Види термічної обробки кольорових металів
Під термічною обробкою кольорового металу розуміється нагрів до певної температури, після чого слід охолодження з певною швидкістю. Загальна ефективність термічної обробки кольорового металу залежить від його попередньої обробки, від температури і швидкості нагріву, тривалості витримки при цій температурі і швидкості охолодження
Процеси термічної обробки кольорових металів можна розділити на дві основні групи: термічна обробка, метою якої є отримання структури, максимально наближається до рівноважного стану, і термічна обробка, метою якої, навпаки, є досягнення нерівноважногостану. У деяких випадках обидві згадані групи процесів взаємно перекриваються
До першої групи належать відпал рекристалізації деформованого матеріалу, далі отжиг для зняття внутрішніх напружень і, нарешті, Гомогенізаціонний отжиг виливків. До другої групи, яка вважається іноді термічною обробкою у вузькому сенсі слова, відноситься термічна обробка з отриманням нерівноважногостану, т. Е. Так зване дисперсійне затвердіння
М'який або відпал рекристалізації
М'який отжиг це термічна обробка заготовок, які зазнали холодної обробки тиском. Він проводиться шляхом нагрівання вироби до певної температури, витримки при цій температурі протягом певного часу і, як правило, повільного подальшого охолодження. Рівень температури, тривалість витримки так само, як і швидкості нагріву і охолодження, залежать як від способу попередньої обробки, так і від необхідних властивостей вироби. Отже, процес цього відпалу характеризується ступенем попереднього обтиску, температурою і тривалістю відпалу і необхідної структурою вироби. Коротко можна пояснити сказане такими прикладами
Метал, який отримав наклеп в результаті обробки тиском. зазнає під час нагрівання кілька взаємно перекриваються змін. Спочатку відбувається так зване «відновлення», що характеризується зняттям внутрішніх напруг, т. Е. Усуненням порушень кристалічної решітки, викликаних в матеріалі обробкою тиском. У цій області механічні властивості змінюються дуже мало, хоча на деяких фізичних властивостях вже спостерігаються зміни. При подальшому нагріванні починають утворюватися зародки новообразующимися структури, і відбувається зростання цих зародків. У сукупності ці два процеси називають рекристалізацією. Механічні та фізичні властивості, придбані матеріалом в результаті обробки тиском, втрачаються їм при рекристалізації, і матеріал набуває властивостей, які він мав перед наклепом. Потім слід стадія зростання зерна, при якій кристали зливаються; при цьому деякі кристали зростають за рахунок сусідніх кристалів, і кристалічна структура укрупнюється
Процес зміни механічних властивостей міді, яка не містить кисню при наклеп і рекрісталлізаціонном відпалі пояснюється на нижчих графіках
Залежність механічних властивостей при наклеп від ступеня обтиснення
Залежність механічних властивостей при рекрісталлізаціонном відпалі від температури
Криві твердості в залежності від попередньої ступеня обтиску і температури, а також зростання зерна в залежності від температури після рекристалізації
Відпал для зняття внутрішніх напружень
Такий відпал називається стабілізацією. а стосовно деформованим заготівель - відпусткою. Відпал полягає в нагріві до невисокої температури і короткочасної витримці при цій температурі до повного прогріву вироби, після чого слід повільне охолодження. Для заготовок, оброблених тиском, це - температура з області відновлення, т. Е. Нижче температури рекристалізації. Цим відпалом усуваються внутрішні напруги, викликані, наприклад, в виливках нерівномірним охолодженням і термічною обробкою, а в поковках - обробкою тиском на холоді, термічною обробкою або обробкою різанням при більшому перерізі стружки. Колишня кристалізація при цьому нагріванні зберігається. Механічні властивості також істотно не змінюються, в тому числі і після тривалого зберігання
У виробів, особливо складної конфігурації, цим процесом забезпечується стабільність розмірів. Приклад температур відпустки деяких сплавів, що деформуються алюмінію і міді наведено в табл.1
Температури відпустки для зняття внутрішніх напружень в деяких деформуються металах і сплавах
Температура відпустки (° С)
Відноситься до листового металу товщиною 1 - 2 мм і до витримки протягом 4 год при температурі відпустки. Температура на 10 - 30 ° С нижче початку рекристалізації
Cu 99,5 - 99,9
Латунь Ms 58 до Ms 90 і спеціальні латуні
250 - 300
200 - 350
Залежно від попередньої ступеня обтиску або термічної обробки, форми виробу і його призначення
Гомогенізаціонний отжиг
