ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ
6.1. Виды термическойобработки
Термической обработкой называю! технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.
Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.
Основные виды термической обработки — отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.
Отжиг — термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.
Температура нагрева при отжиге зависит от состава сплава и конкретной разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры отжига обычно невелика, она лежит в пределах 30 - 200°С/ч.
Закалка — термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при термической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твердом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твердых растворов, распад высокотемпературного твердого раствора по эвтектоидной реакции и др. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.
|
|
|
Конструкционные и инструментальные сплавы закаливают для упрочнения. Сильно упрочняются при закалке сплавы, претерпевающие в равновесных условиях эвтектоидное превращение. Прочное 11, n<>i|>;icia ет либо вследствие ма.ртенситною фазовот перехода, либо mi ia п>>ци жения HWinepaiypi.i ж i ек юиппой реакции, приводящей к и г.им i.nr и и к >
зерен, образующих эвтектоидную смесь. Ксли в результате закалки при 20-25°С фиксируется состояние высокотемпературного твердого раствора, значительного упрочнения сплава непосредственно после закалки не происходит; основное упрочнение создается при повторном низкотемпера турком нагреве или во время выдержки при 20 - 25°С.
В сплавах с особыми свойствами закалка позволяет изменить е трук гурно-чувствительные физические или химическое свойства: увеличить удельное электросопротивление или коэрцитивную силу, повысить коррозионную стойкость и др.
Отпуск и старение — термические обработки, в результате которых в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.
Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получение более высокого уровня свойств (твердости, характеристик прочности, коэрцитивной силы, удельного электросопротивления и др.) по сравнению с отожженным состоянием.
|
|
|
В большинстве сплавов после закалки получают пересыщенный твердый раствор (или смесь, твердых растворов); в этом случае основной процесс, происходящий при отпуске или старении, — распад пересыщенного i вер до го раствора.
Температуру и выдержку выбирают таким образом, чтобы равновес inie состояние сплава при обработке не достигалось, как это происходит при отжиге. Скорость охлаждения с температуры отпуска или старения ia редким исключением не влияет на структуру и свойства сплавов.
Термин «отпуск» используют обычно применительно к сталям и ipvi им сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение i жухфазные алюминиевые бронзы, некоторые сплавы на основе титана); ирмин «старение» применительно к сплавам, не претерпевающим при ыкалке полиморфного превращения (сплавы на основе алюминия, аустепи i пые стали, никелевые сплавы и др.).
Принципиальная.возможность применения того или другого вида термической обработки может быть определена на основании диаграмм фа твою равновесия. В связи с этим выделяют следующие основные группы i плавов .
|
|
|
1) сплавы, не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии '. м. рис. U, -1.10);
2) сплавы с неременной растворимостью компонентов в твердом со i и 'Янин (ем. рис. 1.1);
< )('iiii('iiiii)C i и к'рмичп кой оОрпСммки некоторых магнитных енлапон будут раесмо
I 1'»-И М И 1 л I ti
3) сплавы с эвтектоицным превращением (см. рис. 4.9).
Любой технологический процесс термической обработки состоит из трех основных этапов: нагрев, изотермическая выдержка и охлаждение. Нагрев, а иногда и весь процесс термической обработки (отжиг) проводят в термических печах.
вакансии в тугоплавких металлах и оксидах выше, чем в меди и лачуни. Кроме того, молибден нерастворим в меди и латуни.
Диффузия молекул в полимерах отличается от диффузии атомов или ионов, так как, во-первых, молекулы полимеров имеют большие размеры и массу (из-за изгибов и петель соседние молекулы перепутываются, что препятствует их перемещению) и, во-вторых, они обладают малой тепловой энергией (полимеры обычно используют при 100 1000 К).
Практическое значение имеет диффузия различных веществ через полимерные пленки или мембраны. Например, диффузионный поток воздуха (молекул азота и кислорода) через стенки резиновой камеры при 20 °С и разности давлений Ар = 7 кПа может быть равным 1012 молекул/(см2 • с).
|
|
|
6.3. Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми превращениями в твердом состоянии
Термическую обработку проводят независимо от того, происходят ли в сплавах фазовые превращения в твердом состоянии или нет. Такую обработку применяют, например, для уменьшения остаточных напряжений в изделиях, рекристаллизации пластически деформированных полуфабрикатов, уменьшения внутрикристаллической ликвации в слитках или отливках. Соответствующие операции термической обработки являются разновидностями отжига: отжиг (нагрев) для уменьшения напряжений, рекристаллизационный отжиг, диффузионный отжиг (гомогенизация). Состояние сплавов после теплового воздействия становится более равновесным.
6.3.1. 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 деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привес i и к преждевременному разрушению или короблению конструкции; увеличивая запас упругой энергии (например, сварной конструкции), остаючпые напряжения повышают вероятность хрупкого разрушении. Ни mhoi их пианах
они вызывают склонность к растрескиванию в присутствии коррозионно-активной среды. Остаточные напряжения могут достигать предела текучести.
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.
В стальных и чугунных деталях значительное снижение остаточных напряжений происходит в процессе выдержки при 450 °С; после выдержки при 600 °С напряжения понижаются до очень низких значений. Время выдержки устанавливают от нескольких до десятков часов в зависимости от массы изделия.
В сплавах на основе меди и алюминия существенное уменьшение остаточных напряжений происходит при меньших температурах нагрева. Например, в холоднодеформированных латунных полуфабрикатах остаточные напряжения практически полностью снимаются в процессе отжига при 250-300°С.
По окончании выдержки при заданной температуре изделия медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение новых напряжений. Допустимая скорость охлаждения зависит от массы изделия, его формы и теплопроводности материала; обычно она находится в пределах 2()-200°С/ч.
6.3.2. Рекристаллизационный отжиг
Нагрев деформированных полуфабрикатов или деталей выше темпера гуры рекристаллизации называют рекристаллизационным отжигом; в процессе выдержки происходит главным образом рекристаллизация. Скорость охлаждения при этой разновидности отжига не имеет решающего шачения; обычно охлаждение по окончании выдержки проводят на воз-ivxe. Цель отжига — понижение прочности и восстановление пластично-i i и деформированного металла, получение определенной кристаллографической текстуры, создающей анизотропию свойств; и заданного размера
lepim.
Рекристаллизационный отжиг часто используют в качестве межопе-рлционной смягчающей обработки при холодной прокатке, волочении и 111 >■ i их операциях холодного деформирования. Температуру отжига обычно выбирают на 100 —200°С выше температуры рекристаллизации (см.
Рекристаллизационный отжиг может быть использован в качестве окончательной обработки полуфабрикатов.
В некоторых металлах и твердых растворах рекристаллизация сопровождается образованием текстуры (преимущественной ориентации кристаллов в объеме детали), которая создает анизотропию свойств. Это позволяет улучшить те или иные свойства вдоль определенных направлений в деталях (магнитные свойства в трансформаторной стали и пермаллоях, модуль упругости в некоторых пружинных сплавах и т.д.).
В машино- и приборостроении широкое применение находят металлы и сплавы — твердые растворы, не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии (алюминий, медь, никель, ферритные и аустенитные стали, однофазные латуни и бронзы).
В таких материалах единственной возможностью регулирования размера зерен является сочетание холодной пластической деформации с последующим рекристаллизационным отжигом.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 423; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!