DURALUMIINIUMI TERMOTÖÖTLUS (0)

DURALUMIINIUMI TERMOTÖÖTLUS
Alumiiniumisulamid
Deformeeritavad ja termotöödeldavad sulamid Paljude alumiiniumisulamite (Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Mn) puhul on tähtsaks asjaoluks, et lisandid Cu, Si, Mg, Mn lahustuvad põhimetallis – alumiiniumis – piiratult, kusjuures nende lahustuvus väheneb tekkinud tardlahuses temperatuuri langemisel. Joonisel 7.2 on toodud nende sulamite hulgast kõige tüüpilisema ja praktiliselt tähtsama komponentidepaari Al-Cu faasidiagramm . Al-Cusulamid Cu-sisaldusega kuni 5% on tuntud eelkõige duralumiiniumina. Kui kuumutada Al-Cu-sulamit, mille vasesisaldus on alla 5,7% (joonis 7.2), ühefaasilise tardlahuse α-alasse (üle lahustuvuse joone) ja seejärel kiirelt jahutada, säilib toatemperatuuril sama struktuur, sest CuAl2 sekundaarsed osakesed ei jõua tekkida. See on karastamine , mille tulemuseks on vasega üleküllastunud ebapüsiv tardlahuse struktuur. 90 Ebapüsiva struktuuriga sulamis toimuvad ajaliselt muutused, mille tulemusena eraldub üleküllastunud asendustardlahusest liigne vask ühendi CuAl2 näol. Sellist protsessi nimetatakse vananemiseks ja operatsiooni loomulikuks vanandamiseks, kui see toimub normaaltemperatuuril, ja kunstlikuks vanandamiseks, kui see toimub kõrgematel temperatuuridel . Karastamisel ja sellele järgneval vananemisel tekkivad struktuurimuutused on seotud duralumiiniumi omaduste muutumisega. Karastatud ühefaasiline tardlahuse struktuuriga sulam on suhteliselt väikese tugevuse (nii tugevus- kui ka voolavuspiir ) ja kõvadusega ning suure plastsusega. Vananemisel tugevus ja kõvadus tõusevad, plastsus aga väheneb. Enamakomponentsete alumiiniumisulamite vanandamisel tekivad keerukad faasid ja ühendid, mille kirjeldamine nõuab kahekomponentsetest tunduvalt keerukamate faasidiagrammide tundmist.
Duralumiiniumil on konstruktsioonimaterjalina olulisemad tugevusomadused, plastse deformeerimise (survetöötlemise) seisukohalt aga plastsusnäitajad. Kuna duralumiiniumi kõvadus ja tugevus muutuvad ühes suunas, plastsus aga vastupidises suunas, saame tugevuse ja plastsuse muutuse üle otsustada tema kõvaduse muutuse järgi. Käesolevas töös mõõdame duralumiiniumi kõvadust ja selle kaudu otsustame teiste mehaaniliste omaduste (tugevus, plastsus) üle. Joonistel 7.3 ja 7.4 on toodud duralumiiniumi omaduste muutumise kõverad vananemisel. Pärast karastamist esimese 2…3 tunni jooksul omadused muutuvad vähe – see on nn inkubatsiooniperiood, millel on suur tehnoloogiline tähtsus, sest duralumiinium on sel ajal hästi deformeeritav. Loomulikul vananemisel saab karastatud duralumiinium maksimaalse tugevuse (ja kõvaduse) 4…5 ööpäeva pärast. Kunstlikul vananemisel (T = 100…200 oC) saavutatakse märgatav tugevuse ja kõvaduse kasv aga juba mõnekümne minuti jooksul
Kõvaduse muutus duralumiiniumi kunstlikul vananemisel 130 °C juures; d – CuAl2 osakeste läbimõõdu ruu
Vananemisnähtuse mehhanism tundub esialgu olevat küllaltki lihtne: üleküllastunud tardlahusest eraldub CuAl2 väga väikesi ja seejuures kõvu osakesi, mis takistavad plastsel deformeerimisel terasiseseid nihkumisi; sellega suureneb materjali tugevus ja kõvadus. Nagu uurimised näitavad, on vananemisprotsessi kulg aga tunduvalt keerukam , koosnedes mitmest staadiumist ning olenedes eelkõige vanandamise temperatuurist. Karastatud duralumiiniumi loomulikul vananemisel esineb karastatud struktuuris ainult vananemist ettevalmistav staadium, mis seisneb selles, et lahustunud komponendi (nt vase) aatomid , mis esialgu paiknevad hajutatult tardlahuse kristallivõres, hakkavad koonduma. Tekivad suure vasesisaldusega tsoonid , nn Guinier’- Prestoni tsoonid. Asjaolu, et alumiiniumi ja vase aatomiraadiused erinevad tunduvalt, tekitab neis tsoonides suuri kristallivõre moonutusi. See muudabki tugevust ja kõvadust. Loomulikul vananemisel protsess esimesest staadiumist edasi ei lähe. Kõrgematel temperatuuridel läheneb vase kontsentratsioon Guinier’-Prestoni tsoonides vastava keemilise ühendi (nt CuAl2) kontsentratsioonile ja tekib uus faas, nn Wassermanni faas, millel on juba 93 tardlahuse kristallivõrest erinev, kuid sellega koherentselt seotud kristallivõre. See vastab vananemise teisele staadiumile ja esineb lühiajalisel seisutamisel 150…200 oC juures. Pikem seisutamine või kõrgem temperatuur tekitab juba puhta keemilise ühendi osakesi, mis vastab vananemise kolmandale ja viimasele staadiumile. Edasine kuumutamine põhjustab vaid nende osakeste suurenemist (koaguleerumist). Toimub ülevananemine. Vananemise maksimaalne efekt saavutatakse esimeses staadiumis . Teisel ja eriti kolmandal staadiumil kasvab tugevus vähe (võib esineda isegi tugevuse langus). Duralumiiniumid on keeruka koostisega alumiiniumisulamid, mille markide mõned näited ja omadused EN-i järgi on toodud tabelis 7.1, keemiline koostis