Фазовое упрочнение при старении (искусственном старении) алюминия » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Фазовое упрочнение при старении (искусственном старении) алюминия

15.06.2021

Влияние процесса выделения на механические свойства значительно ускоряется и усиливается при нагреве закаленного материала в интервале 95—205°С. Действие нагрева проявляется не только в изменении скорости реакции; как отмечалось ранее, структурные изменения, происходящие при повышенных температурах, коренным образом отличаются от имеющих место при комнатной. Эти различия отражаются на механических характеристиках и физических свойствах. Для старения при повышенных температурах характерно увеличение предела текучести в большей степени, чем предела прочности. Пластичность (относительное удлинение) и вязкость разрушения при этом снижаются. Таким образом, сплав в состоянии Т6 имеет более высокую прочность и более низкую пластичность, чем в состоянии Т4. При перестаривании снижаются как предел прочности, так и предел текучести, но пластичность обычно не восстанавливается соответственно снижению прочности; поэтому считают, что сочетание прочностных и пластических свойств при перестаривании хуже, чем в состоянии Т6 или в недостаренном состоянии.

Однако целесообразность применения перестаренного состояния может быть продиктована другими факторами. В определенных случаях сопротивление коррозии под напряжением, которое значительно повышается в перестаренном состоянии у некоторых сплавов, является более важным критерием, чем прочность; большая размерная стабильность деталей, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах, обеспечивается также при перестаривании. У сплавов серии 7ХХХ при увеличении степени перестаривания повышается сопротивление росту усталостной трещины в коррозионной среде как при постоянном по величине напряжении, так и при спектре нагрузок. Именно на этом основании недавно было принято решение о применение сплава 7475-Т73 в самолетах-истребителях.

Кривые старения (изотермы старения), показывающие изменение прочностных свойств во времени при постоянной температуре, построены для большинства промышленных сплавов при нескольких температурах в широких временных интервалах. Для иллюстрации основных закономерностей на рис. 5.37 приведены кривые старения сплавов 2014 (система Al-Cu-Mg-Si) и 6061 (система Al-Mg-Si). У обоих сплавов в начальном периоде старения наблюдается снижение прочности, объясняемое явлением возврата. Это разупрочнение вызвано частичным разрушением зон, предшествующим фазовому упрочнению. Как указывалось выше, специальная обработка, основанная на явлении возврата, иногда применяется для улучшения характеристик формообразования сплавов в состояниях W или Т4. Деформационная способность свежезакаленного состояния достигается путем нагрева естественно состаренного сплава в течение нескольких минут при температурах, соответствующих температурному интервалу искусственного старения. Влияние обработки на возврат кратковременно, после нее сплав повторно стареет при комнатной температуре. Поскольку обработка на возврат снижает коррозионную стойкость сплавов серии 2ХХХ, для получения удовлетворительных свойств после нее сплавы следует подвергать искусственному старению.

Диапазон температур искусственного старения у сплавов 2014 и 6061 одинаков, хотя при данной температуре оно быстрее происходит у сплава 2014. Рекомендованные промышленные режимы термообработки для состояния Т6 установлены на основании результатов испытаний большого числа производственных партий и дают возможность получить оптимальное сочетание высоких прочностных свойств, точного соблюдения и контроля технологии и экономичности производства. Режимы искусственного старения: для сплава 2014 8-12 ч при 170°С, а для сплава 6061 16—20 ч при 160°С или 6-10 ч при 175°С, в зависимости от вида полуфабриката.

При изготовлении автомобилей сушку покрытий обычно производят в диапазоне температур искусственного старения. Следовательно, формообразование автомобильных кузовов можно производить в состоянии Т4 с наиболее высокой технологической пластичностью, а затем подвергать их старению для повышения прочностных свойств в процессе технологического цикла окрашивания. С целью максимального соответствия интервалов температур искусственного старения и сушки покрытия был специально разработан сплав 6010. Различное поведение сплавов 6010 и 2036 в процессе старения показано на кривых равной прочности (рис. 5.38 и 5.39).


