Время нагрева τн, температура выдержки tв, время выдержки τ в, скорость охлаждения V охл

Из всех технологических параметров основными параметрами, по которым различают виды термообработки, являются температура и скорость охлаждения (рис. 2.18).

Средой, в которой осуществляют нагрев, чаще всего является воздух. В особых случаях применяют защитные среды – вакуум или инертные газы, предохраняющие поверхность сплавов от окисления, наводораживания, обезуглероживания и других процессов взаимодействия поверхности с газовой атмосферой. Существуют группы деталей, нагрев которых осуществляется в расплавах солей.

Температура и скорость охлаждения – основные отличительные параметры видов термообработки (табл. 2.3). Температура термообработки является специфической для каждого сплава: она соотносится с положением температур фазовых превращений – для сплавов каждого конкретного химического состава. В то же время скорость охлаждения имеет четкую количественную характеристику для всех сплавов, так как она зависит только от свойств охлаждающей среды и условий охлаждения. Скорость охлаждения в разных средах увеличивается в следующем ряду: охлаждение на воздухе, охлаждение в масле, охлаждение в воде. Охлаждение в полимерных средах занимает промежуточное положение между закалкой в масле и воде.

Таблица 2.3

Скорости охлаждения при различных видах термической обработки

Вид термообработки	Температуры нагрева	Скорость охлаждения	Среда охлаждения
Отжиг	Различные	Медленная (20 - 30ºС/ч)	Воздух (в печном пространстве)
Нормализация (для сталей)	Выше температур фазовых превращений	Ускоренная (50 - 100ºС/ч)	Воздух (вне термического оборудования)
Закалка		Очень быстрая (100 - 300ºС/с);	Специальные среды
Отпуск, старение	Ниже температур закалки	Произвольная	Воздух, вода

Скорость охлаждения при каждом виде термообработки предопределяет равновесность или неравновесность получаемых продуктов фазовых превращений.

Отжиг, проведенный при высокой температуре, выше начала фазовых превращений, с последующим медленным охлаждением, способствует получению равновесного состояния.

Закалка предотвращает равновесные фазовые превращения. В результате образуется неравновесная, метастабильная фаза.

Отпуск или старение– операции термообработки, проводимые после закалки, при более низких температурах, приближают структуру к равновесию путем распада нестабильной фазы и образования стабильных и промежуточных – метастабильных фаз.

Сочетание видов термообработки – закалка + отпуск или закалка + старениеприводит к упрочнению сплавов, поэтому эти двойные обработки носят названиеупрочняющей термообработки.

Закалка + отпуск или закалка + старениеявляются окончательным этапом получения изделия, поскольку обеспечивают требуемый уровень механических свойств.

Отжигпервого рода применяют для всех сплавов (вне зависимости от вида диаграммы состояния), а также для порошковых и гранулированных материалов.

Закалку обычно проводят для сплавов на основе полиморфных металлов (закалка с полиморфным превращением), либо для сплавов с ограниченной переменной растворимостью (закалка без полиморфного превращения).

Двухэтапную термообработку «закалка + старение» применяют для различных сплавов: алюминиевых, магниевых, медных, никелевых, а также для высоколегированных сталей (так называемых «мартенситостареющих»). При закалке образуется неравновесная фаза в виде пересыщенного твердого раствора, имеющего пониженную твердость и повышенную пластичность. При последующем старении происходит распад твердого раствора с образованием высокодисперсных фаз, в результате чего повышается прочность сплава (рис. 2.19, а).

а температура старения

б температура отпуска

Рис. 2.19. Схема изменения твердости закаленных сплавов при старении (а)