Закалка

Закалку, как и отжиг 2-го рода, можно применять только к тем металлам и сплавам, в которых имеются фазовые превращения в твердом состоянии. Основные параметры закалки – температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Температура нагрева и время выдержки должны быть такими, чтобы произошли необходимые структурные изменения, например образование высокотемпературной фазы в результате полиморфного превращения, растворение избыточной фазы в матричной и др. В этом отношении закалка аналогична отжигу 2-го рода.

Скорость охлаждения при закалке должна быть достаточно велика, чтобы при понижении температуры не успели пройти обратные фазовые превращения (эвтектоидный распад, выделение избыточной фазы из матричного раствора и др.), связанные с диффузией или самодиффузией. В этом состоит принципиальное отличие закалки от отжига 2-го рода.

Существуют два резко различающихся вида закалки: закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением.

Закалка без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения – это термическая обработка, фиксирующая при более низкой температуре состояние сплава, свойственное ему при более высокой температуре.

Закалка без полиморфного превращения применима к любым сплавам, в которых одна фаза полностью или частично растворяется в другой. Например, в сплаве С₀ на рис. 94 при нагреве до Т_зак. β-фаза растворяется в матричной α-фазе. При обратном медленном охлаждении β-фаза выделяется из α-фазы, в которой концентрация компонента В уменьшается в соответствии с ходом сольвуса nb.

Рис.94. Схема к объяснению закалки без полиморфного превращения.

Так как составы α- и β-фаз различны, то выделение β-фазы связано с диффузионным перераспределением компонентов. При достаточно быстром охлаждении диффузионное перераспределение, необходимое для зарождения и роста кристаллов β-фазы, не успевает пройти и β-фаза не выделяется из α-раствора. После такой термообработки (закалки) сплав при комнатной температуре состоит из одной α-фазы, как и при температуре нагрева под закалку.

При температуре нагрева под закалку Т_зак в сплаве С₀ твердый раствор ненасыщенный. После закалки α-раствор при комнатной температуре имеет такой же состав, как и при температуре закалки, но он уже пересыщенный, так как состав насыщенного раствора соответствует точке b.

Таким образом, при закалке без полиморфного превращения образуется пересыщенный твердый раствор. Такая закалка к чистым металлам принципиально неприменима. Рассмотренную на примере сплава С₀ закалку без полиморфного превращения широко применяют к алюминиевым, магниевым, никелевым, медным и другим сплавам, а также к некоторым легированным сталям.

Закалкой далеко не всегда фиксируют однофазное состояние. Например, в сплаве С₂ (см. рис. 94) при любых температурах, вплоть до эвтектической, содержится β-фаза. При температуре закалки Т_зак в этом сплаве находятся насыщенный твердый раствор состава точки m и нерастворенный избыток β-фазы. При достаточно медленном охлаждении из-за выделения β-фазы из α-раствора его состав должен изменяться по линии mb. При быстром охлаждении происходит закалка: β-фаза не успевает выделиться из α-раствора и состав его при комнатной температуре так же, как и при температуре закалки, определяется точкой т. Следовательно, закаленный сплав С₂ содержит пересыщенный α-раствор состава точки т и избыточную β-фазу, не растворившуюся при нагреве под закалку. Закалкой сплава С₂ зафиксировано состояние, которое было стабильным при температуре нагрева под закалку.