1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Zapoznanie się z technologią obróbki cieplnej stopów aluminium oraz jej wpływem na niektóre własności mechaniczne stopów.
2. Opis stanowiska badawczego
piec elektryczny oporowy,
pirometry termoelektryczne z automatyczną regulacją temperatury,
zbiornik z wodą do chłodzenia,
twardościomierz Brinella,
papier ścierny,
próbki duralumunium PA6 (φ30x8).
3. Przebieg realizacji eksperymentu
Zmierzyć twardość HB próbek duralumunium w stanie wyjściowym.
1.Przesycanie
-przy pomocy szczypiec włożyć do pieca o temperaturze 520 oC, próbki duralumunium PA6 i przetrzymać je przez 30 minut,
-po wygrzaniu wyjąć próbki i zanurzyć w zbiorniku z wodą o temperaturze pokojowej i przetrzymać do całkowitego ich ochłodzenia. Należy mieć na uwadze, aby czas między wyjęciem próbki z ośrodka nagrzewającego i zanurzeniem jej do wody nie przekraczał 30 sekund,
-oczyścić próbki papierem ściernym, po czym zmierzyć ich twardość na twardościomierzu Brinella
2.Wyżarzanie starzejące (starzenie)
-trzy przesycone próbki duraluminium włożyć do pieca, ogrzanego do temp. 180 oC i wygrzewać. Po upływie 10 minut wyjąć pierwszą próbkę i ochłodzić w wodzie. Po upływie 20 minut wyjąć drugą próbkę i ochłodzić w wodzie. Po upływie 30 minut wyjąć trzecią próbkę i ochłodzić w wodzie.
-wyjęte z pieca próbki oczyścić papierem ściernym, po czym zmierzyć ich twardość na twardościomierzu Brinella.
4. Prezentacja wyników badań
Przesycanie - jest to zbieg cieplny, składający się z nagrzewania stopu do właściwej temperatury, wygrzania w niej przez okres wystarczający do przejścia do roztworu stałego nie rozpuszczonych w aluminium składników stopu, i następnie szybkie oziębienie w celu doprowadzenia przesyconego roztworu stałego do temperatury otoczenia.
Starzenie - jest to zespół zjawisk zachodzących w stopie w związku z przygotowaniem do wydzielenia fazy przesycającej oraz sam proces wydzielania. Starzenie zachodzące w temperaturze otoczenia nazywamy starzeniem samorzutnym ( naturalnym ), jeśli zaś odbywa się wskutek nagrzania przesyconego roztworu, nosi nazwę starzenia przyśpieszonego (sztucznego).
Wpływ czasu na twardość próbki z duraluminium PA6
Proces |
Temperatura procesu |
Czas |
Twardość HB |
przesycanie |
520 oC |
30 min. |
95 |
przesycanie i starzenie |
180 oC |
10 min. |
110 |
przesycanie i starzenie |
180 oC |
20 min. |
114 |
przesycanie i starzenie |
180 oC |
30 min. |
117 |
Wpływ temperatury na twardość próbki z duraluminium PA6
Proces |
Temperatura procesu |
Czas |
Twardość HB |
przesycanie |
520 oC |
30 min. |
95 |
przesycanie i starzenie |
50 oC |
17 h |
180 |
przesycanie i starzenie |
175 oC |
17 h |
175 |
przesycanie i starzenie |
250 oC |
17 h |
90 |
5. Analiza i wnioski
W wyniku samego przesycania obserwujemy spadek własności mechanicznych oraz twardości, ale za to materiał odznacza się dobrymi własnościami plastycznymi. Jest to spowodowane występowaniem jednofazowej struktury. Efekt odwrotny uzyskujemy po zastosowaniu starzenia, które powoduje wzrost wytrzymałości i twardości stopów, co jest rezultatem małych rozmiarów tworzonych struktur oraz znacznych naprężeń w wyniku sprzężenia sieci fazy macierzystej i sieci wydzielenia. W związku z tym im większe są rozmiary wydzieleń i słabsze sprzężenie ich granic ( wyższa temperatura starzenia ), tym efekt umocnień jest słabszy. Starzenie przyśpieszone zapewnia maksymalną twardość po odpowiednim czasie, po przekroczeniu którego twardość zmniejsza się z powodu rozrostu wydzieleń, jej wartość może być nawet mniejsza od twardości po przesycaniu.