Р Тві/х ис. 154. Криві початку перетворення переохолодженої фази: 1 - в ізотермічних умовах; 2 - при безперервному охолодженні.

Цас

Для того, щоб проводити точний кількісний аналіз перетворень, які відбуваються в сплавах при безперервному охолодженні, слід використовувати неізотермічні (термокінетичні) діаграми. Вони також будуються експериментальними методами. На рис. 154 зображені криві початку перетворення в ізотермічних умовах (1) і під час безперервного охолодження (2). При швидкостях Уі і Уг початок охолодження на кривій ізотермічних перетворень відмічається точками а\ і д₂, а на кривій неізотермічних перетворень - точками гц Гг. Ці криві показують, що під час безперервного охолодження початок (і кінець) перетворення зсувається в бік знижених температур; збільшується також інкубаційний період розпаду і час для завершення перетворення. Розбіжності в часі і температурі перетворень пояснюється тим, що при однаковому відрізку часу, наприклад оа/, в разі безперервного охолодження сплав знаходиться в області більш високих температур, коли перетворення в інкубаційному періоді йде повільніше, НІЖ при Ті.

1. Види загартування

Загартування, як і відпал другого роду, можливо застосовувати тільки до тих металів і сплавів, в яких мають місце фазові перетворення в твердому стані. Основні параметри загартування - температура нагріву, час витримки і швидкість охолодження. Температура нагріву і час витримки повинні бути такими, щоб відбулися необхідні структурні зміни, наприклад, утворення високотемпературної твердої фази в результаті поліморфного перетворення (рис. 148 а,б,в), розчинення надлишкової фази в твердій матричній фазі (рис. 148,г) тощо. У відношенні до нагріву загартування подібне відпалу другого роду.

Швидкість охолодження під час загартування повинна бути достатньо великою, щоб при зниженні температури не встигали проходити фазові перетворення, пов'язані з дифузією або самодифузією (евтектоїдний розпад, виділення вторинних надлишкових фаз з основного розчину тощо).

Таким чином, загартування - це термічна обробка, яка складається з нагріву металу або сплаву до температури вище критичної, витримки при цій температурі й швидкого охолодження з метою одержання нерівноважної структури.

Існує два різних вида загартування: загартування без

поліморфного перетворення і загартування з поліморфним перетворенням. Вони суттєво відрізняються один від одного. Загартування з поліморфним перетворенням розглядається в главі 4 частини III, яка присвячена теорії термічної обробки сталей. Загартування без поліморфного перетворення розглянемо в наступному розділі.

2. Загартування без поліморфного перетворення

Загартування без поліморфного перетворення стосується сплавів, в яких одна фаза повністю або частково розчиняється в іншій при підвищеній температурі. Наприклад, в сплаві Со (на рис. 155) при нагріві до температури загартування (Тз) р-фаза розчиняється в матричній а-фазі. При зворотному повільному охолодженні Р-фаза виділяється з а-фази, в якій концентрація компонента В

зменшується відповідно кривій обмеженої розчинності пЬ. Так як склад а- і (і-фаз різний, то виділення Р-фази зв'язано з дифузійним перерозподілом компонентів. Під час швидкого охолодження (при загартуванні) дифузійний перерозподіл, необхідний для зародження і росту кристалів Р-фази, не встигає пройти, і Р-фаза не виділяється з а-твердого розчину. Тобто, після загартування сплав С₀ при кімнатній температурі буде мати однофазну структуру а-твердого розчину, а склад його відповідатиме точці "п ".

При температурі Т₃ а-твердий розчин - ненасичений, а при кімнатній температурі після загартування а-твердий розчин - перенасичений, бо він містить більше компонента В, ніж це можливо в рівноважних умовах (точка "в").

Таким чином, загартування сплавів з обмеженою розчинністю без поліморфного перетворення полягає в фіксації при понижених температурах (наприклад, кімнатній) стану, який є властивим йому при більш високих температурах.

Г

Рис. 155. Схема для пояснення гартування сплавів без поліморфного перетворення.

артування без поліморфного перетворення широко застосовується при термічній обробці високолегованих сталей і багатьох сплавів на основі кольорових металів. Загартування не завжди робить структуру однофазною. Наприклад, сплав Сг (рис. 155) при нагріві до температури загартування не стає однофазним через присутність евтектики (а+(3), тому після загартування в структурі сплаву Сг будем мати перенасичений а-розчин складу точки "т" і надлишкову Р-фазу, яка не розчинилась під час нагріву під загартування.

Загартування без поліморфного перетворення може приводити до змінення механічних та інших властивостей сплавів, але напрямок і величина змінення властивостей в різних сплавах можуть бути неоднаковими. Інколи термін "загартування" пов'язують тільки з тим, що сплав зміцнюється. Але цей вид загартування може як зміцнювати, так і знеміцнювати сплав. У одних сплавів загарту

вання підвищує міцність, але знижує пластичність, у інших, навпаки, знижує міцність і підвищує показники пластичності, а в деяких інших - підвищує і міцність, і пластичність. У багатьох сплавах загартування може навіть не змінювати властивостей. Сильного зміцнення з різким зниженням пластичності після загартування сплавів без поліморфного перетворення не спостерігається.

