Temat: Utwardzanie dyspersyjne stopów aluminium.

Wykonał:

Michał Dudzik

Transport

Semestr III

Rok akademicki: 2011/20112

Spis treści:

1. Cel utwardzenia dyspersyjnego.

2. Metodyka badań.

3. Starzenie i wpływ starzenia na własności mechaniczne.

4. Własności mechaniczne stopów aluminium oraz zastosowanie w przemyśle transportowym (wady i zalety).

5. Wykres zależności twardości od temperatury starzenia.

6. Podsumowanie i wnioski

1. Cel utwardzenia dyspersyjnego:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem utwardzania dyspersyjnego (wydzieleniowego) stopów aluminium.

Utwardzanie dyspersyjne - utwardzanie wydzieleniowe także umocnienie dyspersyjne lub umocnienie wydzieleniowe - metoda obróbki cieplnej metali prowadząca w efekcie do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Utwardzenie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z roztworu przesyconego a w temperaturze niższej prowadzące w efekcie do zmiany właściwości stopu.

2. Metodyka badań:



Twardość - cecha ciał stałych świadcząca o odporności na działanie sił punktowych (skupionych). Efektami oddziaływania sił skupionych mogą być odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie. Definicja twardości jest dość ogólna, stąd mnogość metod i skal pomiarowych.

Pomiar twardości sposobem Rockwell'a polega na dwustopniowym wciskaniu w badany przedmiot tj. stop aluminium PA6 - wgłębnika - kulki stalowej ¹/₁₆ cala. Twardość Rockwell'a wyznacza się na podstawie głębokości odcisku wykonanego w materiale przy dwustopniowym wciskaniu wgłębnika. Dwustopniowość wciskania polega na zastosowaniu dwóch wartości obciążenia: wstępnego i głównego. Przy obciążeniu wstępnym wgłębnik zagłębia się na głębokość wstępną „x₀” w materiał. W tym położeniu ustawia się czujnik na zerowe położenie, obciążenie wstępne jest realizowane przez ciężar samej dźwigni, bez obciążników. Następnie dodaje się obciążenie główne - 980N (w sumie działa więc obciążenie całkowite). Wgłębnik zagłębia się w materiał w głębokość „x₁”. Ponieważ w tym położeniu w materiale występują odkształcenia zarówno trwałe jak i sprężyste, wobec tego zdejmuje się obciążenie, wgłębnik uniesie się nieco pod wpływem odkształcenia materiału, powstały odcisk jest już więc wynikiem odkształceń głównie plastycznych.

Dla próbek podlegającym utwardzaniu czas oczekiwania w piecu kanałowym - 25 min.
Dla próbek podlegającym starzeniu czas oczekiwania - 20 min.

3. Starzenie i wpływ starzenia na własności mechaniczne:

Starzenie - proces polegający na pogorszeniu się własności użytkowych danego materiału.
Starzenie - polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci drobnodyspersyjnych faz. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego. Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.

4. Własności mechaniczne stopów aluminium oraz zastosowanie w przemyśle transportowym (wady i zalety):

Własności wytrzymałościowe aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości do ciężaru właściwego, który jest większy niż dla stali. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową.

Wady i zalety:

- w pojazdach i samolotach przyczynia się do zmniejszenia ich masy oraz zużycia energii,

- do budowy kadłubów okrętowych stosowane są stopy przerabiane plastycznie na gorąco i na zimno w postaci: blach, taśm, kształtowników, prętów, drutów, rur i odkuwek,

- stopy aluminium - mangan - alumany, niskie własności wytrzymałościowe, stosowane na mniej obciążone elementy: np. zbiorniki oleju, paliwa, wody, kanały wentylacyjne, meble okrętowe, duża odporność na korozję,

- stopy aluminium - magnez - krzem - anticorodale - dobre własności wytrzymałościowe dzięki ulepszaniu cieplnemu, odporne na korozje i nie wymagają platerowania, własności wytrzymałościowe tych stopów zmniejszają się w spoinie i strefie wpływu ciepła o 35-55% przy przemysłowych procesach spawania,

- wysoka cena, 6-8 razy większa od ceny stali,

- trzykrotnie mniejsza wartość modułu Younga (współczynnik sprężystości wzdłużnej),

- niska temperatura topliwości,

- bardziej skomplikowana technologia wykonania konstrukcji okrętowych ze stopów aluminium niż ze stali,

5. Wykres zależności twardości od temperatury starzenia:

6. Podsumowanie i wnioski:

Podsumowując ćwiczenie należy stwierdzić, że w miarę wzrostu temperatury starzenia twardość próbek stopu aluminium uległa zmniejszeniu. Aluminium jako metal nie ma szerszego zastosowania w przemyśle. Dlatego chcąc uzyskać z niego jakieś określone korzyści stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej zmieniają swoje własności mechaniczne a my możemy z nich korzystać w mniejszej czy większej skali.

---