Классификация термической обработки

Классификация видов термической обработки была предложена акад. А. А. Бочваром и составляет основу современной научной классификации, принятой комиссией по стандартизации СЭВ. Она учитывает физическую сущность процессов, происходящих в металлах при тепловом воздействии.

Различают:

1) собственно термическую обработку;

2) химико-термическую обработку;

3) термомеханическую обработку.

Собственно термическая обработка объединяет различные виды тепловой обработки металлов, в результате которых изменяются структура и физико-механические свойства металлов:

Ÿ отжиг I и II рода,

Ÿ закалку без полиморфного и с полиморфным превращением,

Ÿ отпуск и старение)

Химико-термическая обработка представляет собой насыщение поверхности металлов элементами, повышающими твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость и др. Этот процесс диффузионный, он протекает в твердом состоянии, требует повышенных температур и длительных выдержек.

Термомеханическая обработка является новым методом обработки металлов, позволяющим повысить механические свойства по сравнению с получаемыми при обычной закалке и отпуске. Она заключается в сочетании пластической деформации с термообработкой.

 

Рассмотрим кратко основные виды собственно термической обработки.

 

Отжиг I рода (без фазовых превращений). Этот отжиг применяется для всех металлов и сплавов. Его проведение, как правило, не сопровождается фазовыми превращениями в твердом состоянии.

Основное назначение отжига I рода — уменьшение концентрации дефектов решетки и внутренних напряжений, внесенных в металл предварительной обработкой (литьем, обработкой давлением, сваркой и др.).

 

Различают следующие разновидности отжига I рода:

Ÿ гомогенизирующий,

Ÿ рекристаллизационный и

Ÿ отжиг для снятия напряжений.

Гомогенизирующий (диффузионный) отжиг позволяет устранять дендритную ликвацию цветных металлов и высоколегированных сталей. С ростом температуры увеличивается и скорость диффузии. Поэтому гомогенизирующий отжиг проводят при высоких температурах (0,8...0,9 Ts) и длительных (до 100 ч) выдержках, обеспечивающих выравнивание химического состава и растворение избыточных фаз за счет активации диффузионных процессов.

Рекристаллизационный отжиг чаще применяется для холоднодеформированных металлов и сплавов с целью снятия наклепа. В результате рекристаллизации образуются новые зерна с меньшей концентрацией дефектов строения, снимаются внутренние напряжения, понижаются прочностные и повышаются пластические свойства металлов и сплавов.

Отжиг для снятия напряжений позволяет устранить внутренние (остаточные) напряжения, внесенные в металл предварительной обработкой (литьем, обработкой давлением или резанием и т. д.). Растягивающие остаточные напряжения могут привести к короблению и даже разрушению детали в процессе ее вылеживания. Поэтому желательно проводить отжиг сразу же по окончании технологической операции. Полиморфные металлы и сплавы нагреваются ниже критических температур полиморфного перехода.

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация). Этот отжиг проводится с целью получения равновесной структуры металлов и сплавов, претерпевающих при тепловом воздействии фазовые превращения (полиморфные, эвтектоидные, перитектоидные и др.). Нагрев и охлаждение осуществляются с малой скоростью. Отжиг уменьшает концентрацию дефектов решетки, снимает внутренние напряжения, измельчает зерно, исправляет структуру, созданную предварительной обработкой (прокаткой, неверно проведенной термообработкой и др.). В результате повышается пластичность и понижаются прочность и твердость металла.

Закалка. Этому виду термической обработки подвергаются металлы и сплавы с фазовыми превращениями в твердом состоянии.

Различают закалку без полиморфных и с полиморфными превращениями. И та и другая производится с быстрым охлаждением.

Закалка без полиморфных превращений применима к любым сплавам, в которых одна фаза частично или полностью растворяется в другой. Это объясняется тем, что при охлаждении требуется время для диффузионного образования избыточной фазы, поэтому быстрое охлаждение, замедляя диффузию, фиксирует пересыщенный твердый раствор — высокотемпературное состояние (рис. 36, сплавы составов правее точки F, нагретые выше линии eF). Закалка различных сплавов может привести к неодинаковым результатам: упрочнению, разупрочнению или сохранению свойств. Для некоторых сплавов, например дуралюмина Д16, прочность может повыситься при сохранении высокой пластичности. Но сильного упрочнения с резким снижением пластичности в мономорфных промышленных сплавах не наблюдается.

Закалка с полиморфным превращением (на мартенсит) происходит по бездиффузионному механизму. У закаленных сплавов — твердых растворов внедрения, например углеродистых сталей, резко повышаются хрупкость и твердость. У закаленных сплавов — твердых растворов замещения —при некотором повышении прочности может сохраняться высокая пластичность (например, железо-никелевые и титановые сплавы).

Отпуск. Закаленный металл подвергается вспомогательной операции термообработки — отпуску, предназначенному для частичного или полного уменьшения метастабильности закаленного на мартенсит материала. Температура нагрева при отпуске не должна превышать температуры фазового перехода. Отпуск в зависимости от температуры нагрева в той или иной степени уменьшает внутренние напряжения и хрупкость, снижает твердость и прочность, повышает вязкость и пластичность.

Старение. Это процессы, подготавливающие выделение, и самого выделения вторичной фазы обусловлены распадом пересыщенного твердого раствора, зафиксированного закалкой без полиморфного превращения. Старение происходит при нормальной (естественное) или повышенных (искусственное) температурах. Выделение дисперсных частиц новой фазы упрочняет сплавы.