Нагрев и охлаждение при закалке без полиморфного превращения

Нагрев при закалке

Температура закалки должна обеспечить как можно более полное растворение избыточных фаз в матричной фазе.

Если сплав расположен в той области диаграммы состояния, где он способен при нагреве полностью перейти в однофазное состояние (сплав С₀ на рис. 94), температура закалки должна находиться выше линии сольвуса двойной системы.

При закалке сплава С₀ с температуры ниже Т₀ сохраняется нерастворившаяся β-фаза и матричный α-раствор оказывается менее легированным, чем при закалке с температур выше Т₀.

Верхнюю границу интервала закалочных температур во избежание пережога выбирают ниже точки солидуса сплава.

Пережог – это неисправимый и самый опасный брак.

При оплавлении границ связь между зернами нарушается и под действием закалочных напряжений возникают межкристаллитные трещины.

При пережоге могут появляться усадочные поры, главным образом, в тройных стыках зерен.

Механические свойства снижаются при пережоге из-за образования в процессе закалки межкристаллитных прослоек хрупкой фазы в результате неравновесной кристаллизации оплавленных участков.

Другой причиной пережога служит быстрое проникновение по оплавленным участкам компонентов атмосферы печи, приводящее к образованию оксидов и газовых пузырей.

На шлифе небольшой пережог выявляется в виде утолщений границ зерен.

Возможная ширина интервала закалочных температур в двойной системе определяется «вилкой» между точками солидуса и сольвуса. Из рис. 94 видно, что у сплава С₀' возможный интервал закалочных температур шире, чем у сплава С₀.

При закалке литейных сплавов, которые в отличие от деформируемых предварительно не подвергают гомогенизационному отжигу и технологическому нагреву для горячей обработки давлением, необходимо учитывать плавление неравновесной эвтектики. Если для более полного растворения избыточных фаз литейный сплав необходимо нагревать до температуры выше точки неравновесного солидуса, то проводят ступенчатый нагрев: при температуре первой ступени, которая должна быть ниже точки неравновесного солидуса, растворяется легкоплавкая составляющая и окончательную температуру закалки можно поднять, не опасаясь пережога. Например, отливки с массивным сечением из сплава МЛ5 перед нагревом под закалку до 415° С следует выдерживать 3 ч при температуре 375° С.

Если содержание легирующего элемента превышает предел растворимости и сплав нельзя перевести в однофазное состояние, например С₂ на рис. 94, то температуру нагрева под закалку выбирают возможно ближе к эвтектической (перитектической) температуре с учетом технических возможностей избежать пережога.

В зависимости от системы легирования, содержания легирующих элементов, интервал закалочных температур составляет градусы и десятки градусов (редко более 100° С). Например, у дуралюминов разных марок интервал закалочных температур колеблется от 5 до 15°С. У сплава Д1 его пределы 495–510°С, у сплава Д16 495–505°С и у высокомагниевого дуралюмина Д19П 503–508°С. Поддержание температуры нагрева под закалку в очень узком интервале возможно только в селитряных ваннах и печах с принудительной циркуляцией воздуха.

Противоположный пример – деформируемые и литейные алюминиевые сплавы на базе системы Al–Zn–Mg, у которых возможный интервал закалочных температур на порядок (!) больше, чем у дуралюминов, и составляет около 150°С. Сплавы этой системы можно закаливать с температур 350–500°С. Ясно, что такие сплавы несравненно проще нагревать под закалку, не опасаясь пережога или недогрева.

Если возможный интервал закалочных температур достаточно широк, то температуру нагрева внутри него выбирают более высокой, чтобы сократить продолжительность растворения избыточных фаз. Однако предельную температуру закалки может лимитировать не солидус, а рост зерна в деформированном сплаве.

Время выдержки при температуре нагрева под закалку выбирают так, чтобы завершились процессы растворения избыточных фаз. Чем дисперснее избыточные фазы, тем быстрее они растворяются.

Детали, отлитые в земляную форму, следует дольше нагревать под закалку, чем детали, отлитые в кокиль, из-за более грубой литой структуры.