Глава 3. Відпал другого роду

Відпалом другого роду називають термообробку, яка включає нагрівання сплавів до температур, що перевищують температури фазових перетворень, витримку при цих температурах і дуже повільне охолодження. Під час відпалу другого роду в сплавах проходять якісні або кількісні зміни фазового складу при нагріві і зворотні зміни при охолодженні, в результаті чого утворюється рівноважна структура.

На рис. 148 представлені типові діаграми систем сплавів з фазовими перетвореннями в твердому стані, на яких вказані температури нагріву сплавів при відпалі другого роду.

Відпал другого роду можна проводити з певною зміною фазового складу, коли фази, які існують при кімнатній температурі, зникають при нагріванні, а фази, стабільні при підвищеній температурі, зникають при охолодженні. Для цього метал або сплав слід нагріти вище критичної точки, наприклад, сплави "X)" нагрівають вище критичної точки іо до температури її (рис. 148,а, б, в). Якщо сплави "X" нагріти до температури І2, яка нижча за Іо, то фазовий склад не-

п

т

Рис. 148. Системи з різними фазовими перетвореннями в твердому стані: поліморфним (а); евтектоїдним (б); перитектоїдним (в); розчиненням однієї фази в іншій при нагріванні і зворотним виділенням її при охолодженні (г).

овністю зміниться - при температурі відпалу частково зберігається низькотемпературна фаза.

Коли змінення фазового складу пов'язане тільки із змінною розчинністю компонентів в твердому стані (сплав "Х/ на рис. 148,г), то при термообробці взагалі неможлива повна фазова перекристалізація, бо основна фаза а, в якій розчиняється надлишкова фаза Р, стабільна і при низьких, і при високих температурах. В сплавах такого типу при нагріванні і охолодженні змінюється тільки кількісне співвідношення фаз (включаючи повне зникнення однієї з них при нагріванні вище іо).

Неповне змінений фазового складу при відпалі відбувається і в сплаві "Хз" (рис. 148,а), через те, що в ньому високотемпературна фаза стабільна при кімнатній температурі.

Основні параметри відпалу другого роду: температура нагріву; час витримки при цій температурі і швидкість охолодження.

Остання повинна бути достатньою для того, щоб при зниженні температури встигли пройти зворотні фазові перетворення, пов'язані з дифузійними процесами. На практиці вироби під час відпалу охолоджують разом з піччю або на повітрі.

П

Рис. 149. Кінетика фазового перетворення при постійній температурі: 1—кінетична крива; 2 - залежність істинної об’ємної швидкості перетворення від часу ізотермічної витримки: оа- інку- баційний період; ов - час повного перетворення.

араметри кристалізації (швидкість зародження центрів кристалізації і лінійна швидкість росту цих центрів) залежать від ступеня переохолодження або перенагрівання (див. главу 5 частини І). Кінетика фазового перетворення при певному переохолодженні або перегріванні зображається кінетичною кривою, яка вказує наростання кількості нової структурної складової в часі (рис. 149). Кожна кінетична крива відповідає одній температурі, при якій проходило перетворення і характеризує об'ємну швидкість перетворення в ізотермічних умовах. Кінетика перетворення завжди така, що спочатку в умовах експерименту перетворення не спостерігається (відрізок оа на рис. 149). Це так званий інкубаційний період. Потім об'єм нової фази починає зростати з прискоренням, а в кінці перетворення приріст цього об'єму різко уповільнюється. Таким чином, при постійній температурі об'ємна швидкість перетворення змінюється в процесі самого перетворення. Максимум істинної об'ємної швидкості перетворення відповідає точці перегину на кінетичній кривій і досягається приблизно тоді, коли половина об'єму здійснила перетворення.

К

Рис. 150. Кінетичні криві при різних ступенях перенагріву: Т,<Т₂<Т₃<Т₄<Т₅.

інетичні криві при різних ступенях перенагріву або переохолодження можуть мати вигляд, зображений на рис. 150, 152. З них можна визначити час інкубаційного періоду, час початку і кінця фазового перетворення при даній температурі. Потім можна перенести ці параметри для кожної температури в систему координат "темпе- ратура-час" і побудувати діаграми ізотермічного перетворення (рис. 151, 153).

Р

Цас

Рис. 152. Кінетичні криві при різних ступенях переохолодження: Т]>Т₂>Т₃>Т₄>Т₅.

ис. 151. Діаграма ізотермічного перетворення, яке відбувається при перенагріві. Т₍₎ - температура фазової рівноваги.

Я

V

Т

Рис. 153. Діаграма ізотермічного перетворення при переохолодженні (а) і залежність швидкості перетворення від ступеня переохолодження (б). Т₀-температура фазової рівноваги.

к видно з діаграми ізотермічного перетворення при нагріві (рис. 151), з підвищенням ступеня перенагріву інкубаційний період і час повного перетворення зменшуються. Це пояснюється тим, що одночасно із зменшенням термодинамічної стійкості вихідного фазового стану зростає рухомість атомів.

Як видно з діаграми ізотермічного перетворення при охолодженні (рис. 153), спочатку збільшення ступеня переохолодження призводить до зменшення часу повного перетворення. Це пояснюється тим, що вихідне фазове становище стає менш стійким. При певному ступені переохолодження інкубаційний період стає найменшим (осіз). Подальше збільшення переохолодження призводить до розширення інкубаційного періоду і збільшення часу певного перетворення, що пояснюється зменшенням рухомості атомів (дифузійні процеси згасають).

Такі діаграми ізотермічного перетворення при охолодженні будують експериментально. їх називають С-кривими. Ліва крива а/ й2 аз 04 <75 відповідає початку перетворення і показує залежність величини інкубаційного періоду від ступеня переохолодження. Права крива в 162636463 відповідає кінцю перетворення і показує залежність повного перетворення від ступеня переохолодження. Згин або виступ С-кривої відповідає максимальній швидкості перетворення.

Для умов зварювання діаграми будуються спеціально в зв'язку з високими температурами нагріву і малими видержками при цих температурах.

Діаграми ізотермічного перетворення мають велике теоретичне і практичне значення. За допомогою їх можна аналізувати всі види термообробки, особливо ізотеромічний відпал, ізотермічне загартування. Не зовсім точно можливо визначити також початок і кінець перетворень при безперервному охолодженні, якщо нанести на С-діаграму криві швидкостей охолодження.