7.9. Основні принципи термічної обробки сплавів

Термічна обробка - це технологічний процес обробки сплавів з метою одержання заданої структури і властивостей металу. За поширеною класифікацією основних видів термічної обробки А. Бочвара та розвитком цієї класифікації в останні роки розрізняють такі основні види термічної обробки.

Власне термічна, обробка, до якої відносять відпал 1-го роду, відпал 2-го роду, гартування із поліморфним перетворенням та наступний відпуск, гартування без поліморфного перетворення із наступним старінням.

Хіміко-термічна обробка - це така обробка, що сполучає терміч­ний і хімічний вплив на метали та сплави з метою зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару.

Поверхнева термічна обробка, що включає методи поверхневого нагрівання виробів струмами високої частоти (індукційне нагрівання), газополуменеве нагрівання, лазерне нагрівання, електроконтактне нагрівання тощо.

Термомеханічна (деформаційно-термічна) обробка, що поєднує пластичне деформування сталі із гартуванням.

Будь-яка термічна операція зводиться до нагрівання виробів до певної температури, витримування при цій температурі протягом деякого часу та охолодження із заданою швидкістю. Виходячи з цього, основними параметрами, що характеризують конкретний режим термічної обробки, є: температура нагрівання металу (t); тривалість витримування при певній температурі (г); швидкість нагрівання (V^) і швидкість охолодження (Vox)-

Температуру нагрівання сплавів даного складу обирають, вихо­дячи з діаграм стану сплавів, швидкість нагрівання також залежить від хімічного складу сплавів, їхного стану (литого або деформованого), складності форми виробів тощо. Тривалість нагрівання (витримування) при певній температурі повинна забезпечити наскрізне чи поверхневе прогрівання деталей й проходження всіх передбачуваних процесів (фазові перетворення, коагуляція фаз, розчинення карбідів тощо). Швидкість охолодження визначає вид термічної обробки. Під час гартування, у більшості випадків, вироби охолоджують прискорено, щоб фаза, яка утворилась за високих температур, збереглася і після охолодження (випадок гартування без поліморфного перетворення). Швидкість охолодження при гартуванні забезпечує вибір відповідного середовища (вода, масло, розчини лугів, солі).

7.9.1. Відпал 1-го роду

Відпал 1 -го роду - термічна операція, що зводиться до нагрівання металу, який знаходиться у нестійкому стані внаслідок попередньої обробки, і переведення його у більш стійкий стан. Здійснення такого відпалу не пов'язане із фазовими перетвореннями у твердому стані.

Головними параметрами, що визначають швидкість процесів переходу металу до рівноважного стану, є температура нагрівання і тривалість витримки при такій температурі.

До основних різновидів відпалу 1-го роду належать: гомогені­зуючий (дифузійний) відпал, рекристалізаційний відпал, відпал для зняття залишкових напружень.

Гомогенізуючий (дифузійний) відпал застосовують для усунення дендритної ліквації, тобто для вирівнювання хімічного складу та підвищення однорідності структури литої легованої сталі, кольорових сплавів. Для усунення внутрішньокристалічної ліквації та розчинення незрівноваженої надлишкової карбідної фази евтектичного походження леговані сталі нагрівають до температур 1050 ...1250 °С, витримують 10... 15 год і повільно охолоджують. Утворюється однорідна структура із великим зерном, яке подрібнюють під час наступної термічної обробки або при прокатуванні.

Зливки деформівних алюмінієвих сплавів гомогенізують залежно від марки сплавів і виду напівфабрикатів при температурах 450.. .550 °С, магнієвих - при 390...405 °С із метою поліпшення їхньої обробки тиском та підвищення механічних властивостей напівфабрикатів.

Рекристалізаційний відпал у промисловості використовують як попередню операцію перед холодною обробкою тиском (для надання матеріалу найбільшої пластичності), як проміжний процес між операціями холодного деформування (для зняття наклепу) та як кінцеву термічну обробку для отримання певного розміру зерна (для надання напівфабрикатам чи виробам необхідних властивостей). Після прокатування, штампування виробів із низьковуглецевих сталей із 0,08...0,2 % С температуру відпалу обирають у межах 680...700 °С із витримкою З... 6 год. Рекристалізаційний відпал прутків після холод­ного протягування, виготовлених із високовуглецевої легованої сталі, проводять при температурі 680...740 °С протягом 0,5...1,5 год. Для поновлення пластичності міді рекомендований годинний відпал при температурі 500...700 °С, для деформівних алюмінієвих сплавів ця температура становить 350...500 °С із тривалістю витримки під час відпалу 0,5...2,0 год. Внаслідок цього замість структури деформова­ного металу утворюється рівноважна дрібнозерниста структура, вільна від залишкових напружень.

Відпал для зняття залишкових напружень застосовують для виливків, зварних з'єднань, після обробки деталей різанням, коли через нерівномірне охолодження, пластичне деформування тощо у виробах виникають залишкові напруження. Метою відпалу для зняття залишкових напружень є зменшення шкідливих напружень розтягнен­ня, особливо небезпечних при об'ємному напруженому стані. Цей відпал дозволяє підвищити допустимі зовнішні навантаження, підвищує опір утомі та ударним навантаженням, знижує схильність виробів до крихкого руйнування, міжкристалітної корозії та до корозійної утоми, стабілізує розміри виробів та запобігає їхньому викривленню та жолобленню.

Для стабілізації розмірів чавунних виливків застосовують відпал при температурі 500 ... 600 °С тривалістю 2.. .4 год. Сталеві деталі преци­зійних верстатів для зняття напружень після механічної обробки відпалюють при 570.. .600 °С протягом 2.. .3 год після кінцевої механіч­ної обробки та при температурі 160... 180 °С 2...2,5 год для зняття шліфувальних напружень. Відпал для зняття напружень, що виникають після зварювання, проводять при температурі 650...700 °С. Ливарні напруження можуть зменшуватися при гомогенізаційному відпалі. Холоднокатані листи та штамповані вироби із міді, нікелю, титану і деформівних сплавів на їхній основі для зменшення залишкових напружень відпалюють при температурах, що не перевищують температуру початку рекристалізації, щоб зберегти високі характеристики міцності наклепаного металу. Відпал для зменшення напружень широко застосовують до латуней, що містять більше 20 % Zn, тому що останні характеризуються схильністю до корозії під напруженням, температура відпалу при цьому становить 250...270 °С.