Сл.12. Побочные структурные изменения

Одновременно с основными структурными изменениями, рассмотренными выше и составляющими сущность гомогенизации, могут протекать побочные изменения структуры, которые необходимо учитывать при выборе режима термической обработки.

Рост зерна. В сплаве, испытывающем полиморфное превращение, при гомогенизации в области высокотемпературной фазы может вырасти крупное зерно. Так, при гомогенизационном отжиге легированных сталей, который проводят при высоких температурах, вырастает крупное аустенитное зерно. В слитках это зерно измельчается при последующей обработке давлением, а фасонные отливки из легированной стали для устранения нежелательных последствий перегрева приходится после гомогенизационного отжига подвергать отжигу 2-го рода или нормализации для измельчения зерна.

Коагуляция избыточных фаз. Если сплав в равновесном состоянии не должен быть однофазным, избыточные фазы, которые не способны полностью раствориться при температуре гомогенизации, могут коагулировать и округляться с увеличением длительности отжига. Например, в алюминиевых сплавах разветвленные кристаллы силицида Mg₂Si, полностью не переходящего в твердый раствор, при достаточно высоких температурах отжига становятся более компактными. Подобным образом изменяется форма некоторых избыточных фаз в легированных сталях.

Гетерогенизация структуры. Для перевода неравновесного избытка фаз в твердый раствор выбирают такую температуру гомогенизационного отжига, чтобы в металле основе растворимость компонентов, входящих в избыточные фазы, была высокой. В многокомпонентном сплаве при этой температуре может оказаться низкой растворимость компонентов, которые не входят в избыточные неравновесные фазы и находятся после кристаллизации в основном твердом растворе. Тогда при гомогенизационном отжиге будут одновременно протекать два процесса: растворение неравновесного избытка фаз в ненасыщенном по отношению к ним твердом растворе, т.е. собственно гомогенизация сплава, и выделение других фаз из пересыщенного твердого раствора, т. е. гетерогенизация структуры. Такая гетерогенизация играет важную роль при гомогенизационном отжиге многих алюминиевых сплавов.

Закалка. При охлаждении слитков легированных сталей с температуры гомогенизационного отжига на воздухе может произойти полная или частичная закалка на мартенсит поверхностных слоев (например, в слитках из сталей 18Х2Н4ВА и 40ХНМА). Если поверхностные дефекты слитка (приваренные брызги, плены, песочины и др.) не удаляются с окалиной и слитки подвергают обдирке, то необходимо после гомогенизационного отжига проводить смягчающий высокий отпуск.

Развитие вторичной пористости. С увеличением времени выдержки при отжиге литых алюминиевых сплавов иногда развивается пористость. Так, если в исходном литом образце дуралюмина Д16 объемная доля пор была равна 0,5%, то после отжига при 490° С в течение 3 ч она составила 0,8%.

Пористость, развивающуюся при нагревании сплава, называют вторичной в отличие от первичной, образующейся при кристаллизации. Чем выше температура отжига, тем больше вторичная пористость.

Одна из причин вторичной пористости – выделение водорода из пересыщенного им твердого раствора, образовавшегося при быстрой кристаллизации. Другой причиной может быть эффект Киркендалла – неравенство встречных диффузионных потоков атомов разных компонентов. При вакансионном механизме диффузии в тех участках твердого раствора, откуда уходят наиболее быстро диффундирующие атомы, появляются избыточные вакансии и возникает диффузионная пористость.

Увеличение пористости при обычном гомогенизационном отжиге весьма невелико и вряд ли значительно сказывается на свойствах изделий, особенно в тех случаях, когда поры завариваются при горячей пластической деформации.