 15 секунд.

220 HV 10 / 40 – твердость по Виккерсу ровна значению 220 , сила ровна 98,07 Н ( 10 кгс ), выдержка 40 секунд.

Общего точного перевода чисел твердости, измеренных алмазной пирамидой (по Виккерсу), на числа твердости по другим шкалам или на прочность при растяжении не существует. Поэтому следует избегать таких переводов, за исключением частных случаев, когда благодаря сравнительным испытаниям имеются основания для перевода.

Метод Роквелла

Данный метод основан на внедрение в поверхность тела алмазного конусного или стального сферического наконечника под действием двух последовательных сил с последующим определением глубины проникновения наконечника. Причём замер производится после отключения основной силы.

Обозначение твёрдости по Роквеллу наносится символами, HR перед которыми указывается цифровое значение твердости, а после символ принадлежности к определённой шкале.

Пример: 24,8 HRC – твердость по Роквеллу 24,8 единиц по шкале С .

Для унификации измерений был введён специальный эталон для шкал твердости Роквелла и Супер-Роквелла ( ГОСТ 8.064 – 94 ), которые приведены в таблице ниже.

В последующих таблицах приводятся приближенные соотношения между значениями твердости, выявленные различными методами.

Подскажите по разновидностям алюминиевых сплавов?

Почему для пневмы на ВД используют Д16Т?
Я посмотрел гост на этот материал и сравнил с остальной линейкой Д16. У некоторых сплавов параметры даже немного лучше.

Существует ли сплав Д16(без буквы на конце)?
Можно ли его использовать как аналог?

Речь едет о листовом материале толщиной 40мм. Хочу сделать сложную коробку, а в ней и редуктор и манометры. Рабочие давление до 300 атм.

Напрягать зря ЧПУшника не хочу, да и денег лишних не хочется тратить. Я просил человека посмотреть пределы по документам, но там похоже какие то сложности.

http://guns.allzip.org/topic/24/265925.html
Д16 существут, буква Т говорит о том что сплав был подвергнут термообработке и старению. Д16т прочней Т16

Характеристика материала Д16

Из одного форума: Термообработка дюралюминов типа Д1, Д16, В95 заключается в закалке в воду с 500:520 град. с последующей выдержкой при комнатной температуре в течение 75:100 часов (естественное старение) или при 175:150 град. в течение 1..2 часов (искусственное старение).
Как раз буква Т в названии марки и указывает на искусственное старение (Д16Т).

Д16(Все) ГОСТ 21631-76
Предел 470 Текучесть 300

Марка(основа) Д16Б, Д16 > на выходе после обработки
Обработка отжиг
= Д16БМ, Д16М Предел 145-235
Обработка закалка и естественное старение
= Д16БТ, Д16Т Предел 440 Текучесть 290
Обработка нагартованные после закалки и естественного старения
= Д16БТН, Д16ТН Предел 475 Текучесть 360

Хм..
Твердость материала Д16, сплав отожженный HB 10 -1 = 42 МПа
Твердость материала Д16 после закалки и старения HB 10 -1 = 105 МПа
http://www.acrossteel.ru/directory/mat_start_1173.html

Это чудо хочу сотворить.

Ну , вообьщем Д16Т в 2 раза твёрже д16.

ПРикольная коробочка, надёюсь всё получиться, и будет обзорчик

Тоже надеюсь на то что все получится и будет обзорчик.

Д16 точно не пойдет!?

Где достать Кусок 40х130х80 материала Д16Т

Можно и из Д16, но толщина стенки должна быть соответствующая. Тебе бы солид воркс, там можно деталь на давления проверить.

Солид у него есть — проверит ))

Солидворк 2011 осиливаю.
Это первое что я нарисовал
http://guns.allzip.org/topic/24/714388.html
Это было дальше
Сам узел. Все расчеты сделаны под сталь 12Х18Н10Т на 300атм. (В процессе заказа)

Панель для дисплея кнопок и МК.(Заказано)

Скоба. (Заказано)

Плавный спуск и в конце упругий клик.

Внешний заправочный порт из 12Х18Н10Т(Готово)

Ближнее кольцо(заказано)

Дальнее кольцо с фиксацией в ложе(заказано)

Передняя пробка(не доделано)

Соленоид(не доделано)

Как физику на давление моделировать пока не знаю.

по скобе отписался вконтакте

как материал д16, д16тпп не сильно интересный . гораздо интересней материал в95. по ценнику не очень отличаются

Используется Д16Т в силу того, что:

1. Прессовку под себя из нужного вам сплава вы не закажете — не те объемы.
2. Выбор ходовых сплавов достаточно велик, и Д16(Т) с В95(Т) там занимают свою нишу не даром.
3. Готовых (из наличия) пресовок нужных размеров из этих сплавов вполне достаточный выбор.

