Старение

Старение представляет собой выдержку закаленного сплава при некоторых (относительно низких) температурах, при которых начинается распад пересыщенного твердого раствора или в твердом растворе происходят структурные изменения, являющиеся подготовкой к распаду. Цель старения - дополнительное повышение прочности закаленных сплавов.

Распадом называют процесс, в результате которого из одной фазы (пересыщенный твердый раствор) образуются две фазы: твердый раствор, обедненный легирующими компонентами и выделения интерметаллидов, отличающиеся от твердого раствора по составу и кристаллической решетке, и отделенные от твердого раствора поверхностью раздела.

Сильная пресыщенность твердого раствора в закаленном сплаве обусловливает его термодинамическую нестабильность. Распад твердого раствора, приближающий фазовое состояние к равновесному, а следователь но, к уменьшению свободной энергии сплава, является самопроизвольно идущим процессом.

Во многих закаленных алюминиевых сплавах подготовительные стадии распада, а иногда и начало собственно распада проходят без специального нагрева, при вылеживании в естественных условиях в цехе, на складе или в другом помещении, в котором хранятся изделия, где температуры обычно находятся в пределах от 0 до 30 °С. В некоторых алюминиевых сплавах (AlCu-Mn) подготовка к распаду и начальные стадии распада происходят лишь при нагреве закаленного сплава до температуры 100...200 °С. Смысл этого нагрева - термическая активация диффузионных процессов.

Выдержку закаленных алюминиевых сплавов в естественных условиях (при температуре окружающей среды), которая приводит к определенным изменениям структуры и свойств (прочность, как правило, повышается), называют естественным старением.

Нагрев закаленных алюминиевых сплавов до относительно невысоких температур (обычно в интервале 100...200 °С) и выдержку при этих температурах (в пределах от нескольких часов до нескольких десятков часов) называют искусственным старением.

Технология отжига листов термически не упрочняемых алюминиевых сплавов

Единственный вид термической обработки алюминиевых сплавов, не упрочняемых термической обработкой,- отжиг, а способ упрочнения - нагартовка при холодной деформации. Листовые полуфабрикаты из всех сплавов рассматриваемой группы поставляются промышленности в горячекатаном без термической обработки, отожженном, нагартованном и полунагартованном состояниях после горячей или холодной прокатки.

Применительно к рассматриваемой группе сплавов используют высокий и низкий отжиги. Высокий отжиг.

Высокий отжиг проводят при повышенных температурах и времени выдержки, достаточном для полного разупрочнения сплавов, вызываемого рекристаллизацией. Эту операцию применяют либо как промежуточную термообработку для снятия нагартовки после холодной или горячей прокатки, либо как окончательную термообработку для получения полуфабрикатов с высоким уровнем пластических свойств. При назначении режимов высокого отжига необходимо считаться с возможностью роста зерен (собирательная рекристаллизация), неблагоприятно влияющего на механические свойства сплавов.

Во избежание роста зерна при высоком отжиге выдержка должна соответствовать минимально необходимой. Росту крупного зерна способствуют неоднородное распределение легирующих компонентов в твердом растворе (дендритная ликвация) и неравномерность деформации по объему полуфабрикатов. Склонность к образованию крупных зерен особенно сильно проявляется при медленном нагреве, когда из появившихся в небольшом количестве при низких температурах центров рекристаллизации успевают вырасти зерна больших размеров. Поэтому нагрев при высоком отжиге следует вести с максимально возможными скоростями.

Режимы отжига при промежуточной и окончательной термической обработке могут различаться. В случае промежуточного отжига основным является получение максимальных характеристик пластичности, а нежелательные структурные изменения могут быть устранены последующей холодной прокаткой и окончательной термообработкой.

Низкий отжиг. При низком отжиге, который проводится при сравнительно низких температурах, в металле происходит полигонизация, а рекристаллизация не успевает пройти полностью. Как известно, процесс рекристаллизации протекает во времени, и поэтому при заданной температуре отжига, варьируя время выдержки, можно регулировать степень снятия нагартовки от предыдущей деформации. При низком отжиге наблюдается частичное разупрочнение и некоторое повышение пластичности. Его применяют только как окончательную термообработку для обеспечения требований потребителя по механическим и физико-химическим свойствам полуфабрикатов. Режимы высокого и низкого отжига для сплавов, не упрочняемых термической обработкой, приведены в табл. 3.3.

Рассмотрим некоторые факторы, определяющие выбор режимов термической обработки сплавов алюминия, не упрочняемых термической обработкой. Технический алюминий. Технологические характеристики алюминиевых листов улучшаются с уменьшением размера рекристаллизованных зерен. Поэтому технология производства полуфабрикатов должна обеспечивать получение мелкого зерна. На величину зерна листового алюминия влияют состав и технологические факторы при прокатке и термической обработке.

Некоторые элементы измельчают зерно алюминия при кристаллизации, другие - при рекристаллизации. Размер рекристаллизованных зерен в алюминии при присадке титана уменьшается только при высоком содержании железа.

Таблица 3.3 Режимы высокого и низкого отжига листов из неупрочняемых термической обработкой сплавов алюминия

Сплав АМц. Листы из сплава АМц поставляют в отожженном, нагартованном и полунагартованном состояниях.

Особенности технологии получения листов в отожженном состоянии связаны с необходимостью создания мелкозернистой структуры. Слиткам сплава АМц, отлитым непрерывным методом в короткий кристаллизатор, свойственно неравномерное распределение марганца по объему твердого раствора, что наряду с неоднородностью деформации при холодной прокатке приводит к получению крупнозернистой структуры после высокого отжига.

Для устранения этого явления используют два пути: гомогенизационный отжиг слитка и регулирование химического состава сплава.

Гомогенизация при высоких температурах приводит к частичному распаду твердого раствора марганца в алюминии и устранению внутридендритной ликвации. Изменения структуры, вызванные гомогенизацией слитка, способствуют выравниванию температур начала рекристаллизации по объему холоднокатаных листов. Поэтому при нагреве во всем объеме полуфабрикатов одновременно появляется большое количество центров рекристаллизации, и зерно после высокого отжига получается мелким.

На величину зерна влияет и скорость нагрева: чем больше скорость, тем мельче зерно.

Нагартовка позволяет в 2—3 раза повысить прочностные свойства листов при резком снижении удлинения. Полунагартованное состояние, как и для технического алюминия, может быть получено либо нагартовкой с небольшими степенями деформации при холодной прокатке, либо низким