Теория термической обработки

Закалка

1

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.

В сплаве С0 при нагреве до Тзак. 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 закалке без полиморфного превращения образуется пересыщенный твердый раствор.

2

В сплаве С2 при любых температурах, вплоть до эвтектической, содержится β-фаза.

При температуре закалки Тзак в этом сплаве

находятся насыщенный твердый раствор состава точки m и нерастворенный избыток β-фазы.

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.

3

Изменение свойств при закалке без полиморфного превращения

При закалке без полиморфного превращения деформируемых сплавов наиболее частый случай – повышение прочности при сохранении высокой пластичности.

Пересыщенный раствор в закаленном сплаве прочнее менее легированного раствора в отожженном сплаве.

Основное назначение закалки без полиморфного превращения – подготовка сплава к старению.

Закалку некоторых сплавов (БрБ2, Х18Н9) используют и как промежуточную смягчающую операцию (вместо отжига) перед холодной деформацией.

Закалка может служить окончательной термообработкой для придания изделию необходимого комплекса свойств.

4

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, температура закалки

должна находиться выше линии сольвуса двойной системы.

Верхнюю границу интервала закалочных температур во избежание пережога выбирают ниже точки солидуса сплава. Пережог – это неисправимый и самый опасный брак.

Возможная ширина интервала закалочных температур в двойной системе определяется расстоянием между точками солидуса и сольвуса.

Если содержание легирующего элемента превышает предел растворимости и сплав нельзя перевести в однофазное состояние, то температуру нагрева под закалку выбирают возможно ближе к эвтектической (перитектической) температуре.

Время выдержки при температуре нагрева под закалку выбирают так, чтобы завершились процессы растворения избыточных фаз.

5

Охлаждение при закалке

Важно, чтобы при охлаждении не успел произойти распад матричного раствора.

Если образец сплава С0, находящегося при Тзак в

состоянии ненасыщенного твердого раствора, быстро перенести в термостат с температурой Т1<Т0,

то α-раствор окажется пересыщенным, так как при температуре Т1 насыщенным является раствор

состава точки r. Степень пересыщенности можно характеризовать отношением C0/C1.

При температуре Т1 пересыщенный α-раствор состава С0 является переохлажденным. Степень переохлаждения ΔТ = Т0 – Т1.

Чем ниже температура Т1, тем больше степень

переохлаждения и степень пересыщенности твердого раствора.

6

Термодинамическим стимулом распада переохлажденного раствора является разность ΔFo6 между его свободной энергией F1 и свободной энергией двухфазной

смеси F2

Скорость образования центров избыточной фазы в сплаве С0 при

увеличении ΔТ сначала должна возрастать из-за увеличения Fo6 и

уменьшения работы образования критического зародыша Fкр, а затем

падать из-за уменьшения диффузионной подвижности атомов.

Следовательно, инкубационный период с увеличением ΔТ сокращается, а затем возрастает, изменяясь по С-кривой.

С-кривые начала распада переохлажденного алюминиевого раствора в сплаве Д16: 1 – появление чувствительности к межкристаллитной коррозии; 2 – изменение предела прочности7на 2%

Критическая скорость охлаждения при закалке

Количественным критерием устойчивости переохлажденного твердого раствора является критическая скорость охлаждения (Vкр) – наименьшая скорость

непрерывного охлаждения, позволяющего избежать распада раствора.

Если скорость охлаждения в центре сечения изделия больше Vкр, то изделие прокаливается насквозь.

Критическую скорость охлаждения определяют, проводя из точки, соответствующей температуре нагрева под закалку, касательную к С-кривой условного начала распада переохлажденного раствора.

Глубина прокаливаемости при данной скорости охлаждения тем больше, чем меньше Vкр, т. е. чем правее находится С-кривая. При качественном сравнении

прокаливаемости разных сплавов можно сопоставлять положение их С-кривых, не рассчитывая величину Vкр.

8

Факторы, влияющие на устойчивость переохлажденного раствора

Устойчивость переохлажденного твердого раствора и соответственно прокаливаемость зависят от содержания легирующих элементов и структуры

сплава перед закалкой.

Концентрация легирующих элементов

В пределах одной системы с увеличением концентрации легирующих элементов растет пересыщенность твердого раствора и, следовательно, уменьшается его устойчивость.

10