3.5 Технологические особенности гомогенизационного отжига некоторых реальных сплавов

Наиболее широко гомогенизационный отжиг используется для сталей, алюминиевых, некоторых медных и магниевых сплавов. Углеродистые стали гомогенизационному отжигу не подвергаются. Это связано с высокой диффузионной подвижностью атомов углерода, который легко перераспределяется по сечению твердого раствора (аустенита) при любых технологических операциях, связанных с нагревом слитков или отливок до аустенитного состояния, например, под горячую обработку давлением, для отжига второго рода или под закалку при окончательной термической обработке. В легированных сталях хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан и др., не только сами медленно диффундируют, но затрудняют и диффузию углерода, в связи с чем, в этих системах возникают условия для образования достаточно устойчивых последствий неравновесной кристаллизации. Для наиболее полной гомогенизации и растворения неравновесных количеств карбидов легирующих элементов отжиг ведут при температурах 1050 - 1250°С в крупных садках с выдержкой от 8 до 20 ч. Нагрев и охлаждение очень медленные (до 10 - 20°/ч). Общая длительность цикла достигает 160 - 180 ч. Для сокращения отжига часто применяют “горячую посадку” слитков в печь для отжига. При этом используется тепло жидкого металла, не до конца остывшего в кристаллизаторе или изложнице при получении слитка.

Иногда слитки с температуры отжига подают на горячую прокатку, исключая охлаждение слитков с температуры отжига до комнатной температуры и новый нагрев под прокатку. Это оказывается возможным при использовании в потоке прокатного стана проходных методических печей.

Стальные отливки после гомогенизационного отжига для измельчения размера зерна подвергают полному отжигу (отжигу второго рода). Слитки такому отжигу не подвергают, поскольку измельчение зерна достигается при горячей обработке давлением. Слитки из нержавеющих и других высоколегированных сталей перед обработкой давлением иногда подвергают зачистке (черновой механической обработке на металлорежущих станках). Для улучшения обрабатываемости резанием после гомогенизационного отжига слитки отжигают при температурах ниже критической точки Ас1, т.е. при температуре 600 - 680 °С в течение 5 - 12 ч.

Алюминиевые сплавы отжигают при температурах от 440 до 640 °С в зависимости от химического состава сплавов. Преимущественно эта температура на 5 - 40°С ниже температуры неравновесного солидуса конкретного сплава. Так, для дуралюминов Д₁ и Д₁₆, температуры неравновесного солидуса которых равны 509 и 508 °С, интервалы температур гомогенизационного отжига, соответственно, составляют: 470 - 500 °С и 470 - 495 °С. Для высокопрочного сплава В95 с температурой неравновесного солидуса 475 °С температура отжига 440 - 470 °С. Для сплава системы алюминий - магний марки АМг6, имеющего температуру неравновесного солидуса 460 °С, температура отжига очень близка к солидусу- 450 - 460 °С. Для малолегированного сплава АМц соответственно 650 и 600 - 640 °С. Длительность выдержки при отжиге от нескольких часов до нескольких десятков часов, в частности для сплавов типа дуралюмин это время от 8 до 36 ч, для сплавов систем Al - Mg до 48 ч.

Охлаждение слитков или слитковых заготовок из алюминиевых сплавов обычно ведут на воздухе. В ряде случаев при использовании печей непрерывного действия слитковые заготовки подают непосредственно к прокатным станам для горячей пластической деформации подстуженными с температуры отжига до температуры деформации. Отливки из алюминиевых сплавов практически всегда охлаждают после гомогенизации в воде, совмещая отжиг с закалкой.

Магниевые сплавы гомогенизируют при температурах 390 - 415 °С. Время выдержки 18 - 24 ч. Как и для алюминиевых сплавов, часто применяют совмещение гомогенизационного отжига с нагревом под обработку давлением (для слитков) и с закалкой (для отливок). Особенностью магниевых сплавов является их высокая химическая активность в контакте с кислородом воздуха, в связи с чем, всегда существует опасность самовоспламенения. Поэтому нагрев слитков или отливок до температур отжига целесообразно вести в защитных средах, простейшей из которых является смесь воздуха с сернистым газом.

Структура магниевых сплавов, легированных алюминием и цинком, характеризуется получением после неравновесной кристаллизации эвтектических неравновесных структурных составляющих в виде непрерывной сетки по границам зерен. Для полного растворения этих структурных составляющих часто используют ступенчатый режим гомогенизации, выполняя нагрев сплавов сначала до температуры 370- 380⁰С с выдержкой 3 часа (1-я стадия), а затем подогревая до 410 - 415 °С с выдержкой также 3 часа (2-я стадия).

На первой стадии достигается частичное растворение неравновесной структурной составляющей, за счет чего обеспечивается исчезновение пленки на двойных границах между соседними зернами, приводя к установлению непосредственной связи между зернами твердого раствора, пока еще химически неоднородного, а на второй стадии достигается завершение растворения остатков неравновесных составляющих и полная гомогенизация твердого раствора.

Нагрев до относительно высоких для магниевых сплавов температур второй стадии отжига вызывает оплавление неравновесной структурной составляющей, имеющей эвтектическую природу, усиливая диффузионный массоперенос. Низкотемпературная первая ступень позволяет не допустить разрушения изделия при нагреве по жидким эвтектическим прослойкам, которые могли бы возникнуть при нагреве изделия сразу до температур второй ступени.