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

но сказывается на свойствах .изделий, особенно в тех случаях, когда поры завариваются при горячей пластической деформации.

§ 3. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СПЛАВОВ ПРИ ГОМОГЕНИЗАЦИОННОМ ОТЖИГЕ

рячей обработки давлением. Если, например, слитки сплава Д16 предназначены для прессования, то показатели пластичности сле­ дует определять при температуре прессования, равной 400°С (см. рис. 7).

Механические свойства фасонной отливки следует измерять при температуре эксплуатации детали, например комнатной.

По мере растворения хрупких фаз пластичность растет и пос­ ле окончания их растворения перестает изменяться (см. рис. 7). Относительное удлинение и сужение слитков алюминиевых спла­ вов при температурах горячей деформации .возрастает в резуль­ тате гомогенизации в 1,5—3 раза.

время полного растворения неравновесного избытка фаз. Как от­ мечалось в § 2, это время сокращается, согласно формуле (3), с уменьшением толщины частиц избыточной фазы, а также е из­ мельчением дендритной ячейки. Кроме растворения хрупких из­ быточных фаз, полезное влияние оказывает также их коагуляция. Так, во время гомогенизационного отжига жаропрочной стали Х25Н16Г7 при 1150°С проходят частичное растворение и коагу­ ляция избыточных фаз, .вместо сплошных прослоек их по грани­ цам зерен остаются округлые изолированные включения и пластичность .слитка возрастает.

Повышение пластичности слитков легированных сталей, алю­ миниевых и других сплавов уменьшает брак по трещинам при первой операции горячей обработки давлением, позволяет увели­ чить степень деформации, особенно на первых обжатиях, повы­ сить скорость деформирования, улучшает состояние кромки (уменьшает рванины горячекатаных полос).

Для фасонных изделий значение гомогенизации особенно ве­ лико, так как их структура не измельчается при пластической деформации.

Гомогенизационный отжиг не может полностью устранить влияние исходной литой структуры: чем меньше размер дендрит­ ной ячейки в литом сплаве, тем выше уровень показателей пластичности слитка в гомогенизированном состоянии.

30

2. Деформированные сплавы

Хотя при горячей обработке давлением и происходит коренное изменение строения сплава, но оно все же недостаточно, чтобы полностью устранить влияние литой структуры на его техноло­ гичность при последующей холодной обработке давлением. «На­ следственность» литой структуры с неустраненной дендритной ликвацией проявляется в снижении пластичности холоднодеформированного сплава. Объясняется это тем, что при горячей обра­ ботке давлением, несмотря на сильное измельчение и «перемеши­ вание» структуры, полностью не устраняется микронеоднород­ ность сплава, вызванная дендритной ликвацией. Гомогенизация слитка, повышая пластичность холоднодеформированного сплава, улучшает состояние кромки холоднокатаных полос, позволяет со­ кратить промежуточные отжиги и увеличить степень обжатия при холодной прокатке, улучшает штамлуемоеть листов при глубокой

что в технологическом цикле структура сплава испытывает такие

чую прокатку и закалку, сохраняются грубые скопления эвтекти­ ческих карбидов. В этих местах выкрашиваются лезвие инстру­ мента и трущаяся поверхность шарикоподшипника.

Горячая и холодная прокатка с последующим рекристаллизационным отжигом или закалкой, сильно изменяющими структуру, часто не могут устранить разницу между свойствами листов из алюминиевых сплавов, полученных из негомогенизированного и гомогенизированного слитков. Например, достаточно глубокая гомогенизация слитка повышает относительное удлинение отож­ женных листов из сплава авиаль (марки АВ) на одну четверть по сравнению с такими же листами, но полученными из негомогени-

жения прочности является особое поведение марганца при гомо­ генизации слитка. Как уже отмечалось, при температурах поряд­

шинства сталей такое изменение можно не принимать во внимание.

31

лика и пересыщенный марганцем раствор, образовавшийся при кристаллизации, распадается. Выход марганца из раствора при гомогенизации слитка и коагуляция выделившихся частиц марган­ цевого интерметаллида несколько снижают прочность рекристаллизованных листов дуралюмина, прошедших полную термическую обработку (закалку и старение).

Наиболее заметное и практически очень важное влияние гомогенизационный отжиг оказывает на показатели пластичности, ударную вязкость и усталостные характеристики изделий (прес­ сованных полос, профилей, поковок и др.) поперек волокна, так как избыточные хрупкие фазы вытягиваются вдоль направления

главной деформации.

* * *

Гомогенизационный отжиг — довольно длительная операция, требующая нагрева больших масс металла с повышенным расхо­ дом топлива или электроэнергии. Поэтому в каждом конкретном случае устанавливают целесообразность применения помогенизационного отжига.

