способ определения степени распада твердого раствора в алюминиевых сплавах после термической обработки

Формула изобретения

Способ определения степени распада твердого раствора в алюминиевых сплавах после термической обработки, включающий определение удельной электропроводимости материала, отличающийся тем, что дополнительно определяют удельную электропроводимость материала после перезакалки и после полного отжига, а степень распада твердого раствора определяют из соотношения



где C степень распада твердого раствора;

- удельная электропроводимость материала после термической обработки в контролируемом состоянии;

_o- удельная электропроводимость материала после перезакалки;

_м- удельная электропроводимость материала после полного отжига.

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при исследовании влияний термической обработки на структуру и физико-механические свойства алюминиевых сплавов.

Известен способ анализа искусственного старения алюминиевых сплавов, включающий определение электросопротивления полуфабриката при температуре старения и его изменения с увеличением длительности старения [1] Показано, что отношение R_м/R связано с распадом твердого раствора и может характеризовать степень распада твердого раствора непосредственно в процессе старения. Здесь R_м максимальное значение электросопротивления полуфабриката после его нагрева до температуры старения, а R текущее значение электросопротивления, снижающееся при распаде твердого раствора. Например, для полуфабрикатов из алюминиевого сплава Д16ч максимальные прочностные свойства достижения при R_м/R_c 1,13, а для алюминиевого сплава В95пч при R_м/R 1,07.

Недостатком известного способа анализа искусственного старения является его сложность, связанная с необходимостью определения изменения электрического сопротивления каждого полуфабриката при температуре старения в процессе его проведения.

Известен способ определения состояния твердого раствора в термически обработанных алюминиевых сплавах, в котором находят величину удельной электропроводимости (g) материала методом вихревых токов при комнатной температуре с помощью приборов типа ИЗ-1 после искусственного старения или других видов термической обработки [2] прототип. В этом случае удельную электропроводимость используют для косвенной оценки степени распада твердого раствора.

Недостатком известного способа выявляется низкая информативность в оценке степени распада твердого раствора, поскольку использование абсолютного значения удельной электропроводимости для количественной характеристики степени распада твердого раствора невозможно без его сопоставления с определенными заранее для данного сплава значениями удельной электропроводимости на разных станциях старения.

Предлагается способ определения степени распада твердого раствора в алюминиевых сплавах после термической обработки, включающей определение удельной электропроводимости контролируемого материала и дополнительное определение удельной электропроводимости этого же материала после перезакалки и после отжига. Степень распада твердого раствора находят из соответствия где C степень распада твердого раствора, удельная электропроводимость материала после термической обработки в контролируемом состоянии, g_o удельная электропроводимость материала после его перезакалки, _м удельная электропроводимость материала после его отжига в отожженном состоянии.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что дополнительно определяют значения удельной электропроводимости контролируемого материала после перезакалки и после полного отжига, а степень распада твердого раствора находят из соотношения где C степень распада твердого раствора,

удельная электропроводимость материала после термической обработки в контролируемое состоянии, g_o удельная электропроводимость материала после его перезакалки, _м удельная электропроводимость материала после его отжига в отожженном состоянии.

Технический результат использования предлагаемого способа повышение информативности в оценке степени расплава твердого раствора. Используемое понятие "степень распада твердого раствора" количественно описывает степень завершенности структурных превращений при искусственном старении, начиная от свежезакаленного состояния до максимальной коагуляции стабильных фаз после полного отжига. Критерием стадии старения, на которой находится материал, является удельная электропроводимость, зависящая от состояния твердого раствора. Для количественного определения степени распада твердого раствора в предлагаемом способе используют безразмерный коэффициент изменяющийся от нуля в начале искусственного старения, когда материала равняется g_o до единицы в предельном случае, когда = _м. Для применяемых температур искусственного старения это состояние за приемлемую на практике выдержку не достижимо, поэтому всегда C<1.

Таким образом, в предлагаемом способе удельная электропроводимость рассматривается как интегральная оценка завершенности структурных превращений, происходящих при распаде пересыщенного твердого раствора и последующей коагуляции продуктов распада, а коэффициент C показывает относительное изменение в пределах ее возможного изменения для данного состава сплава и является количественной оценкой степени распада твердого раствора.

Примеры 1. Взяли полуфабрикаты в естественно состаренном состоянии из деформируемых алюминиевых сплавов 1163 и Д21, химический состав которых по содержанию основных упрочняющих компонентов представлен в табл.1, и подвергли их одноступенчатому искусственному старению при температурах 180 210^oC с определением прочностных свойств и удельной электропроводимости после различной продолжительности искусственного старения. Удельную электропроводимость определяли методом вихревых токов на приборе ИЭ-1 с комплектом эталонов. Перед проведением измерений плиту отфрезеровали на половину толщины, а листы для снятия плакировки подвергали химическому травлению.

