9.4. Гартування зі старінням сплавів алюмінію, міді, магнію

Сплави алюмінію. Зміцнюючій термічній обробці – гартуванню зі старінням (часто – природним) піддають усі групи деформівних алюмінієвих сплавів, які зміцнюються термічною обробкою, деякі марки ливарних сплавів – силумінів (наприклад, АЛ9), сплавів системи Al - Cu (АЛ 7, АЛ 19). Деякі сплави, наприклад, ливарні сплави системи Al - Mg, піддають гартуванню без старіння, а ряд сплавів - старінню без попереднього гартування. Охолоджуючим середовищем при гартуванні більшості сплавів є вода. Сплави магнію. Ці сплави піддають гартуванню зі штучним старінням. Критична швидкість охолодження при гартуванні сплавів магнію невисока і для більшості з них охолоджуючим середовищем є повітря. Тривалість штучного старіння магнієвих сплавів значно більша за таку у алюмінієвих сплавів. Ефект же термічної обробки у них нижчий в порівнянні зі сплавами алюмінію.

Сплави міді. Температура їх нагрівання під гартування повинна забезпечити можливість найбільш повного розчинення надлишкових фаз, але не викликати надмірного зростання зерна та пережогу. Час витримки при їх нагріванні під гартування невеликий і не перевищує декількох хвилин. Сплави міді відрізняються високою прогартівністю.

Конкретні режими термічної обробки визначаються експериментальним шляхом для кожного сплаву. Режими старіння обираються в залежністі від потрібних фізико-механічних властивостей. При цьому можуть бути реалізованими режими як повного, так і неповного штучного старіння, а також перестарювання. Приклади режимів гартування і старіння ряду сплавів наведені у таблиці 9.3.

Таблиця 9.3 - Режими гартування і старіння ряду сплавів

Основа сплаву	Вид і марка сплаву	Температу- ра нагріву під гартування, °С	Режим старіння
			Темпера-тура, °С	Час витримки, год.
Алюміній	Деформівні:
	Дуралюміни Д1, Д16	490-510	20	более 96
	Ковочні сплави АК6, АК8	500-520	150-165	6-12
	Високоміцні В95, В96	465-475	135-145	15-17
Магній	Деформівні: МА5	410-425	175-200	8-16
	МА11	480-500	170-180	24
	Ливарні МЛ6	410	190	4-8
Мідь	ЛАНКМц 75-2-2.5-0.5-0.5	820	450	2
	БрАЖН 10-4-4	980	400	2
	БрБ2, БрБНТ 1.9	760-780	320	2

9.5. Особливості зміцнюючої термічної обробки сплавів титану

Такі особливості обумовлені поліморфізмом титану. Внаслідок поліморфних перетворень в промислових сплавах при прискореному охолодженні утворюються метастабільні фази. Так, при швидкому охолодженні (гартуванні) з -області сплавів, які у стані рівноваги можуть бути однофазними (), або двохфазними ( + ), утворюється метастабільна ’-фаза. Вона представляє собою пересичений твердий розчин легуючих компонентів у  -Ti і має гексагональну кристалічну гратку. При утворенні такого мартенситу в титанових сплавах, на відміну від сталей, зміцнення не відбувається. Це обумовлено тим, що об’ємний ефект перетворення  ’ і, відповідно, фазовий наклеп є невеликими: об’ємний ефект мартенситного перетворення в титанових сплавах складає лише 0,1%, а в сталі - біля 1%. При гартуванні може утворитися також і фаза ’’, яка має ромбічну кристалічну гратку, утворення якої також не приводить до зміцнення сплаву. Фаза ’’ утворюється при підвищеному вмісті легуючих елементів. Припускають, що фаза ’ безперервно переходить у фазу ’’. Сумісної присутністі цих двох фаз при гартуванні з -стану не було зафіксовано.

При великому вмісті легуючих элементів при гартуванні відбувається перетворення . Фаза  є мартенситом особливого типу і утворюється при нульовому об’ємному ефекті. Ця фаза є твердою і крихкою, тому її появи при термічній обробці намагаються запобігти. Вважають, що, что -фаза утворюється з -фази в результаті незначних зміщень окремих атомів.

При відпусканні загартованих титанових сплавів відбувається розпад метастабільних фаз ’, ’’ и , а також нестабільної (переохолодженої) -фази (’-фази). Мартенситна ’-фаза в залежності від складу розпадається при нагріванні на фази  і , або  і TiMe_х, где TiMe_х - проміжна фаза в системі Ti - Me, якщо в цій системі є можливим евтектоїдне перетворення. -фаза в ізотермічних умовах розпадається або на фази  і  з подальшим утворенням  і TiMe_х, або на фази  і , а далі - на  і , а при більш тривалій витримці - на фази  і TiMe_х.

У таблиці 9.4 наведені приклади режимів зміцнюючої термічної обробки сплавів титану.

Таблиця 9.4 - Режими зміцнюючої термічної обробки сплавів Ti

Марка сплаву	Ткр, °С	% -фази	Температура нагріву під гартування, °С	Режим відпуску
				Температура, °С	Витримка, год
ВТ 6	850	20-30	900-950	450-500	2-4
ВТ 14	860	35-40	870-910	480-560	8-16
ВТ 16	800	55-70	810-830	560-580	8-10
ВТ 22	840-880	90-100	690-750	480-540	8-16

Тимчасовий опор руйнуванню загартованих титанових (  )-сплавів з невеликим вмістом -стабілізаторів (ВТ 6, ВТ 3-1, ВТ 8, ВТ 9) порівняно мало залежить від температури нагрівання під гартування в інтервалі 850...900°С, але суттєво зростає при подальшому її підвищенні. У випадку ж загартованих (+)-сплавів з достатньо великим вмістом -стабілізаторів (ВТ16, ВТ22) підвищення температури нагрівання під гартування приводить до безперервного зменшення границі текучості у зв’язку з утворенням м’якого мартенситу.

Зміцнення при старінні загартованих сплавів обумовлене процесами розпаду - і ’’ - фаз, підвищення міцністі внаслідок розпаду ’-фази є невеликим. Старіння у ()-сплавах розвивається в залежності від часу витримки тим інтенсивніше, чим менше у них вміст -стабілізаторів. Тривалість старіння звичайно обирають більшою, ніж час, необхідний для досягнення максимальної міцності з метою підвищення їх пластичності. Сплави титану частіше піддають старінню за одноступінчастим, рідше - за двохступінчастим режимом.