Читайте так же:
Чем можно спаять провода

Да, можно вычитать в справочнике извращенский экспериментальный сплав, из которого что-то делалось два раза за всю историю, а потом возмущаться, почему его нет в наличии.
Это глупо.
Глупо, ибо:
1. Свойства, особенно долговременные, редких сплавов хреново изучены или не изучены вообще.
2. Заказывать целую плавку под себя — это круто, но неоправдано. Остатки и излишки никто не купит.
3. Все техпроцессы, особенно химичекие, придется адаптировать.

Алюминиевый круг АК6Т1

ак6т1 круг

Алюминий марки АК6Т1 представляет собой деформируемый сплав. Также он может обозначаться в виде 1360. Т1 в маркировке указывает на закаленность и искусственную состаренность металла, которая необходима для придания ему наивысших прочностных характеристик.

Сплав АК6Т1 часто используют для изготовления прессованного прутка, больших труб и некоторых элементов со средним уровнем прочности в самолетостроении, которые производят методом штамповки или ковки. Также из этого материала выпускают алюминиевые круги, которые являются востребованными в строительстве. Они позволяют производить монтаж вытяжных заклепок.

Основные параметры сплава АК6Т1

К наиболее важным преимуществам алюминиевого круга можно отнести следующее:

  • высокая антикоррозийная устойчивость;
  • относительно небольшой вес;
  • хорошие пластичные свойства, что облегчает процесс прессования и обработки;
  • легкость при механической обработке, прессовании;
  • простота во время эксплуатации и при выполнении монтажных работ.
  • Технологические свойства сплава
  • Для алюминия АК6Т1 характерны следующие технологические свойства:
  • удельный вес – 2750 кг/м3;
  • твердость металла – 95-100 МПа;
  • термическая обработка – закалка алюминиевого круга выполняется при температуре 505-525°С, а их состаривание происходит приблизительно за 96 ч при температуре 20°С и за 10-15 ч при 160°С.

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ЦЕНА НА АЛЮМИНИЕВЫЕ КРУГИ МАРКИ АК6Т1 ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ПОСТАВКИ (КОЛИЧЕСТВА, УСЛОВИЙ ОПЛАТЫ, ДОСТАВКИ), ДАННЫЙ ПРАЙС-ЛИСТ НОСИТ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР!

Механические свойства сплава АК6Т1

круги из алюминия ак6т1

Для металлопродукции из сплава АК6Т1 предусмотрена дополнительная термическая обработка. Выпускаемый алюминиевый круг может быть как мягким, так и закаленным, который состаривался естественным либо искусственным путем. После отжига металл приобретает ковкость и пластичность, благодаря чему он проще поддается резанию, штамповке и другим видам механической обработки. Изделия из алюминия АК6Т1 подвергают специальной прокатке с обжатием, что позволяет повысить прочность верхнего слоя металла, при этом другие свойства сплава не ухудшаются.

Заготовки для изготовления алюминиевого круга методом прессования разогревают в специальных электрических печах, которые позволяют точно контролировать температурный режим при автоматической работе.

Время для разогрева изделий из сплава АК6Т1 определяется диаметром круга. Для проката до 100 мм на каждый 1 мм сечения необходимо от 60 до 72 с, а для круга больше 100 мм – от 48 до 60 с.

Для ускорения нагрева заготовок из алюминия АК6Т1 предусмотрена принудительная циркуляция воздуха. Она повышает скорость нагрева приблизительно на 25-50%. Когда алюминиевые заготовки разогреваются до предельных температур ковки, выполняется выдержка, которая позволяет выровнять структуру материала и убрать внутренние напряжения. На каждый 1 мм диаметра алюминиевого круга рекомендуется соблюдать выдержку в пределах 0,3-0,4 мин. Выравнивание структуры происходит при температуре на 15-20°С меньше момента пластичности, при котором меняется структура алюминия. Для сплава АК6Т1 допускается перепад температур не больше 40°С.

Круг из сплава АК6Т1 изготавливают в соответствии с ГОСТ 21488-97. Этот алюминиевый металлопрокат проходит закалку и состаривание искусственным путем, что позволяет улучшить его механические показатели. Старение алюминиевого круга должно осуществляться при температуре 200°С. Также для придания сплаву необходимых качеств используются такие легирующие добавки как железо, медь, кремний, марганец и магний. Алюминиевый пруток АК6Т1 сохраняет свою структуру и свойства благодаря отсутствию термообработки при его изготовлении. Также это позитивно сказывается на ковкости металла и на простоте его обработки. Изделия из сплава АК6Т1 наделены отличными антикоррозийными характеристиками и сохраняют свои свойства даже под воздействием высоких температур. Также металл обладает хорошей свариваемостью. Все это позволяет расширить возможную область применения данной металлопродукции.

