§ 3. Гомогенизация с нагревом выше температуры неравновесного солидуса

В некоторых случаях степень гомогенизации, проводимой при температурах вблизи неравновесного солидуса, но ни­же его, может оказаться недостаточной. Необходимая пол­нота гомогенизации при этом или вообще не достигается, или достигается при таких длительных выдержках, кото­рые неприемлемы в производстве. Кроме того, всегда жела­тельно сокращение времени гомогенизации. Поэтому весь­ма заманчива возможность проведения гомогенизационного отжига при температурах выше неравновесного солиду- са. Такой отжиг с нагревом выше неравновесного, но ниже равновесного солидуса применяют в промышленности к слиткам некоторых алюминиевых сплавов.

Обычно отжиг промышленных слитков алюминиевых сплавов выше неравновесного солидуса вызывает опасения из-за возможности пережога (см. § 31).

В этой связи рассмотрим условия, в которых находится слиток во время гомогенизационного отжига при темпера­

туре выше неравновесного, но ниже равновесного солиду­са, например при температуре t\ на рис. 7. Твердый раствор на базе алюминия при температуре t_x ненасыщен по отно­шению к неравновесным включениям расплава. Легирую­щий элемент из расплава (медь) будет диффундировать в алюминиевый раствор, и неравновесные включения рас­плава рассосутся. Таким образом, нагрев выше неравно­весного, но ниже равновесного солидуса не вызывает пере­жога при оплавлении, так как участки расплава исчезают в процессе изотермической выдержки при гомогенизацион­ном отжиге. У многих про­мышленных сплавов нерав­новесная эвтектика расса­сывается уже в период на­грева слитка до температу­ры гомогенизации.

П ережог из-за межкри- сталлитного окисления не опасен потому, что, во-пер­вых, на поверхности слитка алюминиевого сплава име­ется плотная окнсная плен­ка и, во-вторых, возможное межзеренное окисление в

Рис. 7. Диаграмма состояния AI—Си: ТОНКОМ ПОВврхНОСТНОМ СЛОе

с — неравновесный солкдус сплава „ г

AI —2,3% Си; b — равновесный солн- на СВОИСТВаХ СЛИТКЙ Н6 СКа- дус сплава А!—2,3% Си; U— темпера- ... _ „

тура гомогенизации ЖСТСЯ (в 0ТЛИЧИ6 ОТ ЛИ­

СТОВ, проволоки и других изделий тонкого сечения).

Процессы гомогенизации при отжиге с нагревом выше точки неравновесного солидуса идут гораздо быстрее, чем при обычном отжиге ниже солидуса. Например, у дуралю- мина Д16 температура неравновесного солидуса равна примерно 508 °С, а равновесного — около 530 °С. Время растворения неравновесного избытка фаз в промышленном слитке диаметром 150 мм при температуре отжига 515°С.в 2,5 раза меньше, чем при 480 °С.

Причиной сильного ускорения гомогенизации при отжи­ге с нагревом до температур выше неравновесного солиду­са является не присутствие жидкой фазы, а увеличение ко­эффициентов диффузии легирующих элементов с повыше­нием температуры. Ведущим звеном процесса растворения фаз ниже и выше неравновесного солидуса является диф­фузионный отвод атомов легирующих элементов от меж- фазной границы в центральную зону дендритной ячейки.

Сам по себе переход через точку солидуса не является критическим по отношению к процессу гомогенизации, но повышение температуры отжига даже на 20—30 К может резко, например в два раза, увеличить коэффициенты диф­фузии.

Гомогенизация при температурах выше неравновесного солидуса значительно сокращает продолжительность от­жига, обеспечивающего необходимую технологическую пла­стичность при обработке давлением. Для некоторых спла­вов возможно повышение обжатий и скорости обработки давлением, например скорости прессования. Кроме того, повышаются показатели пластичности деформированных полуфабрикатов, особенно поперек волокна.

О

Рис. 8. Зависимость объемной доли пор V от продолжительности отжига дуралюмииа Д16 при температурах ниже и выше неравновесного солиду­са (508 °С) (И. И. Новиков, В. С. Зо- лоторевский, А. В. Курбатова)

сновной недостаток отжига с нагревом выше темпера­туры неравновесного солидуса—значительно более быстрое развитие пористости (рис. 8). К причинам, вызывающим развитие пористости при обычном отжиге (см. § 1), здесь можно добавить еще и следующую (по Е. Д. Захарову). Твердый раствор на базе алюминия прд быстрой кри­сталлизации слитка пе­ресыщается водородом.

Растворимость водорода в расплаве намного боль­ше, чем в кристаллах, и поэтому водород из пе­ресыщенного им твердо­го раствора устремляет­ся в жидкую фазу, появ­ляющуюся при нагреве слитка выше точки не­равновесного солидуса.

Последующая сравни­тельно медленная изо­термическая кристалли­зация . неравновесных включений расплава приводит к выделению из него водо­рода, образующего газовые поры. Могут ли полностью завариваться эти поры при горячей деформации слитка и каково их влияние на эксплуатационные свойства изде­лий— еще точно не установлено. Поэтому гомогенизаци­онный отжиг с нагревом выше температуры неравновесно­го солидуса, называемый в технологии алюминиевых спла­вов «высокотемпературной» гомогенизацией, следует ис- использовать только после тщательного опробования, ис­ключив возможные нежелательные его последствия.

3. И

   33

   . И. Новиков