L-5 Utwardzanie wydzieleniowe w stopach metali nieżelaznych.

1.Proszę wymienić i krótko scharakteryzować typy umocnienia stopów.

Umocnienie wydzieleniowe- wydzielenie się wewnątrz wskutek mniejszej rozpuszczalności niż ta, którą wymusiliśmy.

Umocnienie dyspersyjne- jest stosowane do kompozytów-> dotyczy wprowadzania z zewnątrz cząstek (cząstki egzotermiczne).

2.Proszę scharakteryzować utwardzanie wydzieleniowe stopów.

Utwardzenie wydzieleniowe stopów polega na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop, tj. zwiększa się jego wytrzymałość i twardość a maleje ciągliwość.

Utwardzenie wydzieleniowe składa się z dwóch operacji:

- przesycania

-starzenia

3.Dla jakich stopów stosuje się umocnienie wydzieleniowe _ proszę podać przykłady.

Stopy, które w stanie stałym w wysokiej temperaturze mają strukturę jednofazową, natomiast w niskiej strukturę dwufazową, i w których przy niezbyt dużych szybkościach chłodzenia, można uzyskać roztwór przesycony. Do najważniejszych technicznych stopów umacnianych wydzieleniowo należą stopy aluminium. Utwardzaniu wydzieleniowemu są także poddawane stopy na osnowie innych pierwiastków, np. miedzi (brązy berylowe), magnezu i tytanu.

4.W jaki sposób umocnienie wydzieleniowe wpływa na własności wytrzymałościowe i plastyczne.

W wyniku przesycania poprawia-ją się właściwości plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i twardość. Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.

5.Na czym polega proces przesycania i starzenia stopów.

- przesycania, mającego na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności (solvus) i szybkie oziębianie w wodzie.

-starzenia, polegającego na wytrzymaniu przesyconego elementu w temperaturze pokojowej (starzenie naturalne lub samorzutne) albo podwyższonej (starzenie przyspieszone lub sztuczne) w czasie potrzebnym do wydzielenia dyspersyjnych cząstek. Ze wzrostem czasu starzenia następuje zwiększenie twardości, a ze zwiększeniem temperatury obniżenie twardości stopu.

6.Proszę narysować układ równowagi fazowej stopu Al-Cu i na jego podstawie omówić proces przesycania i starzenia.

Na rysunku 9.9 widać, że maksymalna rozpuszczalność miedzi w temperaturze

548°C wynosi około 5,7%, natomiast w temperaturze pokojowej jest znikoma.

Rozpatrzmy na przykład stop o składzie C (rys. 9.9) o zawartości ok. 4% Cu. W stanie

równowagi w temperaturze pokojowej składa się on z dwóch faz: kryształów roztworu stałego

(ω stanowiącego osnowę, i kryształów fazy międzymetalicznej θ. Nagrzanie tego stopu do

temperatury E (powyżej punktu D) spowoduje, że będzie on jednorodnym roztworem stałym ω,gdyż kryształy fazy θ ulegną rozpuszczeniu.Jeżeli stop ten zostanie z kolei szybko ochłodzony od tej temperatury, wówczas faza θ nie zdąży się wydzielić i otrzymamy roztwór stały przesycony. Stan taki jest nietrwały i jeżeli stop będzie starzony, czyli wygrzewany w nieco podwyższonej temperaturze (rys. 9.9), to zaczną w nim zachodzić zmiany, które poprzez szereg studiów pośrednich doprowadzą w końcowym

wyniku do wydzielenia się fazy θ, czyli do ustalenia się stanu równowagi. Jednak jeżeli temperatura starzenia nie jest dostatecznie wysoka, a czas starzenia nie jest zbyt długi, zmiany zachodzące w przesyconym stopie nie przebiegają do końca, a proces starzenia ulega zatrzymaniu na pewnym stadium pośrednim i nie dochodzi do wydzielenia się fazy θ.

7.Jaki jest wpływ temperatury i czasu starzenia na własności stopów.

