Файл: Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов учебник.pdf

Слитки из углеродистых сталей обычно не подвергают гомоге-

ные стали для устранения внутрикристаллитной ликвации и

Чрезмерно большие выдержки при гомогенизации обычно нецеле­ сообразны, так как они малоэффективны и приводят к излишнему расходу электроэнергии (топлива) и к неоправданному уменьше­ нию .производительности. Повышение температуры отжига дейст­ вует несравненно эффективнее, чем увеличение времени выдержки.

Время выдержки при гомогенизационном отжиге обычно колеб­ лется в пределах от нескольких до десятков часов (не считая вре­ мени прогрева). Повышая температуру, можно сократить время выдержки при отжиге.

Время полной гомогенизации зависит не только от температу­ ры отжига и .природы сплава, определяющих диффузионную под­ вижность компонентов в твердом растворе. На время гомогениза­ ции сильно влияет исходная микроструктура литого сплава. Ско­ рость гомогенизации зависит от толщины частиц избыточной

где а и b —константы для данного сплава и данной температуры гомогенизационного отжига. Показатель степени в этой формуле для алюминиевых сплавов находится в пределах 1,2—2,5. Естественно, что с уменьшением толщины включений время их растворения сокращается. В диапазоне практически встречаю­ щихся значений т связь тр с т близка к линейной.

С уменьшением размера дендритной ячейки возрастает сред­ ний градиент концентрации по ее сечению (при постоянной раз­ ности концентраций раствори на границе и в центре ячейки) и в соответствии с законом Фика должна ускоряться диффузия. Раз­

25

мер дендритной ячейки влияет на скорость гомогенизации и через толщину избыточной фазы, так как с уменьшением размера ден­ дритной ячейки измельчается и избыточная фаза.

Можно использовать два пути ускорения гомогенизации, регу­ лируя микроструктуру. Первый путь — увеличение скорости кристаллизации сплава. Чем выше скорость кристаллизации, тем меньше размер дендритных ячеек и тоньше частицы избыточных фаз, кристаллизующихся по их границам. Поэтому слитки и фасон­ ные отливки, затвердевавшие при большой скорости охлаждения, быстрее и полнее гомогенизируются, так как они отличаются бо­ лее тонким строением. Например, слитки непрерывного литья малого сечения гомогенизируются быстрее, чем слитки большого сечения; кокильные отливки быстрее гомогенизируются, чем дета­ ли, отлитые в земляные формы.

генизанионного отжига слитков легированной стали увеличивают продолжительность нагрева деформированной заготовки перед последним переделом. Вместо отжига слитков алюминиевых спла­ вов иногда гомогенизируют прессованную заготовку для труб и штамповок. При этом приходится несколько уменьшить скорость прессования слитка, но зато значительно ускоряется гомогенизационный отжиг.

Эффективность применения обработки давлением для ускорения растворе­ ния избыточных фаз определяется характером изменения структуры при пласти­ ческой деформации. Структура разных сплавов по-разному меняется при пласти­ ческой деформации в зависимости от природы избыточной фазы, а также соот­ ношения механических свойств ее и матрицы. Так, например, в алюминиевом сплаве типа В95 при горячей прокатке Г-фаза (Al2Mg3Zn3J сильно измельчает­ ся и вытягивается в тонкие строчки, расстояние между которыми уменьшается с увеличением степени обжатия. Поэтому горячая обработка давлением этого сплава резко ускоряет растворение изб! [точной фазы и тем сильнее, чем больше степень деформации (рис. 8). В сплаве же алюминия с 4,5% Си горячая и хо­

лодная прокатка очень слабо влияет на размер частиц СиА12 и расстояние меж­ ду ними. Поэтому даже большие обжа­ тия слитков этого сплава мало изменя­ ют время растворения частиц соедине­ ния СиА12.

26

перехода через точку полиморфного превращения ом. § 23). Так, при гомогенизационном отжиге легированных сталей, который проводят при высоких температурах, вырастает крупное аустенит­ ное зерно. В слитках это зерно измельчается при последующей обработке давлением, а фасонные отливки из легированной стали

весном состоянии не должен быть однофазным, избыточные фа­ зы, которые не способны полностью раствориться при температу­ ре гомогенизации, могут коагулировать и округляться с увеличе­ нием длительности отжига. Например, в алюминиевых сплавах разветвленные кристаллы силицида Mg2Si, полностью не перехо­ дящего в твердый раствор, при достаточно высоких температурах отжига становятся более компактными. Подобным образом изме­ няется форма некоторых избыточных фаз в легированных сталях.

Г е т е р о г е н и з а ц и я с т р у к т у р ы . Для перевода нерав­ новесного избытка фаз в твердый раствор выбирают такую темпе­

кристаллизации в основном твердом растворе. Тогда при гомоге­ низационном отжиге будут одновременно протекать два процесса: растворение неравновесного избытка фаз в ненасыщенном по от­ ношению к ним твердом растворе, т. е. собственно гомогенизация сплава, и выделение других фаз из пересыщенного по отношению к ним твердого раствора, т. е. гетерогенизация структуры. Такая гетерогенизация играет важную роль при гомогенизационном отжиге многих алюминиевых сплавов.

Большинство алюминиевых сплавов содержит марганец, неко­ торые— цирконий и хром. Эти элементы при быстрой кристалли­ зации слитков непрерывного литья и тонкостенных отливок пол­ ностью или частично входят в твердый раствор на базе алюми­ ния. Эвтектическая или перитектическая температура в соответ­ ствующих двойных системах близка к точке плавления алюминия

27

ры нагрева под закалку, то прессэффект (повышенная прочность нерекрнеталли'зовэнного материала) не проявится. Таким обра­

зом, чтобы обеспечить рассмотренное полезное действие гетерогенизации структуры слитков, следует подобрать режим их отжига, обеспечивающий необходимую дисперсность и плотность выделе­

ний алюминидов переходных металлов.

Гетерогенизация структуры слитка может развиваться не только при изотермической выдержке, но и в период охлаждения

садку охлаждают вместе с печью или выгружают из печи и ох­ лаждают на воздухе. С понижением температуры уменьшается растворимость в алюминии основных легирующих элементов (меди, магния и др.). При очень медленном охлаждении слитков выделяются грубые частицы СиА12, S-фазы и других фаз. При нагреве под обработку давлением эти грубые выделения пол­ ностью не растворяются, вытягиваются в направлении главной деформации и снижают механические свойства, особенно показате­ ли пластичности, в поперечном направлении. Для устранения это­

температуры гамотенизационного отжига на воздухе может прои­ зойти полная или частичная закалка на мартенсит поверхностных

ны, песочины и др.) не удаляются с окалиной и слитки подверга­ ют обдирке, то необходимо после гомогенизационного отжига про­

ют .вторичной в отличие от первичной, образующейся при кристал­

быстро диффундирующие атомы, появляются избыточные вакан­ сии и возникает диффузионная пористость.

Увеличение пористости при обычном гомогенизационном отжи­ ге по абсолютной величине весьма невелико и вряд ли значитель­

29