Так, для алюмінієвого сплаву, який має назву "дюралюміній" після загартування характерним є невелике підвищення міцності при збереженні високої пластичності. У берилієвої бронзи після загартування знижується міцність і сильно підвищується пластичність порівняно з відпаленим станом. У нержавіючої хромонікелевої сталі 08X18Н9 після гарячого прокатування і загартування відносне подовження зростає від 20 до 45%. Основне призначення загартування без поліморфного перетворення — підготувати сплави до старіння. Загартування деяких сплавів використовують як проміжну пом'якшуючу операцію перед початком холодної пластичної деформації. Інколи загартування служить остаточною термообробкою, яка проводиться для підвищення необхідного комплексу властивостей, наприклад, пластичності і корозійної стійкості сплавів.

Велику увагу приділяють вибору температури загартування. При цьому, з одного боку, переслідують мету найбільш повнішого розчинення надлишкових фаз в матричній фазі, а, з другого боку, обмежують верхню температуру нагріву, щоб запобігти появі перепалу. Під час перепалу виникають міжкристалічні тріщини, інколи заповнені прошарками крихких фаз, окислів і газових пухирів. Перепал - це непоправимий і дуже небезпечний вид браку.

Час витримки при температурі нагріву вибирають так, щоб завершились процеси розчинення надлишкових фаз. Він залежить від хімічного складу Сплаву, температури нагріву і вихідної структури. Дисперсні надлишкові фази розчиняються скоріше, ніж крупні скоа- гульовані частинки. Тому, наприклад, деформовані сплави менше витримуються при температурі загартування, ніж виливки, в яких надлишкові фази мають більші розміри.

Поняття "загартування" завжди пов'язується з швидким охолодженням нагрітих виробів у воді або маслі. Але таке охолодження не є обов'язковим для всіх сплавів. Головне, щоб під час охолодження не встигав розпадатися матричний розчин, хімічний склад якого утворився при нагріві. В залежності від швидкості цього роз

паду середовище охолодження при загартуванні може бути різним. Для одних сплавів обов'язковим є загартування у холодній воді, а для інших, в яких розпад твердого розчину йде повільно, можна призначати охолодження на повітрі. Існує багато промислових сплавів на основі заліза, нікелю, алюмінію і магнію, які загартовуються при охолодженні на повітрі (див. табл. 8).

Кількісним критерієм стійкості переохолодженого твердого розчину являється критична швидкість охолодження (У_кр) - найменша швидкість безперервного охолодження, яка дозволяє уникнути розпаду розчину, утвореного при нагріві вище критичної точки. Якщо швидкість охолодження всередині перерізу виробу більше У_кр, то вироб прогартовується наскрізь. Критичну швидкість охолодження визначають, проводячи від температури нагріву дотичну пряму до виступу С-кривої (рис. 156). Глибина прогартованості при даній швидкості охолодження тим більша, чим менша У_кр, тобто чим правіше знаходиться С-крива. Стійкість переохолодженого твердого розчину залежить від природи основного металу, вмісту легуючих елементів і структури сплаву перед загартуванням. В границях

о

Рис. 156. Визначення критичної швидкості охолодження (схема).

днієї системи збільшення концентрації легуючих елементів підвищує перенасиченість твердого розчину, і його стійкість зменшується. Дисперсні включення інтерметалідів, карбідів і інших фаз, які знаходяться в сплаві при температурі загартування, можуть зменшити стійкість переохолодженого розчину і прискорити його розпад. Ці включення служать додатковими центрами для утворення зародків вторинних фаз, і критична швидкість охолодження зростає.

Загартування у воді дозволяє значно перевищити критичну швидкість охолодження, але при цьому виникають залишкові напруження і жолоблення, тому, по можливості, використовують інші способи охолодження.

Таблиця 8. Режими загартування без поліморфного перетворення сплавів на різній основі

Металічна основа	Марка сплаву	Вироби, напівфаб рикати	Режим загартування
			Температура нагріву, °С	Час витримки, год	Середовище охолодження
Ге	10Х12Н20ТЗР	прутки, поковки	1100-1150	2	повітря або вода
М	ХН77ТЮР	лопатки, турбінні диски	1070-1090	8	повітря
м	ЖС6К	ротори	1180-1220	4	повітря
Ті	ВТ22	прутки	800	1	вода
Си	Бр.Б2	пружинясті деталі	760-780	8-15 хв.	вода
Си	Бр.Х08	прутки	980-1000	1-1,5	вода
АІ	Діб	листи 8 =2-4 мм	495-505	10 хв.	вода 10-40 °С
АІ	В95	листи 5 =2-4 мм	465-475	10 хв	вода
Щ	МА5	поковки, штамповки	410-420	2-6 хв	повітря
	МЛ5	відливки	410-420	8-16 хв	повітря