Раздел 2

ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО- ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

Глава 6

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

1. Виды термической обработки

Термической обработкой называют технологические процессы, со­стоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изме­нения их структуры и свойств.

Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрика­ты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Основные виды термической обработки — отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.

Отжиг — термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пла­стичности и снятием остаточных напряжений.

Температура нагрева при отжиге зависит от состава сплава и кон­кретной разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры от­жига обычно невелика, она лежит в пределах 30 — 200°С/ч.

Закалка — термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при тер­мической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твердом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твердых растворов, распад высокотемпера­турного твердого раствора по эвтектоидной реакции и др. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Конструкционные и инструментальные сплавы закаливают для уп­рочнения. Сильно упрочняются при закалке сплавы, претерпевающие в равновесных условиях эвтектоидное превращение. Прочность возраста­ет либо вследствие мартенситного фазового перехода, либо из-за пони­жения температуры эвтектоидной реакции, приводящей к измельчению

зерен, образующих эвтектоидную смесь. Если в результате закалки при 20 — 25 °С фиксируется состояние высокотемпературного твердого раство­ра, значительного упрочнения сплава непосредственно после закалки не происходит; основное упрочнение создается при повторном низкотемпера­турном нагреве или во время выдержки при 20 — 25 °С.

В сплавах с особыми свойствами закалка позволяет изменить струк­турно-чувствительные физические или химическое свойства: увеличить удельное электросопротивление или коэрцитивную силу, повысить корро­зионную стойкость и др.

Отпуск и старение — термические обработки, в результате которых в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.

Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получение более высокого уровня свойств (твердости, ха­рактеристик прочности, коэрцитивной силы, удельного электросопроти­вления и др.) по сравнению с отожженным состоянием.

В большинстве сплавов после закалки получают пересыщенный твер­дый раствор (или смесь, твердых растворов); в этом случае основной про­цесс, происходящий при отпуске или старении, — распад пересыщенного твердого раствора.

Температуру и выдержку выбирают таким образом, чтобы равновес­ное состояние сплава при обработке не достигалось, как это происходит при отжиге. Скорость охлаждения с температуры отпуска или старения за, редким исключением не влияет на структуру и свойства сплавов.

Термин «отпуск» используют обычно применительно к сталям и другим сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение (двухфазные алюминиевые бронзы, некоторые сплавы на основе титана); термин «старение» применительно к сплавам, не претерпевающим при закалке полиморфного превращения (сплавы на основе алюминия, аусте­нитные стали, никелевые сплавы и др.).

Принципиальная возможность применения того или другого вида тер­мической обработки может быть определена на основании диаграмм фа­зового равновесия. В связи с этим выделяют следующие основные группы сплавов⁸:

1. сплавы, не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии (см. рис. 4.3, 4.10);

2. сплавы с переменной растворимостью компонентов в твердом со­стоянии (см. рис. 4.4);

3. сплавы с эвтектоидным превращением (см. рис. 4.9).

Любой технологический процесс термической обработки состоит из трех основных этапов: нагрев, изотермическая выдержка и охлаждение. Нагрев, а иногда и весь процесс термической обработки (отжиг) проводят в термических печах.