Proces starzenia jest kontrolowany przez szybkość dyfuzji atomów rozpuszczonych. Ze wzrostem temperatury starzenia skraca się czas konieczny do uzyskania maksymalnego umocnienia, ale też obniża się wielkość tego umocnienia, gdyż zmniejsza się dyspersja wydzielonych cząstek.

Oznacza to, że największe umocnienie możemy osiągnąć przy starzeniu naturalnym, ale konieczny czas starzenia jest dość długi; wynosi zwykle kilka dób.

Przy starzeniu przyspieszonym następuje wydatne skrócenie czasu starzenia, występuje jednak tzw. Efekt przestarzenia, polegający na spadku umocnienia po przekroczeniu pewnego granicznego czasu starzenia, co jest powodowane koagulacją wydzieleń. Starzenie samorzutne można zahamować przez ochłodzenie stopu do temperatur znacznie niższych od 0°C.

Lub

Im wyższa temperatura starzenia tym krótszy jest czas potrzebny do wydzielenia nadmiaru drugiego składnika z roztworu, ale jednocześnie wzrasta wielkość wydzielanych cząstek i maleje ich ilość, przez co umocnienie stopu zmniejsza się. Ponieważ jednocześnie wzrastają własności plastyczne, można przez dobór odpowiedniej temperatury starzenia regulować własności stopu w dość szerokich granicach.

8.Jakie są typy starzenia _ krótka charakterystyka.

-starzenie naturalne (samorzutne)- Jeśli w temperaturze pokojowej zachodzi dyfuzja drugiego składnika stopu to może się on wydzielać i zachodzi w zwykle dłuższym czasie starzenie naturalne.

-starzenie przyspieszone (sztuczne)- polega na przyspieszeniu procesu starzenia poprzez nagrzanie uprzednio przesyconego stopu do temperatury znacznie niższej od temperatury przesycania.

9.Co nazywamy efektem przestarzenia?

Przy starzeniu przyspieszonym następuje wydatne skrócenie czasu starzenia, występuje jednak tzw. Efekt przestarzenia, polegający na spadku umocnienia po przekroczeniu pewnego granicznego czasu starzenia, co jest powodowane koagulacją wydzieleń.

10.Proszę wymienić stadia starzenia i krótko je scharakteryzować.

W miarę upływu czasu starzenia wzrasta wymiar stref G-P, co zwiększa umocnienie. Jednocześnie koncentracja miedzi w tych strefach stopniowo wzrasta, osiągając wartość odpowiadającą związkowi Al₂Cu. Początkowo powstaje faza przejściowa θ” o sieci tetragonalnej, koherentna z osnową, która następnie ulega przemianie w fazę o sieci tetragonalnej θ', częściowo koherentną z roztworem ω. Koherentne wydzielenia silnie umacniają stop. Utworzenie fazy równowagowej θ(Al₂Cu) niekoherentnej z osnową prowadzi do obniżenia twardości. Obserwuje się więc początkowo wzrost twardości, a następnie jej spadek, co jest objawem przestarzenia.

11.Co to są strefy Guiniera-Prestona (G-P)?

W wyniku dyfuzji powstają zmiany struktury będące wynikiem rozkładu przesyconego roztworu stałego, które można podzielić na kilka stadiów. Pierwsze stadium polega na tworzeniu się w płaszczyznach skupisk atomów miedzi, które nazywamy strefami Guiniera - Prestona. Są to cienkie, dysko podobne płytki o grubości kilku i średnicy kilkunastu nm koherentne z osnową. Sieć krystaliczna tych skupisk nie ulega zmianie, ale zmienia się ich parametr sieci. Powoduje to duże naprężenia i wzrost twardości. Strefy G-P są odpowiedzialne za wzrost umocnienia, zwłaszcza podczas starzenia naturalnego. Są niestabilne termicznie i po podgrzaniu do temperatury ok. 200°C ulegają rozproszeniu.

12.Proszę narysować krzywe umocnienia duralu starzonego w różnych temperaturach.

---