Гомогенізаціонний отжиг - це термічна обробка, що складається з нагріву до високої температури і витримки при цій температурі протягом певного часу, поки не будуть досягнуті рівномірний склад і рівномірна структура. Потім слід, як правило, повільне охолодження. У литих сплавах зустрічається нерівномірність (гетерогенність) двоякого роду. Це - ізоляція домішок. накопичуються в тих частинах виливки, які тверднуть останніми, і розшарування (шаруватість) кожного окремого кристала твердого розчину. Нерівномірності всередині кристала легко вирівнюються дифузією. якщо вона протікає при досить високій температурі і досить довго. Навпаки, домішки, накопичені в окремих місцях виливки, розсіюються відпалом значно гірше. Вони здатні до дифузії лише в тому випадку, якщо розчиняються в основному металі при високих температурах. Але і в цьому випадку процес гомогенізації утруднений через великого шляху, який повинні проходити окремі частинки
Гомогенізаціонного відпалу можна піддавати і деформовані метали, якщо потрібно поліпшити деякі їх механічні властивості, особливо в'язкість і хімічну стійкість сплаву. Шляхом нагрівання до високої температури певні легуючі елементи переводяться в твердий розчин до тих пір, поки сплав не стане однорідним, а потім швидким охолодженням пригнічується ізоляція. Однак цей процес уже переходить в область термічної обробки для отримання нерівноважних станів
дисперсійне затвердіння
Для дисперсионного затвердіння сплаву обов'язковою умовою є те, щоб в основних кристалах перебувала частково розчинна фаза, розчинність якої зменшується з пониженням температури. При повільному охолодженні відбувається ізоляція, в результаті якої може виділитися, в залежності від форми діаграми, чистий метал, твердий розчин з'єднань або будь - яка інша фаза. Швидким охолодженням з області твердого розчину можна в багатьох випадках придушити ликвацию, і загартований таким чином сплав привести в нерівноважний стан пересичені твердого розчину. При подальшому помірному нагріванні або нормальній температурі сплав виявляє тенденцію прийти до стабільного стану. Цей складний процес поки ще не цілком з'ясований, хоча практично в техніці вже застосовують цілий ряд отверждаємих сплавів. Процес протікає по-різному у різних отверждаємих сплавів, а в багатьох випадках - неоднаково навіть у одного і того ж сплаву. Тому обмежимося лише короткою характеристикою цього процесу
Отверждение складається в основному з трьох етапів. Спочатку сплав нагрівається до відповідної температури. Ця температура знаходиться в межах між лінією солідусу і лінією розчинності в твердому стані якомога ближче до температури солідусу. Найкраще цю температуру, враховуючи її вузький діапазон, особливо у алюмінієвих сплавів (490-535 ° С), підтримувати в соляному розчині, і тому саме такі розчини і застосовують найчастіше. Метою відпалу цього виду є отримання багатого твердого розчину. Витримка при даній температурі залежить від типу сплаву і виду заготовки. Потім слід швидке охолодження (гарт в маслі або у воді). Сплав проходить через різні стадії, що наближаються до рівноважного стану, причому атоми пересичені твердого розчину кожен раз розташовуються по-різному. Цей процес проводиться при нормальній або підвищеній температурі; іноді його називають старінням. У деяких випадках між загартуванням і старінням виробляють холодну обробку тиском. Старіння при нормальній температурі називається природним. а при підвищеній температурі - штучним
При затвердінні змінюються механічні властивості. Після гарту міцність дещо зменшується зі збільшенням в'язкості, а при старінні міцність знову підвищується, а в'язкість і пластичність трохи зменшуються. Ці зміни при старінні підкоряються певним закономірностям, що залежать від температури, тривалості старіння і виду сплаву. Після досягнення максимуму міцність сплаву при подальшому нагріванні його знову зменшується. В результаті такого «перестаренія» сплав переходить з нестабільного отвержденного стану в рівноважний, і матеріал набуває колишні механічні властивості. Зрозуміло, міцність в отвержденном стані завжди більша за ту, яка може бути отримана у того ж сплаву нагартовка, і взагалі отверждаемие сплави мають найбільшу міцність в порівнянні з іншими металами цієї групи. У процесі затвердіння змінюються і деякі фізичні властивості
На рис.5 показано вплив температури і тривалості штучного старіння на механічні властивості деформованого сплаву AlMgSi.
Загальна схема залежності температури і тривалості відпалу при різних способах термічної обробки деформованого сплаву AlMgSi приведена на рис.6
У деяких сплавів кольорових металів при термічній обробці на нерівноважний стан процеси перекристалізації протікають так само, як у сталі. Наприклад, в деяких алюмінієвих бронзах відбуваються так звані фазові перетворення γ - α. в зв'язку з чим весь процес, що складається з гарту і відпустки, можна назвати термічним поліпшенням. Зміни механічних властивостей при поліпшенні відрізняються від тих, які супроводжують затвердіння: після гарту міцність збільшується з одночасним зменшенням в'язкості, а при відпустці міцність знову зменшується, тоді як в'язкість трохи підвищується