Физические свойства и химический состав АК6Т1

круг ак 6т1

Прокат из сплава АК6Т1 обладает относительно небольшим весом, хорошими пластичными, электро- и теплопроводными свойствами. Металл характеризуется стойкостью к температурным перепадам и может эксплуатироваться в течение длительного времени. Также алюминиевый круг имеет высокие прочностные характеристики.

ГОСТ 21488-97 определяет физические свойства и состав алюминия АК6Т1, из которого изготавливают прессованный пруток. Этот легированный металл проходит закалку, а также его состаривают искусственным путем. В его составе содержится 1,8-2,6% меди, 0,7-1,2% кремния, 0,4-0,8% магния и марганца, 0,7% железа, 0,3% цинка, 0,1% никеля и 0,1% титана.

Допускается наличие примесей не более 0,1% от общего объема. Легирующие добавки значительно повышают прочность алюминиевого круга, что также зависит и от метода производства. Прутки с повышенным пределом прочности в 390-430 МПа получают с помощью закалки и искусственного старения, а изделия из сплава АК6Т1 с прочностью 375 МПа не проходят закалку, благодаря чему они обладают большей пластичностью.

Испытывающий нагрузку на разрыв круг АК6Т1 может удлиняться на 10-12%, что зависит от диаметра проката. Такой алюминиевый круг может успешно эксплуатироваться в условиях пониженных температур, так как он не становится хрупким при остывании.

Технологические характеристики сплава АК6Т1

Алюминий АК6Т1 относят к ковочным металлам, он пластичен и устойчив к возникновению трещин при обработке методом горячей деформации. Под воздействием некоторых нагрузок сплав склонен к окислению, поэтому рекомендуется выполнять анодирование либо обработку алюминиевого круга специальными средствами. Эти методы защитят изделия из сплава АК6Т1 от преждевременного разрушения под влиянием нагрузок, ультрафиолетовых лучей, осадков, высокой влажности и других факторов.

Читайте так же:
Чем варят нержавейку полуавтоматом

Тестирование прутка АК6Т1 в соляной кислоте (3% раствор) показало сопротивление коррозии на уровне 120 МПа по высоте, 150 МПа по сечению и 200 МПа по осевой линии.

При состаривании алюминиевого круга происходит улучшение его антикоррозийных характеристик. Нагрев сплава не оказывает влияния на стойкость к образованию трещин. Его деформация происходит при температуре 420-470°С. Механическая и термическая обработка при нагреве до 505-525°С с закалкой и состариванием повышает уровень ударной вязкости. Это позволяет прокату АК6Т1 набрать прочность и уменьшить глубину рекристаллизованного ободка.

Алюминий марки АК6Т1 хорошо поддается различным видам сварки, а шов получается достаточно прочным (до 70% от прочности самого сплава).

Ковка

алюминиевый круг марки ак6т1

Для выполнения ковки алюминиевого круга могут быть использованы следующие методы:

  • осадка заготовки на подставку. Алюминий АК6Т1 при этом способе деформируется недостаточно;
  • осадка с дальнейшей вытяжкой. Этого варианта обработки также может быть недостаточно;
  • с двойной осадкой и двойной вытяжкой. Ковка алюминиевого круга часто выполняется с использованием именно этого метода;
  • с тройной осадкой и тройной вытяжкой. Данный способ обработки придает сплаву АК6Т1 нужный уровень прочности.

Структура материала стали АК6Т1

Структура проката из сплава АК6Т1 зависит от разновидности заготовки:

  • для прессованной продукции характерна рекристаллизированная с крупными зернами структура. Такой алюминиевый круг способен выдержать нагрузку до 520 МПа;
  • заготовки, которые были получены литьем, обладают более низкой прочностью кристаллической решетки. При этом рекристаллизация отсутствует.

При изготовлении штамповочных деталей сложной формы возможно появление остаточных напряжений. Сохранить механические параметры алюминия марки АК6Т1 можно при выполнении штамповки плашмя. Закалка с использованием разогретой до 80-90°С воды помогает уменьшить коробление и поводку металлоизделий малой толщины и непростой формы. Постепенное снижение температуры сплава АК6Т1 позволяет сделать минимальными внутренние напряжения, возникающие при деформации. Предварительный нагрев обеспечивает для металла более легкую деформацию.