Гомогенизационный отжиг железных сплавов, требующий большого расхода топлива и сопровождающийся значительными потерями металла на окалину, применяют лишь к высококачест­ венным легированным сталям ответственного назначения (темпе­ ратуру отжига выбирают в интервале 1050—1250°С). Из углеро­ дистых сталей только автоматные подвергают гомогенизанионно­ му отжигу. Автоматные стали содержат повышенное количество серы, улучшающей обрабатываемость резанием (до 0,2—0,3%

.вместо обычных 0,04—0,06%). Сера сильно ликвирует к границам зерен при кристаллизации и вызывает красноломкость при про­ катке. Гомогенизационный отжиг при 1150°С устраняет красно­ ломкость автоматной стали.

Слитки большинства деформируемых алюминиевых сплавов подвергают гомогениз анионному отжигу для улучшения обраба­ тываемости давлением и повышения механических свойств полу­ фабрикатов. Температуру отжига, обычно находящуюся в интер­ вале 450—550°С, выбирают в зависимости от марки сплава и ви­ да полуфабрикатов.

Слитки деформируемых магниевых сплавов гомогенизируют при 390—405°С с той же целью, что и слитки алюминиевых спла­ вов. Часто гомогенизацию совмещают с операцией нагрева слит­ ков перед горячей обработкой давлением, увеличивая время вы­ держки в печи.

К фасонным отливкам из алюминиевых и магниевых сплавов гомогенизационный отжиг как самостоятельную операцию не при­ меняют. Гомогенизация органически входит в операцию нагрева под закалку фасонных отливок. Этот нагрев проводят при таких высоких температурах и длительных выдержках, чтобы в твердый раствор перешло максимально возможное в производственных ус­ ловиях количество избыточных фаз.

32

К слиткам и фасонным отливкам из медных, никелевых, тита­ новых и цинковых сплавов гомогенизационный отжиг как само­ стоятельную операцию в промышленности или совсем не .приме­ няют, или применяют крайне редко, так как он не дает большого эффекта. Исключением являются слитки и ответственные фасон­ ные отливки из некоторых оловянных бронз, которые для повы­ шения пластичности подвергают гомогенизации при 650—700°С, чтобы рассосался неравновесный избыток хрупкого эвтектоцда a+ C u 3iSn8.

§ 4. ГОМОГЕНИЗАЦИЯ С НАГРЕВОМ ВЫШЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕРАВНОВЕСНОГО СОЛИДУСА

В некоторых случаях степень гомогенизации, проводимой при температурах вблизи неравновесного солидуса, но ниже его, мо­ жет оказаться недостаточной. Необходимая полнота гомогениза­ ции при этом или вообще не достигается, или достигается при таких длительных выдержках, которые неприемлемы в производ­

закалочных трещин и мелких пузырей на поверхности листа, кро­

ные закалочные трещины под действием закалочных напряжений. Оплавленные участки имеют эвтектический состав, и при быст­ рой кристаллизации во время закалки по границам зерен образу­ ется прослойка из хрупкого интерметаллида, входящего в состав эвтектики. Если пережог и не вызвал образования .видимых зака­ лочных трещин, то эти хрупкие межкристаллитные прослойки* снижая пластичность листа, могут стать причиной брака.

Хорошо известен также сильный пережог изделий тонкого сечения из стали, меди и медных сплавав при чрезмерно высокой температуре или большой выдержке в окислительной атмосфере. Такой пережог вызван проникновением кислорода по границам зерен насквозь через все сечение изделия и образованием окис­

2 Зак. 638

33

ниже равновесного солидуса. На,пример, твердый раствор на базе алюминия при температуре на рис. 10 ненасытен по отношению к неравновесным включениям расплава. Легирующий элемент из

Процессы гомогенизации при отжиге с нагреванием выше точ­ ки неравновесного солидуса идут гораздо быстрее, чем при обычном отжиге ниже солидуса. Например, у дуралюмииа Д16 температура неравновесного солидуса равна примерно 508°С, а равновесного — около 530°€ (при разных составах в пределах до­ пусков для одной марки сплава значения температуры солидуса могут несколько различаться). Время растворения неравновесно­ го избытка фаз в промышленном слитке диаметром 150 мм при температуре отжита 515°С в 2,5 раза меньше, чем при темпера­ туре 480°С.

Причиной сильного ускорения гомогенизации при отжиге с назреванием до температур выше неравновесного солидуса явля­ ется не присутствие жидкой фазы, а увеличение коэффициентов диффузии легирующих элементов с повышением температуры. Ве­ дущим звеном процесса растворения фаз ниже и выше неравно­ весного солидуса является диффузионный отвод атомов легирую­ щих элементов от межфазной границы в центральную зону дендритной ячейки. Сам по себе переход через точку солидуса не является критическим по отношению к процессу гомогенизации, но повышение температуры отжига даже на 20—30°С может резко увеличить коэффициенты диффузии, например в два раза, по сравнению с условиями обычного отжига [не следует забывать,

34