Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Выбор материалов и технологий в машиностроении

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ, НЕ СВЯЗАННАЯ С ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ

Нагрев для снятия остаточных напряжений. Многие технологические воздействия на обрабатываемые детали сопровождаются возникновением в них остаточных напряжений, которые уравновешиваются в объеме детали.

Значительные остаточные напряжения возникают в отливках и полуфабрикатах, неравномерно охлаждающихся после проката или ковки, в холоднодеформированных полуфабрикатах или заготовках, в прутках в процессе правки, в сварных соединениях, при закалке и т.п.

Чаще всего эти напряжения нежелательны. Они могут вызвать деформацию детали при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привести к преждевременному разрушению или короблению конструкции.

Для уменьшения остаточных напряжений изделия нагревают. С повышением температуры предел текучести понижается, поэтому остаточные напряжения вызывают пластическую деформацию и снижаются до уровня предела текучести металла при температуре нагрева.

По окончании выдержки при заданной температуре изделия медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение новых напряжений.

Рекристаллизационный отжиг. Нагрев деформированных полуфабрикатов или деталей выше температуры рекристаллизации называют рекристаллизационным отжигом. Цель отжига — понижение прочности и восстановление пластичности деформированного металла, получение определенной кристаллографической текстуры, создающей анизотропию свойств, и заданного размера зерна.

Рекристаллизационный отжиг часто используют в качестве межоперационной смягчающей обработки при холодной прокатке, волочении и других операциях холодного деформирования. Рекристаллизационный отжиг может быть использован в качестве окончательной обработки полуфабрикатов.

Диффузионный отжиг. В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твердых растворов чаще всего протекает неравновесно: диффузионные процессы, необходимые для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объему, отстают от процесса кристаллизации. В результате сохраняется неоднородность состава по объему кристалла — внутрикристаллическая ликвация.

Диффузионным отжигом называют длительную выдержку сплавов при высоких температурах, в результате которой уменьшается ликвационная неоднородность твердого раствора. При высокой температуре протекают диффузионные процессы, не успевшие завершиться при первичной кристаллизации.

Диффузионному отжигу подвергают слитки легированных сталей и многих алюминиевых сплавов, а в некоторых случаях и отливки. Для стальных слитков нагрев ведут при температуре 1100—1300 °С в течение 20—50 ч, для алюминиевых слитков — при температуре 420—520 °С с выдержкой 20—30 ч.

Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Эта обработка значительно упрочняет сплавы, что привело к широкому использованию сплавов этого типа — стареющих сплавов — в качестве конструкционных материалов повышенной и высокой прочности. Применяют стареющие сплавы на алюминиевой, медной, железной, никелевой, кобальтовой, титановой и других основах.

Пересыщение твердого раствора относительно мало сказывается на повышении твердости и прочности, незначительно изменяется и пластичность сплавов. Пересыщенный твердый раствор представляет собой неравновесную структуру с повышенным уровнем свободной энергии.

Поэтому как только подвижность атомов окажется достаточно большой, твердый раствор будет распадаться — начнется процесс старения.

При старении уменьшается концентрация пересыщающего компонента в твердом растворе, этот компонент расходуется на образование выделений.

При любой перегруппировке атомов в твердом растворе, в том числе и при зарождении выделений, необходимо преодолеть определенный энергетический барьер. Величину этого барьера называют энергией активации.

Энергия активации зарождения и роста выделений увеличивается с возрастанием отличий пространственной кристаллической решетки выделений от пространственной решетки основного твердого раствора. С увеличением температуры возрастает кинетическая энергия атомов и повышается вероятность преодоления более высокого энергетического барьера. Уменьшение свободной энергии при распаде пересыщенного твердого раствора будет наибольшим при выделении равновесных кристаллов АтВ,„ однако зарождение таких кристаллов, имеющих, как правило, сложную пространственную решетку, возможно только при достаточно высоких температурах. В общем случае при распаде пересыщенных твердых растворов могут возникать следующие образования (они перечисляются в порядке возрастания энергии активации зарождения): 1) зоны Гинье-Пре-стона; 2) кристаллы метастабильной фазы; 3) кристаллы стабильной фазы.

Зоны Гинье-Престона (зоны Г—П) представляют субмикроскопические объемы твердого раствора с резко повышенной концентрацией растворенного компонента, сохраняющие решетку растворителя. При значительной разнице в размерах Л и В зоны Г—П имеют форму дисков. Диски закономерно ориентированы относительно пространственной решетки растворителя и затрудняют движение дислокаций.

Метастабильные фазы имеют иную пространственную решетку, чем твердый раствор, однако существует сходство в расположении атомов в определенных атомных плоскостях их решеток, что вызывает образование когерентной (или полукогерентной) границы раздела. Для метастабильных фаз характерна высокая дисперсность, что значительно повышает сопротивление движению дислокаций.

Стабильная фазаЛтВп имеет сложную пространственную решетку с пониженным числом элементов симметрии и с большим числом атомов в элементарной ячейке.

Вторичные кристаллы со стабильной структурой в большинстве сплавов выделяются в виде достаточно крупных частиц. Значительное различие кристаллической структуры твердого раствора и стабильных кристаллов приводит к образованию некогерентной границы раздела и, следовательно, к минимальным искажениям решетки твердого раствора вблизи границы.

Если время выдержки достаточно велико, происходит коагуляция стабильных кристаллов. Коагуляцией называют рост кристаллов той фазы, которая распределена в виде включений в основе сплава. Рост кристаллов второй фазы происходит путем распада наиболее мелких и потому неустойчивых частиц и последующей диффузии растворенного компонента к более устойчивым частицам. Коагуляция приближает структуру сплава к равновесной.

Термическую обработку, приводящую к получению стабильной структуры (стабильные кристаллы ЛтВп после коагуляции), называют стабилизацией (термин подчеркивает получение более устойчивой структуры при возможном нагреве сплава в условиях эксплуатации).

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 
Популярные страницы