Сортамент кругов из сплава АК6Т1

Пруток АК6Т1 выпускается немерной длины. При диаметре алюминиевого круга до 80 мм длина может составлять от 1 до 6 м, а для диаметра 110 мм и больше – 0,5-4 м. Тонкие изделия с диаметром не более 15 мм выпускаются в бухтах различной длины. Металлопрокат из алюминия АК6Т1 с улучшенными прочностными характеристиками изготавливается диаметром 55-300 мм. Если при производстве круга использовалась закалка и состаривание, то его диаметр не превысит 100 мм. В некоторых случаях диаметр алюминиевого круга увеличивают, что предварительно обговаривается с заказчиком.

Небольшой круг с диаметром до 30 мм пакуется в пучки, которые затем маркируются при помощи специального ярлыка. Для прутков АК6Т1 с диаметром больше 30 мм маркировка выполняется клеймом или краской, а также могут приклеиваться маркировочные этикетки.

круг марки ак6т1

На складах алюминиевый круг хранится партиями, каждая из которых включает в себя продукцию из сплава одной определенной марки, одного уровня прочности, одного способа производства, одной точности и формы. При соблюдении необходимых условий хранения металлоизделий из сплава АК6Т1, они будут сохранять свои характеристики в течение многих лет.

Область применения кругов из сплава АК6Т1

Сплав АК6Т1 обладает уникальным набором характеристик, что сделало его востребованным в различных видах промышленности, в строительстве и в быту. Пруток используют как в качестве уже готовых изделий, так и в роли заготовок для последующего изготовления различных деталей. Такой алюминиевый круг необходим при производстве штамповочных изделий сложной формы и поковок, которые способны выдерживать значительные динамические нагрузки.

Пруток АК6Т1 часто используется в станкостроении и в производстве спецтехники. В автомобилестроении алюминиевый круг необходим для изготовления элементов трансмиссии и других деталей, на которые воздействуют повышенные нагрузки. Изделия из сплава АК6Т1 устойчивы к агрессивным средам, поэтому они повышают надежность важных узлов автомобиля, контактирующих с топливом или выхлопными газами.

Алюминий марки АК6Т1 подходит для изготовления различных деталей холодильного оборудования, работающего в условиях пониженных температур. При сильном охлаждении металл не становится хрупким и может выдерживать разные нагрузки и вибрации.

Высокая прочность и надежность алюминиевого круга позволяют успешно применять его в железнодорожном машиностроении. Также металл АК6Т1 обладает высокими антикоррозийными качествами, поэтому часто используется и в судостроении.

Металлопрокат в виде алюминиевого круга востребован в пищевой и фармацевтической отрасли, что обусловлено экологической чистотой материала. Благодаря устойчивости к агрессивным средам, изделия из сплава АК6Т1 активно используются на нефтеперерабатывающем и химическом производстве. Данная продукция подходит для создания различных деталей медицинского оборудования.

В строительной сфере алюминиевый круг необходим для монтажа опорных конструкций и несущих каркасов. Его небольшой вес позволяет снизить нагрузку на фундамент, при этом конструкция получается достаточно высокой прочности. Сплав АК6Т1 наделен хорошими электротехническими характеристиками, поэтому его используют в электронике и для изготовления различных проводников.

Алюминий АК6Т1 не теряет своих свойств при нагревании или температурных перепадах, поэтому широко используется в производстве авиатехники и в ракетостроении. Из алюминиевого круга изготавливают крепежные элементы, детали корпуса, крыльчатки вентиляторов и компрессорных устройств.

Готовый металлопрокат в виде алюминиевого круга поставляется в разных вариантах длины и диаметра. Его правильное хранение и перевозка обеспечивают очень долгую сохранность свойств материала.

Д16т твёрдость по бринеллю

1. Нарисовать диаграмму состояния Al-Cu. Отметить на ней сплав Д16 (1160). Нанести на диаграмму температурный интервал нагрева под закалку сплавов.

2. Провести закалку 12 образцов сплава Д16 (1160).

3. Провести старение образцов сплава при температурах 100, 200, 250 o C и продолжительностях выдержки: 5,10,20,30 минут.

4. Нарисовать схемы трех типов изменений микроструктуры при старении с когерентной, полукогерентной и некогерентной границами раздела

Читайте так же:
Как выкрутить обломок шпильки

5. Построить графики зависисмости твердости образцов от времени старения для каждой из температур старения.

6. Объяснить полученные результаты работы.

1. Перед проведением работы включить печи и довести температуру нагрева в печи под закалку до 500 o C, а в печах для старения до 100, 200, 250 o C.

2. В печь под закалку заложить на поддоне 12 образцов сплава Д16 (1160). После 40. 50-минутной выдержки провести закалку всех образцов воде, обеспечив ускоренное перенесение образцов в закалочный бак и энергичное перемешивание воды.

3. Измерить твердость по шкале HRB оттоженного образца и 12 закаленных образцов. Перед измерением твердости зачистить торцевые поверхности образцов на наждачной бумаге. Объединить закаленные образцы по 4 штуки с приблизительно одинаковой твердостью.

4. Провести искуственное старение при температурах 100, 200, 250 o С. Заложить в соответствующую печь по 4 образца. Провести отбор образцов после 5-, 10-, 20- и 30-минутной выддержки. После остывания образцы зачистить на наждачной бумаге, измерить их твердость по шкале HRB.

5. Полученные значения твердости по шкале HRB перевести в твердость по Бриннелю (HB) с помощью таблицы. Результат измерения твердости занести в журнал лабораторных работ.

6. Построить графики зависимости твердости HB сплава Д16 (1160) от времени выдержки для каждой температуры старения.

Для алюминиевых сплавов широкое распространение получили три основных вида термической обработки: отжиг, закалка и старение.

После отжига, который проводится при температурах 200..560 o C (в зависимости от назначения), вследствие достижения равновесного состояния структура сплавов представляет собой твердый раствор с низким содержанием легирующих элементов (сотые доли процентов) и крупные включения интерметаллидных фаз. При таком структурном состоянии сплавы отличаются низкой твердостью, прочностью и высокой пластичностью, поскольку крупные включения интерметаллидов не могут эффективно тормозить движение дислокаций.

Влияние режима обработки на механические свойства дюралюмина Д16 (1160)

Алюминиевые сплавы, имеющие переменную растворимость компонентов в твердом состоянии, можно упрочнить термической обработкой, состоящей из закалки и старения.

Цель закалки — получить в сплаве предельно неравновесное фазовое состояние — пересыщенный твердый раствор с максимально возможным содержанием легирующих элементов. Такое состояние обеспечивает, с одной стороны, повышение (по сравнению с равновесным состоянием после отжига) твердости и прочности при сохранении пластичности, а с другой — возможность дальнейшего упрочнения при старении.

Высокая пластичность сплавов после закалки позволяет подвергать полуфабрикаты формоизменнию с целью изготовления деталей, пока легирующие элементы находятся в твердом растворе.

При старении структура сплавов приближается к равновесной в результате распада пересыщенного твердого раствора и образования мелкодисперсных частиц. При этом повышаются твердость, прочность, снижается пластичность, возрастает сопротивление коррозии.

Из термически упрочняемых сплавов наиболее широкое применение получили дюралюмины (система легирования Al-Cu-Mg) и высокопрочные сплавы (Al-Zn-Cu-Mg). Средний химический состав и типичные механические свойства этих сплавов приведены в таблицах.

Химический состав деформируемых термически упрояняемых алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784-97)

Расмотрим особенности упрочнения сплавов на примере дюралюминов. Термическая обработка дюралюминов основана на переменной растворимости меди и магния в алюминии. В равновесном состоянии сплавы содержат твердый раствор и включения вторичных фаз Θ (CuAl2) и S (CuAl2Mg). Количество S-фаз возрастает с увеличением содержания Mg в сплаве.

Для наглядности примем, что основной фазой в дюралюминах является Θ, и фазовые превращения будем рассматривать по двойной диаграмме Al-Cu.

Термически упрочняемыми в системе (Al-Cu) являются сплавы с содержанием меди более 0,1%, максимальная растворимость меди в алюминии при 20 о С. Растворимость меди в твердом растворе α повышается до 5,65% при температуре 548 o C (температура эвтектического превращения).

Сплавы, содержащие не более 5,65% меди, относятся к деформируемым. После отжига эти сплавы состоят из твердого раствора на основе алюминия α, содержащего 0,1% Cu, и крупных включений Θ-фазы (фаза переменного состава с 53. 55 % Cu).

Прочность сплава после отжига минимальная.

Закалка деформируемых сплавов заключается в нагреве и выдержке при температуре, когда вторичная Θ-фаза полностью растворится в твердом растворе α, и последующем быстром охлаждении до комнатой температуры (20..25 o C). В результате закалки структура, равновесная при температуре нагрева, фиксируется при температуре 20. 25 o C, так как при быстром охлаждении не происходит распад твердого раствора (выделение Θ-фазы). После закалки получается пересыщенный твердый раствор с существенно более высоким содержанием меди по сравнению с равновесной структурой (0,1% Cu). Содержание меди в пересыщенном твердом растворе соответствует ее содержанию в сплаве.

Сплавы, содержащие более 5,65% Cu, относятся к литейным. Температура нагрева под закалку этих сплавов на 5. 15 o C ниже температуры эвтектического превращения. При закалке получается пересыщенный твердый раствор с меньшей концентрацией меди, чем содержится в сплаве. При нагреве под закалку и после закалки в сплавах присутствует нерастворившаяся эвтектика (α + Θ). Сохранение нерастворившейся доли Θ-фазы объясняет причину уменьшения содержания меди в пересыщенном твердом растворе.

Охлаждение при закалке производится со скоростью больше критической — минимальной скорости охлаждения, при которой не происходит распад пересыщенного твердого раствора. В промышленности большинство алюминиевых сплавов при закалке охлаждают в воде с температурой до 40 o C. Скорость охлаждения тонкостенных изделий в холодной воде (600. 800 o C/c) значительно превосходит критические скорости охлаждения сплавов (10. 120 o C/c). Такие условия охлаждения обеспечивают значительную прокаливаемость. Изделия из алюминиевых сплавов прокаливаются насквозь в сечениях 120..150 мм.

Пересыщенный твердый раствор закаленного сплава отличается повышенным уровнем свободной энергии. Распад твердого раствора, происходящий при старении, приближает фазовое состояние к равновесному.

Основными параметрами старения являются температура и продолжительность выддержки. Старение может развиваться без нагрева (при 20. 25 o C) — естественное старение — либо при повышенных температурах (обычно 100. 200 o C) — искусственное старение. Старение приводит к структурным изменениям, вызывающим упрочнение.

Читайте так же:
Моторчик шуруповерта 12 вольт

Главной особенностью старения является то, что распад твердого раствора проходит несколько стадий. При повышении температуры и увеличении продолжительности выдержки последовательно возникают следующие образования: зоны Гинье-Престона (зоны ГП), кристаллы метастабильной фазы, кристаллы стабильной фазы. Эти образования расположены в порядке возрастания энергии зарождения.

Зоны ГП в сплавах Al с Cu представляют собой небольшие участки (в форме дисков диаметром 20 нм, толщиной 1 нм) твердого раствора, обогащенные медью. Их кристаллическая структура такая же, как у твердого раствора, но с меньшим периодом решетки, так как атомный радиус меди меньше (

10%), чем атомный радиус алюминия. Вокруг каждой зоны ГП возникают упругие искажения кристаллической решетки. Упрочнение при зонном старении (образовании зон ГП) обусловленно торможением дислокаций при их прохождении через упруго искаженную матрицу и при перерезании самих зон.


Типы выделений из пересыщенного твердого раствора: а — зона ГП (1 — атомы растворителя, 2 — растворенные атомы); б — кристаллы метастабильной фазы (когерентное выделение); в — кристаллы метастабильной фазы (полукогерентное выделение); г — кристаллы стбаильной фазы (некогерентное выделение)

Метастабильная фаза Θ’ по составу приближается к стабильной (CuAl2), имеет отличную от α кристаллическую решетку. Фаза Θ’ сопряжена когерентной или полукогерентной границей с решеткой твердого раствора. Нарушение когерентности устраняет упругие искажения матрицы. Торможение дислокаций при фазовом старении (выделение фазы Θ’ или Θ) связано с тем, что дислокации не перерезают, а обходят частицы оставляя вокруг них дислокационные петли, что также повышает прочность сплава.

Стабильная Θ-фаза соответствует составу CuAl 2 , имеет собственный тип решетки, отличный от решеток Θ-фазы и матрицы приводит к полному нарушению конгерентности. Граница раздела фаз становится некогерентной. Полностью утрачивается искажение матрицы, что приводит к разупрочнению. Однако высокодисперсные выделения Θ-фазы обеспечивают более высокую прочность сплава по сравнению с отожженным состоянием, когда частицы Θ-фазы получаются крупными.

Изменение свойств сплава при старении зависит от типа выделений, их размеров и количества. Количество частиц в основном определяется степенью пересыщенности твердого раствора, которая связана с составом сплава и условиями закалки. Тип образований, их размер зависят от температуры и продолжительности старения.

Упрочнение сплавов наблюдается на первых стадиях распада пересыщенного твердого раствора: при образовании зон ГП, выделении когерентных частиц Θ’-фазы. Послледующие стадии, связанные с нарушением когерентности Θ’-фазы, образованием Θ-фазы и коагуляцией (укрупнением) стабильной фазы, приводят к снижению прочности.

