Готовые ДЗ варианты Д-хх (Д-24)

Посмотреть архив целиком

МГТУ им. Н.Э.Баумана








Домашнее задание Д24 по курсу:

«Материаловедение»






Выполнил:

студент группы Э6-41

Внуков А.С.

Проверил:

Пахомова С.А.





Москва 2006 г.

Задание Д-24.

Для силовых элементов самолета широко используются деформируемые алюминиевые сплавы марок: Д1, Д16, В93, В95 и др.

  1. Тяга управления руля высоты самолета изготовлена из дуралюмина марки Д16. Назначьте режим термической обработки, обеспечивающий наиболее высокое сопротивление сплава распространению усталостных трещин, предел текучести σ0,2 ≥ 375 МПа, относительное удлинение δ ≥ 10%. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в детали на всех этапах термической обработки.

  3. Приведите основные сведения об этом сплаве: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические и технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.





































Термическая обработка.

Термическая обработка: закалка с 495–505°С в воде, естественное старение не менее четырех суток.




Детали, работающие при температурах 150°С и выше, должны применяться в искусственно состаренном состоянии. Искусственное старение проводится при температуре 188–193°С, выдержка для прессованных профилей 6–8 час, для листов 11–13 час, для листов, нагартованных на 5–7%, — 7–9 час. Отжиг: первый режим – температура 390–430°С, охлаждение до 250–270°С со скоростью 30 °/час, далее – на воздухе; второй режим – температура 350–370°С, охлаждение на воздухе. Отжиг по первому режиму обеспечивает более высокую пластичность.
Особенностью термообработки дюрали является очень узкий интервал закалочных температур. Если сплав недогреть, то не происходит растворения вторичных фаз и эффекта закалки не будет. Если сплав перегреть, то по границам зерен появляется жидкая фаза, происходит усадка, образуется микропористость и резко снижаются прочность и пластичность. После нагрева и выдержки перенос деталей из печи в закалочный бак должен проводиться очень быстро (не более 30 сек). Поэтому для закалки алюминиевых сплавов строят специальную печь. После закалки проводят старение.

Деформированные полуфабрикаты из сплава Д16 в искусственно состаренном состоянии имеют предел прочности при комнатной температуре не ниже, а предел текучести на 20– 30% выше, чем аналогичные полуфабрикаты в естественно состаренном состоянии.

Удлинение после искусственного старения снижается до 5–8%. Аналогичное изменение свойств происходит в естественно состаренном сплаве Д16 в процессе эксплуатации его в конструкциях, подвергающихся нагреву при таких же температурах.
Указанное изменение свойств сплава Д16 под влиянием искусственного старения наблюдается в полуфабрикатах, подвергавшихся после закалки на металлургических заводах правке с остаточной деформацией 1–3%.
Если искусственному старению подвергаются полуфабрикаты, закаленные из отожженного состояния или повторно закаленные на заводе-потребителе, то предел прочности листов не изменяется, а у прессованных профилей снижается на 1 кГ/мм2, предел текучести повышается на 5–10% по сравнению с полуфабрикатами, закаленными из отожженного состояния и затем естественно состаренными.
При температурах испытания 175–250° С полуфабрикаты, закаленные на заводах-поставщиках, подвергнутые правке, а затем искусственному старению, имеют механические свойства не ниже, чем естественно состаренные.
Статическая выносливость при одинаковых повторных напряжениях искусственно и естественно состаренных листов и профилей из сплава Д16 практически одинакова.
Статическая выносливость перезакаленных прессованных профилей обычной прочности как естественно, так и искусственно состаренных, на 6–35% ниже статической выносливости профилей, не подвергающихся перезакалке.
Статическая выносливость прессованных профилей повышенной прочности в состоянии поставки и после перезакалки в естественно и в искусственно состаренном состояниях практически одинакова.
Искусственное старение предотвращает явление возврата, которое имеет место при применении сплава Д16 в естественно состаренном состоянии. В полуфабрикатах, закаленных на заводах-поставщиках и подвергавшихся правке перед искусственным старением, искусственное старение предотвращает явление возврата до свойств в свежезакаленном состоянии при кратковременном (секундном) нагреве до 300°С. В этом случае, если полуфабрикаты закаливаются на заводах-потребителях из отожженного состояния (Д16-М) или перезакаливаются из Д16-Т, искусственное старение этих полуфабрикатов устраняет явление возврата при последующих кратковременных нагревах только до 250°С; при температурах нагрева выше 250°С такие полуфабрикаты обладают склонностью к возврату.
Структурные превращения.

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 20оС. Растворимость меди в твердом растворе α повышается до 5,65% при температуре 548oC (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..25oC). В результате закалки структура, равновесная при температуре нагрева, фиксируется при температуре 20...25oC, 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.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 40oC. Скорость охлаждения тонкостенных изделий в холодной воде (600...800oC/c) значительно превосходит критические скорости охлаждения сплавов (10...120o 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 выдержки. Старение может развиваться без нагрева (при 20...25oC) - естественное старение - либо при повышенных температурах (обычно 100...200oC) - искусственное старение. Старение приводит к структурным изменениям, вызывающим упрочнение. 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)






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.