Tomasz Igel Piotr Jędrzejczak Maciej Juska	Inżynieria Materiałowa IV rok, VII semestr	08.01.2002
Utwardzanie wydzieleniowe duraluminium

1. Skład chemiczny próbek 20x8 wykonanych z duraluminium (AlCu4SiMg):

Skład chemiczny duraluminium AlCu4SiMg
Cu	Si	Mg	Mn	Fe	Cr	Zn	Ti
3,9-5,0	0,5-1,2	0,2-0,8	0,4-1,2	<0,7	<0,15	<0,25	<0,15

AlCu4SiMg jest to duraluminium przeznaczone do obróbki plastycznej na zimno lub na gorąco. Stopy takie stosowane są dość szeroko na elementy konstrukcji lotniczych, samochodowych, okrętowych, elementy budowlane, na przewody elektryczne.

2. Wyniki pomiarów:

Nazwa operacji	Warunki obróbki cieplnej	Nr próbki	HVśr	HBśr	Rm [MPa] (wartość przybliżona Rm = 3 x HB)
Stan surowy	-	1	148,0	136,9	410,7
Przesycanie	505^0C/60 minut, woda	2	81,7	76,7	230,1
Starzenie	200^0C/15 minut	3	92,7	86,2	258,6
		200^0C/30 minut	4	100,0	92,5	277,5
		200^0C/45 minut	5	103,3	93,8	281,4
		200^0C/60 minut	6	145,2	134,4	403,2
		Naturalne 7 dni	7	123,6	114,9	345

3. Utwardzanie wydzieleniowe duraluminium:

Polega ono na umacnianiu roztworu stałego przez dyspersyjne wydzielenia faz międzymetalicznych. Utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Przesycanie jest obróbką cieplną zaburzającą stan równowagi stopu. Polega ono na nagrzaniu duraluminium do temperatury 500-520⁰C, wygrzaniu w tej temperaturze w czasie zapewniającym uzyskanie jednorodnej struktury roztworu stałego , następnie szybkim ochłodzeniu, tak szybkim by nie nastąpiło wydzielenie fazy międzymetalicznej , wtedy cała miedź pozostaje w roztworze stałym . Roztwór powstały w wyniku przesycenia zawiera więcej pierwiastka rozpuszczonego niż to jest możliwe w warunkach równowagi, dlatego jest on niestabilny w temperaturze powyżej 20⁰C i dąży do wydzielenia nadmiaru miedzi, czyli ulega starzeniu. Przesycony roztwór stały jest bardzo plastyczny i miękki. Ma on własności wytrzymałościowe gorsze niż roztwór równowagowy z wydzieleniami fazy międzymetalicznej. Przesycony roztwór poddaje się starzeniu samoistnemu lub sztucznemu. Starzenie samoistne (zachodzi w temperaturze pokojowej) jest dość długim procesem trwającym kilka dni. Struktura takiego stopu po starzeniu to roztwór stały  z wydzieleniami stref G-P (stref przed wydzieleniowych). W wyniku takiego procesu uzyskuje się najwyższe umocnienie, Rm wynosi wtedy ok. 420-450 MPa,. Szybszym procesem jest starzenie sztuczne, polega na wygrzewaniu próbki w temp. ok. 160⁰C przez kilka, a nawet kilkanaście godzin. Struktura po starzeniu sztucznym jest inna, niż po naturalnym. Zamiast stref G-P, powstają fazy przejściowe które w mniejszym stopniu umacniają stop. Długotrwałe przetrzymywanie duraluminium w temp. powyżej 200⁰C, prowadzi do wydzielenia fazy równowagowej, która zaczyna koagulować. Proces ten zwany jest przestarzeniem. Prowadzi do zmiękczenia stopu, czyli obniżenia własności wytrzymałościowych. Stop taki jest wtedy bardzo plastyczny i można go obrabiać na zimno.

4. Wnioski:

Moim zdaniem warunki przesycenia zostały dobrane prawidłowo. Dowodem tego jest uzyskanie po 1 godzinie starzenia sztucznego w temp. ok. 200⁰C, wysokich własności wytrzymałościowych. Proces starzenia sztucznego próbek 3,4,5,6 przebiegał również prawidłowo. Porównując otrzymane wyniki można stwierdzić, że wydłużanie czasu procesu starzenia w tej temperaturze powoduje wzrost własności wytrzymałościowych, jest to zgodne z rysunkiem 3 i 4. Czyli w wyniku starzenia wzrasta umocnienie próbek, jest to związane z wydzielaniem się faz przejściowych (nierównowagowych). Analizując dalej rysunek 3 i 4, zauważyć można że dalszy proces wytrzymywania próbek w tej temperaturze powodował by, spadek własności wytrzymałościowych. Związane jest to z procesem przestarzenia, czyli wydzielania się fazy równowagowej. Aby to potwierdzić, trzeba by było nasze próbki poddać dalszemu starzeniu, nawet w czasie do dwóch dni. Próbka nr 7 była starzona naturalnie w czasie 7 dni. Zgodnie z wcześniejszymi rozważaniami, ta próbka powinna mieć największe umocnienie, czyli największe właściwości wytrzymałościowe. Jednak tak nie jest. Może to być związane z dobraniem złych warunków przesycania, tzn. dobrano za niską temperaturę tego procesu. W związku z tym nie uzyskano jednorodnej struktury roztworu stałego  (w aluminium nie została rozpuszczona cała miedź). Drugą przyczyną może być zbyt wolne chłodzenie po wygrzewaniu, mogło to spowodować nieznaczne wydzielenie się równowagowych wydzieleń fazy międzymetalicznej, która po procesie starzenia obniżyła nam własności wytrzymałościowe. Badanie twardości tej próbki przeprowadzone było przez inną grupę studentów, być może było przeprowadzone nieprawidłowo i dlatego wartości są zaniżone. Próbka nr 1 jest próbką wyjściową do procesu utwardzania wydzieleniowego. Ma ona bardzo duże własności wytrzymałościowe, prawdopodobnie była ona już wcześniej przesycana i starzona samorzutnie. Wykorzystując zjawisko nawrotu poddawaliśmy jeszcze raz próbkę utwardzaniu wydzieleniowemu. Podczas podgrzewania do temperatury przesycania próbki już wcześniej starzonej samorzutnie, twardość nagle maleje, jest to spowodowane rozproszeniem nietrwałych stref G-P w roztworze stałym i po ochłodzeniu stwarza możliwości ponownego starzenia, które przeprowadzaliśmy.

2

---