При естественном старении преодолевается только энергия активации образования зон ГП, т.е. распад твердого раствора начинается и заканчивается на этой стадии. Снижение прочности при таком старении не наблюдается.

При искусственном старении в зависимости от температуры и продолжительности выдержки выделяется тот или иной тип образований, что приводит к разной степени упрочнения. Повышение температуры ускоряет процесс. Однако степень упрочнения снижается с повышением температуры старения.

При постоянной температуре после достижения максимальной прочности наблюдается разупрочнение. На стадии разупрочнения получается более устойчивая структура к нагревам при эксплуатации. Разупрочнение при старении называется перестраиванием. Перестраивание используется для термической стабилизации структуры и свойств сплавов, предназначенных для работы при повышенных температурах (125. 200 o C).

В промышленности режим старения назначается исходя из обеспечения либо максимальной прочности, либо коррозионной стойкости. В последнем случае применяются режимы с перестраиванием. Это так называемые смягчающие режимы. Смягчающее старение по сравнению со старением на максимальную прочность приводит к частичному или полному нарушению когерентности выделений упрочняющих частиц, более равномерному их распределению, обусловливает некоторое снижение прочности, но существенное повышения вязкости разрушения, устойчивости против коррозии под напряжением и расслаивающейся коррозии.

Статьи

Алюминий — серебристо-белый легкий металл. Расположен в III группе Периодической системы элементов Д.И.Менделеева под номером 13; атомная масса алюминия — 26,98. Конфигурация внешней электронной оболочки 3s 2 3р; атомный радиус — 0,143 мм, ионный радиус А1 3+ (в скобках указаны координационные числа) 0,053 нм (4); 0,062 нм (5); 0,067 нм (6); энергия ионизации А1 -» А1 + -> А1 2+ —> А1 3+ — соответственно 5,984; 18,828; 28,44 эВ; сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Поллингу — 1,5; поперечное сечение захвата тепловых нейтронов — 215*10 -25 м 2 [3]. Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кри­сталлическую решетку с параметрами: а = 0,40403 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m. В природе существует один стабильный изотоп 27 А1.

Отличительные особенности алюминия — высокая электропроводимость, теплопроводность, коррозионная стойкость, малая плотность и отличная обрабатываемость давлением в холодном состоянии.

Физические свойства алюминия [2-6]

Механические свойства алюминия [4-6]

При охлаждении алюминия до температуры ниже 120 К его прочностные свойства в отличии от большинства металлов возрастают, а пластичность не изменяется (табл. 1.7).

Механические свойства алюминия различной чистоты

СостояниеСодержание Аl, %Предел прочности при растяжении σв2МПаПредел текучести при растяжении σ.00,2, МПаОтносительное удлинение δ, %Твердость по Бринеллю, НВ
Литой в землю99,996504513-15
Литой в землю99,5752920
Литой в землю99.0852025
Литой в кокиль99,0902525
Деформированный и отожженный99.090303025
Деформированный99,01401001232
Литой в землю98,0903512,528

Технологические свойства алюминия [6]

Коррозионные свойства алюминия [6].

Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях как сельской местности, так и городских про­мышленных районов.

Читайте так же:
Кронштейн для навесной полки

Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия и его сплавов. Алюми­ний практически не корродирует в дистиллированной и чистой пресной (естественной) воде даже при высоких температурах (до 180 °С). Действие пара на алюминий и его сплавы также незначи­тельно.

Вода, содержащая примеси щелочей, резко повышает скорость коррозии алюминия. При ком­натной температуре скорость коррозии алюминия в аэрированной воде содержащей 0,1% едкого натрия — 16 мм/год; 0,1% соляной кислоты — 1 мм/год и 1% соды — 4 мм/год.

Алюминий и его сплавы, не содержащие меди, достаточно стойки в естественной (не загряз­ненной) морской воде. Сернокислые соли магния, натрия, алюминия, а также гипосульфит прак­тически не действуют на технический алюминий. Скорость коррозии алюминия возрастает в при­сутствии в воде солей ртути, меди или ионов хлора, разрушающих защитную оксидную пленку на алюминии.

В концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре алюминий и его сплавы ус­тойчивы, но быстро разрушаются в разбавленных кислотах.

Слабые растворы серной кислоты, концентрацией до 10%, при комнатной температуре незна­чительно влияют на технический алюминий, но с повышением концентрации и температуры ско­рость коррозии резко возрастает. В концентрированной серной кислоте алюминий практически устойчив.