Режимы старения и холодной деформации после закалки влияют на прочность и пластичность (или вязкость разрушения) состаренного материала. На графиках рис. 5.37 видно, что восстановление пластичности в перестаренном состоянии незначительно до тех пор, пока не происходит существенное снижение прочности. Зависимость между прочностью и вязкостью разрушения двух сплавов при испытании надрезанных образцов при внецентренном растяжении показана на рис. 5.40. Удельную энергию распространения трещины в надрезанных образцах, которая является мерой вязкости разрушения, определяли на нескольких стадиях старения от Т4 (естественно состаренного состояния) до Т6 и перестаренного состояния. При равных значениях прочности сплав 2014 имеет более высокую вязкость разрушения в недостаренном состоянии по сравнению с перестаренным. Во многих работах исследовано влияние различных факторов старения на вязкость разрушения сплава 7075. В одной из работ указывается, что вязкость разрушения перестаренного сплава 7075 ниже, чем в недостаренном состоянии, при одинаковых пределах текучести. В другой работе при исследовании нескольких партий сплава 7075 установлено, что вязкость разрушения в недостаренном и перестаренном состояниях практически одинакова, а у материала высокой степени чистоты она наиболее высокая в перестаренном состоянии. В случаях, когда вязкость разрушения была различной при одинаковых значениях предела текучести, у материала с более низкой вязкостью разрушения доля межкристаллитного разрушения была больше. Возможно, такая разница в результатах связана с различием в скорости нагрева до температуры старения, что влияет на ширину приграничной зоны, свободной от выделений. Холодная деформация после закалки по-разному влияет на свойства сплавов серий 2ХХХ и 7ХХХ. Холодная деформация улучшает характеристики прочности и вязкости разрушения сплава 2024 (рис. 5.41) и ухудшает эти же свойства сплава 7050 в перестаренном состоянии (рис. 5.42). Улучшение свойств сплава 2024 связано с измельчением фазы S'. Такое изменение микроструктуры приводит к одновременному повышению прочности и вязкости разрушения. Отрицательное влияние холодной деформации в сплаве 7050 объясняется образованием крупных выделений фазы n' на дислокациях, вследствие чего прочность снижается без соответствующего повышения вязкости разрушения.

Поскольку все термически упрочняемые сплавы перестариваются при продолжительном нагреве, снижение прочности следует учитывать при выборе сплавов и состояний для деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при повышенных температурах. Термически упрочняемые сплавы, используемые для электрических проводов (6101 или 6201). часто применяют в перестаренном состоянии из-за более высокой электропроводности, что связано с большей степенью распада твердого раствора.

Коррозионная стойкость. Степень распада твердого раствора в процессе искусственного старения сплавов 2014, 2219 и 2024 сильно влияет на тип коррозии и коррозионную стойкость. В изделиях с малым сечением, закаленных с достаточно большими скоростями (что позволяет предотвратить образование пограничных выделений во время закалки), кратковременное искусственное старение вызывает выделение по границам зерен и образование приграничных обедненных зон, что является причиной склонности к межкристаллитной коррозии. Дополнительный нагрев, однако, способствует интенсивному выделению в зернах, что приводит к снижению разности потенциалов между зернами и пограничными зонами и, таким образом, к устранению причин избирательной коррозии. Для иллюстрации сказанного на рис. 5.43 приведены графики изменения электрохимического потенциала и коррозионной стойкости листа сплава 2024-ТЗ в зависимости от температуры и длительности старения.

Следует отметить, что в некоторых сплавах степень распада твердого раствора, при которой достигается высокая коррозионная стойкость, обеспечивает и максимальную прочность. Для полуфабрикатов большого сечения, которые не удается закаливать с достаточно высокой скоростью, повышение коррозионной стойкости обеспечивается соответствующими режимами старения.

Влияние старения на анизотропию свойств прессованных полуфабрикатов. В прессованных полуфабрикатах с нерекристаллизованной структурой после закалки анизотропия механических свойств проявляется в большей степени, чем в большинстве других видов деформированных полуфабрикатов. Текстура деформации в прессованных изделиях имеет ориентировку с осями 111 и 001, параллельными направлению прессования. Изменение прочностных свойств в зависимости от направления вырезки образцов коррелирует с расположением плоскостей максимальных касательных напряжений относительно кристаллографических плоскостей скольжения. В прессованных полуфабрикатах из сплава 2024, которые подвергаются правке растяжением, анизотропия свойств возрастает с увеличением толщины сечения, и влияние текстуры на свойства сказывается в большей мере, чем влияние толщины на скорость закалки, так что в естественно состаренном состоянии прочность повышается с увеличением толщины сечения до 37,5 мм. В искусственно состаренном состоянии характер изменения свойств в продольном и поперечном направлениях различный, что следует из графиков рис. 5.44. Увеличение длительности старения приводит к уменьшению анизотропии; значения прочности в продольном и поперечном направлениях сближаются. Прессованные профили используют в искусственно состаренном состоянии в случаях, когда требуются более высокая прочность в поперечном направлении и лучшая коррозионная стойкость.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: