Наиболее интенсивно гомогенизация протекает в начальный период отжига. Поэтому чрезмерно большие выдержки при гомогенизации нецелесообразны, так как они малоэффективны и приводят к излишнему расходу электроэнергии (топлива). Повышение температуры отжига действует эффективнее, чем увеличение времени выдержки.
На время гомогенизации сильно влияет исходная микроструктура литого сплава. Скорость гомогенизации зависит от толщины частиц избыточной фазы и размера дендритной ячейки. С уменьшением толщины включений время их растворения сокращается. С уменьшением размера дендритной ячейки возрастает средний градиент концентрации по ее сечению и в соответствии с законом Фика должна ускоряться диффузия.
Два способа ускорения гомогенизации, регулируя микроструктуру:
1)увеличение скорости кристаллизации сплава. Чем выше скорость кристаллизации, тем меньше размер дендритных ячеек и тоньше частицы избыточных фаз, кристаллизующихся по их границам.
2)измельчение структуры слитка обработкой давлением.
11
Другие структурные изменения
Рост зерна.
Коагуляция избыточных фаз.
Гетерогенизация структуры.
Закалка.
Развитие вторичной пористости.
12
Изменение свойств сплавов при гомогенизационном отжиге
Литые сплавы
Главное изменение свойств при гомогенизационном отжиге – повышение пластичности литого сплава.
При выборе режима отжига слитка показатели пластичности следует измерять не при комнатной температуре, а при температуре первой операции горячей обработки давлением. Если, например, слитки сплава Д16 предназначены для прессования, то показатели пластичности следует определять при температуре прессования, равной 400° С.
Деформируемые сплавы
Гомогенизационный отжиг оказывает влияние на показатели пластичности, ударную вязкость и усталостные характеристики изделий (прессованных полос, профилей, поковок и др.) поперек волокна, так как избыточные хрупкие фазы вытягиваются вдоль направления главной деформации.
13
Гомогенизационный отжиг сталей, требующий большого расхода топлива и сопровождающийся значительными потерями металла на окалину, применяют лишь к высококачественным легированным сталям ответственного назначения (температуру отжига – 1050…1250°С).
Из углеродистых сталей только автоматные подвергают гомогенизационному отжигу. Автоматные стали содержат повышенное количество серы, улучшающей обрабатываемость резанием (до 0,2…0,3% вместо обычных 0,04…0,06%). Сера сильно ликвирует к границам зерен при кристаллизации и вызывает красноломкость при прокатке. Гомогенизационный отжиг при 1150°С устраняет красноломкость автоматной стали.
Слитки большинства деформируемых алюминиевых сплавов подвергают гомогенизационному отжигу для улучшения обрабатываемости давлением и повышения механических свойств полуфабрикатов. Температуру отжига, обычно находящуюся в интервале 450…550°С, выбирают в зависимости от марки сплава и вида полуфабрикатов.
Слитки деформируемых магниевых сплавов гомогенизируют при 390… 405°С. Часто гомогенизацию совмещают с операцией нагрева слитков
перед обработкой давлением. |
14 |
Гомогенизация с нагревом выше температуры неравновесного солидуса
Диаграмма состояния Al – Cu:
а – неравновесный солидус сплава Al
– 2,3%Cu;
b – равновесный солидус сплава Al – 2,3%Cu;
t1 – температура гомогенизации
Твердый раствор на базе алюминия при температуре t1 ненасыщен по отношению к
неравновесным включениям расплава. Легирующий элемент из расплава (медь) будет диффундировать в алюминиевый раствор, и неравновесные включения расплава рассосутся.
Таким образом, нагрев выше неравновесного, но ниже равновесного солидуса не вызывает пережога при оплавлении, так как участки расплава исчезают в процессе изотермической выдержки при гомогенизационном отжиге. У многих промышленных сплавов неравновесная эвтектика рассасывается уже в период нагрева слитка до температуры гомогенизации.
15