|
| |
|
Главная Промышленность  Л генератор 1 Води Рис. 5.2. Расположение индуктора, закаливаемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ: I - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи). Использование импульсных электронных пучков и лазерных лучей для локального на-фева поверхности деталей позволяет вести поверхностную закалку рабочих кромок инструментов и сильно изнашивающихся областей «орпусных деталей. Иногда тонкий поверхностный слой доводят до оплавления и в результате быстрого охлаждения получают мелкозернистую или аморфную структуру. При закалке с использованием источников высококонцентрированной энергии не требуются охлаждающие феды, так как локально нафетые поверхностные слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. В качестве источников энергии используют ускорители электронов и непрерывные газовые и импульсные лазеры. 5.3. Термическая обработка сплавов, ие 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, рекристал-лизационный отжиг, диффузионный отжиг (гомогенизация). Состояние сплавов после теплового воздействия становится более равновесным. Нагрев для снятии 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 холоднодефор-мированных полуфабрикатах или заготовках, в прутках в процессе правки, в сварных соединениях, при закалке и т. п. Остаточные напряжения, возникшие в указанных случаях, чаще всего нежелательны. Они могут вызвать деформацию деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привести к преждевременному разрушению или короблению конструкции; увеличивая запас упругой энергии (например, сварной конструкции), остаточные напряжения повышают вероятность хрупкого разрушения. Во многих сплавах они вызывают склонность к растрескиванию в присутствии корро-зионно-активной среды. По величине 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 температуре 450 °С; после выдержки при температуре 600 "С напряжения понижаются до очень низких значений. Время выдержки устанавливается от нескольких до десятков часов и зависит от массы изделия. В сплавах на основе меди и алюминия существенное уменьщение остаточных напряжений происходит при меньщих температурах нагрева. Например, в хо.юднодеформированных 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; она обычно лежит в пределах 20-200 °С/ч. Рекристаллизационный отжиг. Нагрев деформированных полуфабрикатов или деталей выще температуры рекристаллизации называют рекристаллиза-ционным отжигом; в процессе выдержки происходит главным образом рекристаллизация. Скорость охлаждения при этой разновидности отжига не имеет ре-щающего значения; обычно охлаждение по окончании выдержки проводят на спокойном воздухе. Цель отжига-понижение прочности и восстановление пластичности деформированного металла, получение определенной кристаллографической текстуры, создающей анизотропию свойств, и получение заданного размера зерна. Рекристаллизационный отжиг часто используют в качестве межоперационной смягчающей обработки при холодной прокатке, волочении и других операциях холодного деформирования. Температуру отжига обычно выбирают на 10(>200°С выще температуры рекристаллизации (см. гл. 4). 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 ДР-)- 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. Диффузионный отжиг (гомогенизация). 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 внутрикристалличе-ская ликвация: сердцевина кристаллов обогащена тугоплавким компонентом сплава, а наружные части кристаллов обогащены компонентом, понижающим температуру плавления. На примере системы с эвтектическим превращением (рис. 5.3) схематично показано изменение средней концентрации  Рис. 5.3. Диаграмма состояния компонентов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением (----изменение средней концентращ1и кристаллов твердого раствора в условиях неравновесной кристаллизащ1и) твердого раствора сплава / в интервале температур кристаллизации при отклонении от равновесия. Кристаллы твердого раствора содержат меньше легирующего компонента В по фавнению с равновесной концентрацией. Если температура конца кристаллизации сплава из-за уменьшения содержания компонента В в твердом растворе станет ниже эвтектической, как это показано на рис. 5.3 для сплава / {t < Q, то оставшийся к моменту достижения эвтектической температуры жидкий раствор затвердевает по эвтектической реакции, и в структуре сплава появляется эвтектическая составляющая. Внутрикристаллическая ликвация, особенно в случае появления в структуре эвтектической составляющей, затрудняет последующую обработку давлением, так как снижается пластичность сплавов. 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 слитки многих алюминиевых сплавов, а в некоторых случаях и отливки. В стальных слитках в результате диффузионного отжига достигается более равномерное распределение фосфора, углерода и легирующих элементов в объеме зерен твердого раствора. Если температура отжига достаточно высока, отжиг приводит к более благоприятному распределению сульфидов. Диффузионный отжиг стальных слитков ведут при температуре 1100-1300 °С с выдержкой 20-50 ч. В слитках алюминиевых сплавов ликвация особенно нежелательна. В результате ликвации оси дендритов содержат меньше легирующих элементов, чем межосные пространства и границы зерен, поэтому при охлаждении слитков вторичные кристаллы выделяются главным образом между осями дендритов и по границам зерен, часто в очень неблагоприятной форме (по границам зерен в виде сплошных хрупких оболочек). Диффузионный отжиг слитков алюминиевых сплавов проводят при температуре 420-520 °С с выдержкой 20-30 ч для устранения ликвации. 5.4. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии Переменная растворимость компонентов в твердом состоянии дает возможность значительно упрочнять сплавы путем термической обработки. Это 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. Рассмотрим принцип упрочняющей термической обработки стареющих сплавов на примере системы с промежуточным соединением (рис. 5.4, я). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