На фиг.1 приведены полученные согласно известному способу кривые изменения g при искусственном старении сплавов 1163 и Д21.

Далее дополнительно определяли на этих же образцах удельную электропроводимость материала после перезакалки в свежезакаленном состоянии g_o и после полного отжига _м по стандартному режиму: нагрев до 400^oC, выдержка 2 ч, охлаждение с печью. Полученные значения этих параметров приведены в табл.1.

На фиг. 2 показано изменение степени распада твердого раствора в этих сплавах при увеличении продолжительности старения, определенной согласно предлагаемому способу по количественному соотношению где величина удельной электропроводимости после различной продолжительности искусственного старения.

Полученные для каждого сплава кривые изменения прочностных свойств при увеличении продолжительности старения показывают обычное с повышением температуры старения смещение максимума на кривой старения в сторону более коротких выдержек. В то же время, как видно из фиг.3 и фиг.4, расположение экспериментальных точек в координатном пространстве d_в(_0,2) C позволяет для каждого сплава установить степень распада твердого раствора, соответствующую достижению максимальных прочностных свойств при всех температурах старения: для сплава 1163 C 0,6, а для сплава Д21 C 0,2.

Способ-прототип не позволяет сравнивать между собой по степени распада твердого раствора различные сплавы, отличающиеся химическим составом и природой фаз, выделяющихся при старении, т.е. информативность известного способа низкая.

Таким образом, рассмотренный пример показывает возможность использования коэффициента C для определения степени распада твердого раствора в стареющих алюминиевых сплавах с целью сопоставления кинетики старения сплавов в нормированных условиях и для оценки качества термической обработкой. Например, для сплава 1163 получение C менее 0,5 указывает на необходимость достаривания полуфабриката для получения максимальных прочностных свойств, а получение C более 0,7 свидетельствует о перестаривании материала.

Пример 2. Взяли листы в естественно состаренном состоянии из деформируемого алюминиевого сплава В95, указанного в табл.1 состава, и подвергли их искусственному старению по двухступенчатому режиму (1 ступень 120^oC 5 ч, 2-я ступень при температурах 160 190^oC), с определением удельной электропроводимости после различной продолжительности искусственного старения на второй ступени и механических свойств на растяжение. Дополнительно в соответствии с предлагаемым способом определили характеристики _o и _м приведенные в табл. 1.

На фиг. 5 приведены полученные согласно известному способу кривые изменения при старении листов из сплава В95 по двухступенчатому режиму. Они показывают характерное для алюминиевых сплавов изменение удельной электропроводимости при увеличении температуры и продолжительности старения.

Далее определили степень распада твердого раствора C после старения на второй ступени и сопоставили ее с механическими свойствами и удельной электропроводимостью материала. Установлено, что максимальные прочностные свойства при двухступенчатом старении достигаются при g около 20 МСм/м и C 0,08. Состояниям перестаривания T2 (g21 МСм/м) и T3 (g22 МСм/м) соответствуют значения C 0,27 и 0,48.

Проведенный анализ с использованием предлагаемого способа позволил впервые установить количественно степень распада твердого раствора в сплаве В95, соответствующую состояниям перестаривания T2 и T3. Величина степени распада твердого раствора для состояния T2 около 0,3, а для состояния T3 около 0,5. При низких температурах второй ступени старения степень распада твердого раствора, соответствующая состоянию T3, за приемлемые на практике выдержки может быть не достигнуто.

Пример 3. Взяли плиту толщиной 40 мм из деформируемого жаропрочного алюминиевого сплава АК4-2ч, указанного в табл. 1 состава после серийной термической обработки, включающей закалку и искусственное старение при 195^oC в течение 8 ч, и после дополнительного нагрева при 150^oC в течение 5000 ч, который имитирует нагрев изделий в процессе эксплуатации.

На исследуемом материале были определены значения удельной электропроводимости в термически обработанном состоянии и, дополнительно, после перезакалки и после полного отжига. Параметры g_o и _м представлены в табл.1, а и рассчитанные значения степени распада твердого раствора C в табл.2 вместе с результатами испытания продольных разрывных образцов.

Использование предлагаемого способа позволяет количественно оценить степень распада твердого раствора после термической обработки и ее изменение в результате эксплуатационного нагрева. Как видно из табл.2, в процессе достаривания при эксплуатационном нагреве степень распада твердого раствора C увеличилась в два раза, что привело и снижению прочностных свойств на 20 30 МПа.

Как видно из приведенных выше примеров, использование предлагаемого способа позволяет определять степень распада твердого раствора в алюминиевых сплавах в количественном выражении и с ее помощью решать различные задачи, возникающие в практике металловедения и термической обработки, что увеличивает информативность предлагаемого способа в области исследований влияния термической обработки на структуру и физико-механические свойства алюминиевых сплавов.