Соляная кислота быстро разрушает алюминий и его сплавы, особенно с повышением темпера­туры. Такое же действие на алюминий оказывают растворы плавиковой и бромистоводородной кислот. Слабые растворы фосфорной (менее 1%), хромовой (до 10%) и борной (при всех концен­трациях) кислот на алюминий и его сплавы действуют незначительно.

Органические кислоты — уксусная, масляная, лимонная, винная, а также кислые (незагрязнен­ные) фруктовые соки, вино оказывают слабое действие на алюминий и его сплавы, за исключени­ем щавелевой и муравьиной кислот.

Алюминий и его сплавы быстро разрушаются в растворах едких щелочей, однако в растворах аммиака они довольно стойки, особенно сплавы, содержащие магний. Амины на них действуют также незначительно.

Следует отметить, что алюминий и однофазные сплавы на алюминиевой основе более стойки в коррозионном отношении, чем сплавы двухфазные и многофазные.

Влияние примесей на свойства алюминия. На коррозионные, физические, механические и технологические свойства алюминия оказывают значительное влияние примеси различных эле­ментов. Так, например, большинство примесей снижают электропроводность алюминия (рис. 1.1). Основные примеси в алюминии — железо и кремний. Железо снижает коррозионную стойкость, электропроводность и пластичность алюминия, но несколько повышает его прочность. Диаграмма состояния системы Al-Fe, приведенная на рис. 1.2, показывает, что железо незначительно раство­ряется в алюминии в твердом состоянии. При температуре эвтектики (655°С) растворимость желе­за достигает 0,052% и с понижением температуры граница твердого раствора а резко сдвигается в сторону алюминия. Железо в алюминии присутствует в виде самостоятельной фазы Al3Fe.

Железо — вредная примесь не только в алюминии, но и в сплавах алюминия с кремнием и магнием. Однако в жаропрочных алюминиевых сплавах железо (в сочетании с никелм) является полезной примесью.

Обычная примесь в алюминии — кремний. В сплавах на алюминиевой основе кремний наряду с медью, магнием, цинком, а также марганцем, никелем и хромом вводится в качестве основного компонента. Образующиеся при этом соединения CuAl2, Mg2Si, CuMgAl2 и др. являются эффек­тивными упрочнителями алюминиевых сплавов.

Из диаграммы состояния алюминий-кремний (рис. 1.3) видно, что при температуре эвтектики 577°С в алюминии растворяется до 1,65% кремния. С понижением температуры область твердого раствора α резко уменьшается.

Примеси кальция и других элементов, присутствующих в стандартных марках алюминия в не­значительном количестве, не имеют практического значения. Небольшие добавки церия, натрия и титана оказывают существенное влияние на структуру и свойства определенных алюминиевых сплавов.

Водород хорошо растворяется в алюминии и оказывает отрицательное влияние на его свойства, вызывая при литье пористость. Азот при высоких температурах вступает в реакцию с алюминием с образованием тугоплавкого соединения.

Токсикологические свойства алюминия [7]. В соответствии с ГОСТом по степени воздейст­вия на организм человека алюминиевую пыль относят к III классу опасности. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) в воздухе пыли металлического алюминия и его оксидов состав­ляет 2 мг/м 3 .

При постоянном вдыхании пыли металлического алюминия и его оксида может возникнуть алюминоз легких. Рабочие, подвергшиеся воздействию пыли, должны проходить периодически флюорографическое обследование. У рабочих, занятых в производстве алюминия, часты катары верхних дыхательных путей (рипиты, фарингиты).

Наибольшую опасность для здоровья представляет процесс электролиза глинозема, протекаю­щий в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 950 °С. Электролиз расплавленных со­лей может сопровождаться выбросами большого количества фторидной пыли, фторсодержащих газов, а также паров и частиц битума-компонента анодной массы. Рабочим, занятым на этой опе­рации, также грозят ожоги кожи и глаз при попадании на них расплавленного металла. Во избежании несчастных случаев электролизные ванны необходимо надежно изолировать, рабочие должны иметь средства индивидуальной защиты:, противопылевые маски, очки. перчатки, фартуки, сапоги и т.д. В электролизных цехах должен регулярно проводиться контроль за содержанием пыли в воздухе.

ПДК алюминия и его оксида по ГОСТу и нормативам США приведены ниже:

* Предел кратковременного влияния, т.е. максимальная концентрация, воздействию которой человек может подвергаться не более 15 минут подряд при условии, что в течении дня допускается не более 4-х таких воздействий с промежутками не менее 60 минут.

** Величина порогового предела концентрации вещества, устанавливаемая американской конференцией государственных гигиенистов и определенная для 8-часового рабочего дня и 40-часовой рабочей недели.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector