11. Отжиг 1 -го рода для уменьшения напряженней

Проводится независимо от того, есть или нет фазовые превращения в твёрдом состоянии. Применяется он для уменьшения внутренних (остаточных) напряжений в изделиях для протекания рекристаллизации после холодной пластической деформации, для уменьшения ликвации в слитках, отливках.

В зависимости от назначения операции отжига, существует 3 вида отжига I рода:

• Отжиг для уменьшения остаточных напряжений

• Диффузионный отжиг

• Рекристаллизационный отжиг

Все эти отжиги применяются для приведения сплавов в более равновесное состояние. Для некоторых сплавов (у которых нет превращений в твёрдом состоянии) отжиг первого рода может быть единственной и окончательной термической обработкой.

Отжиг для уменьшения напряжений

Многие технологические воздействия на обработанные детали сопровождаются возникновением в них остаточных напряжений. Значительные напряжения возникают в отливках и полуфабрикатах, которые неравномерно охлаждаются после прокатки, ковки, сварки, а так же в прутках в процессе правки. Остаточные напряжения (напряжения I рода) – внутренние напряжения, которые полностью или частично сохраняются после окончания технологического процесса. При нагреве и охлаждении, при кристаллизации всегда имеется градиент температур по сечению изделия, и изменения в разных микрообъёмах металла протекают не одинаково.

Различают термические и фазовые (структурные) внутренние напряжения. Термические возникают в результате термического сжатия или расширения. Фазовые возникают в результате фазовых превращений в твёрдом состоянии.

В соответствии с названием технологических процессов, различают напряжения: литейные, сварочные, закалочные. При больших остаточных напряжениях разрушения могут происходить от незначительных (по величине) ударных нагрузок. Для уменьшения остаточных напряжений для сплавов разных состояний и разных составов применяют и различные температуры. Например, сталь Т_отж = 560..680 С. τ_выд = несколько часов, скорость охлаждения медленная. Остаточные напряжения могут разрушаться при температурах (Cu, Al) 250..300 С.

Остаточные напряжения уменьшаются 2-мя путями:

1. Вследствие пластической деформации (если напряжение превысит предел текучести)

2. В результате ползучести (при напряжениях ниже предела текучести)

Отжиг для уменьшения напряжений может применяться как самостоятельная операция термической обработки, а может быть проведён совместно с другими операциями.

12. Рекристаллизационный отжиг. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла.

В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твёрдых растворов чаще всего протекает не равновесно, т.е. диффузионные процессы необходимы для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объёму отстаёт от процесса кристаллизации. Существует неоднородность по составу дендритов разного порядка. Оси первого порядка обогащены тугоплавким элементом, а оси второго и третьего порядка имеют меньшее содержание тугоплавкого элемента (наружные части кристалла). Даже в пределах одного кристалла наблюдается дендритная внутрикристаллическая ликвация. В сплавах твёрдых растворов могут появляться фазы и структуры, не характерные для данного сплава из-за неравновесной кристаллизации (из-за наличия эвтектики). Все эти отклонения от равновесной структуры затрудняют последующую обработку давлением, так как снижают пластичность сплавов. Для устранения неоднородности по химическому составу применяется диффузионный отжиг первого рода. В процессе этого отжига при соответствующих высоких температурах происходят диффузионные процессы и уменьшается неоднородность твёрдого раствора. Применяется диффузионный отжиг для стальных слитков легированных сталей, для того, чтобы равномерно распределялись по объёму слитка легирующие элементы, углерод и фосфор. Температура нагрева для таких слитков 1100..1250 С. Выдержка – 20..50 часов. Охлаждение медленное. Для алюминиевых сплавов: наблюдается выделение вторичных фаз по границам зёрен, возможно образование 2х и 3х фазных эвтектик. Отжиг у них при температуре 420..520 С, выдержка 20-30 часов, охлаждение медленное.

Рекристаллизационный отжиг

В изделиях, которые подвергались холодной пластической деформации, происходит упрочнение и снижение пластических свойств.

П ри деформации по мере увеличения её степени (по оси абсцисс) увеличивается предел прочности, текучести и твёрдости, а пластические свойства уменьшаются. При большой степени деформации относительное удлинение может быть равно 0, т.е. изделие может хрупко разрушаться. Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклёпом. Упрочнение объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Все дефекты затрудняют движение дислокаций, а, следовательно, повышают сопротивление деформациям и повышают пластичность.

В результате этого упрочнения меняется и структура.

При деформации поликристаллических металлов деформация зёрен начинается по нескольким системам скольжения. При малой степени деформации (около 1%) ориентировка зёрен почти не изменяется (по отношению к приложенной нагрузке). С ростом деформации различия между зёрнами уменьшаются и микроструктура изменяется. Зёрна постепенно вытягиваются в направлении приложения нагрузки. Внутри зёрен повышается плотность дефектов кристаллического строения. При больших степенях деформации плотность ρ = 10¹¹ – 10 ¹² см^-2. Для равновесного оттожённого состояния плотность ρ = 10⁸ – 10 ⁹ см^-2.

Свойства наклёпанного металла меняются в зависимости от степени деформации. По мере увеличения степени деформации увеличиваются прочностные характеристики, твёрдость, предел текучести, предел упругости, и снижаются пластичность, вязкость, относительное сужение. Состояние наклёпа может быть предельным (δ = 0, ψ = 0), и дальнейшее продолжение деформации невозможно – металл разрушается. Для восстановления исходной структуры и свойств, проводят рекристаллизационный отжиг.