Гомогенизационный отжиг

 

Гомогенизационный отжиг — это термическая обработка, при которой главным про­цессом является устранение последствий дендритной ликвации. В результате дендритной ликвации возни­кает химическая микронеоднородность внутри кристаллов твердого раствора — осно­вы сплава, и могут появиться неравновесные избыточные фазы.

В результате отклонения от равновесия в процессе кристаллизации литой сплав имеет следующие основные недостатки.

1.Пластичность сплава обычно снижается, если в результате дендритной ликвации появляется избыточная хрупкая фаза. Особенно сильно снижается пластичность при образовании по границам дендритных ячеек сплошных прослоек из грубых частиц хрупких соединений (интерметаллидов, карбидов и др.).

2.Центральные участки дендритных ячеек и их границы, имеющие разный хими­ческий состав, образуют микрогальванические пары. Поэтому внутрикристаллитная ликвация твердого раствора снижает стойкость против электрохимической коррозии. Появление неравновесной избыточной фазы в твердом растворе обычно также сни­жает стойкость против коррозии.

3.При обработке давлением, например при прокатке и прессовании, микроучастки, имеющие разный химический состав, вытягиваются и может возникнуть строчечная структура. Такая структура обусловливает анизотропию свойств в изделии и повы­шенную склонность к межкристаллитному разрушению.

4.Дендритная ликвация понижает температуру солидуса сплава, что, как правило, нежелательно. Например, при быстром нагреве под закалку или обработку давлением изделие может частично оплавиться на участках, где находится неравновесно образо­вавшаяся эвтектика.

5.Структура и свойства литого сплава нестабильны во времени. В изделии, рабо­тающем при повышенных температурах, могут самопроизвольно постепенно вырав­ниваться состав твердого раствора и растворяться избыточные фазы. Эти процессы вызывают постепенное изменение свойств, которое может выйти за допустимые пре­делы.

Для устранения недостатков литой структуры слиток или фасонную отливку под­вергают отжигу — гомогенизации.

 

 

Рис. 2. Микроструктура сплава Cu – 20% Ni (×100): а – после литья; б – после отжига при 1000 ºС в течение 40 ч

Изменение свойств сплавов при гомогенизационном отжиге

Литые сплавы. Главное изменение свойств при гомогенизационном отжиге — по­вышение пластичности литого сплава. Для многих литейных сплавов гомогенизаци­онный отжиг совмещен с нагревом под закалку. В этом случае задачей является и по­вышение прочностных характеристик. При выборе режима отжига слитка показатели пластичности следует измерять не при комнатной температуре, а при температуре первой операции горячей обработки давлением. Если, например, слитки сплава Д16 предназначены для прессования, то показатели пластичности следует определять при температуре прессования 400—500 °С. Механические свойства фасонных отливок сле­дует измерять при температуре эксплуатации детали, например комнатной.

По мере растворения хрупких фаз пластичность и прочность растут, а по оконча­нии их растворения свойства перестают изменяться. Относительное удлинение и су­жение слитков алюминиевых сплавов при температурах горячей деформации возрас­тают в результате гомогенизации в 1,5—3 раза.

Если цель гомогенизационного отжига — повысить пластичность, то за оптималь­ное время гомогенизации можно принять время полного растворения неравновесно­го избытка фаз.

Деформируемые сплавы. Хотя при горячей обработке давлением и происходит ко­ренное изменение строения сплава, оно все же недостаточно, чтобы полностью устра­нить влияние литой структуры на его технологичность при последующей холодной об­работке давлением. «Наследственность» литой структуры с неустраненной дендритной ликвацией проявляется в снижении пластичности холоднодеформированного сплава. Объясняется это тем, что при горячей обработке давлением, несмотря на сильное из­мельчение и «перемешивание» структуры, микронеоднородность сплава, вызванная дендритной ликвацией, полностью не устраняется. Гомогенизация слитка, повышая пластичность холоднодеформированного сплава, улучшает состояние кромки холод­нокатаных полос, позволяет сократить промежуточные отжиги и увеличить степень обжатия при холодной прокатке, улучшает штампуемость листов при глубокой вытяжке.

Наиболее заметное и практически очень влияние гомогенизационный отжиг оказывает на показатели пластичности, ударную вязкость, трещиностойкость и усталостные характеристики изделий (прессованных полос, профилей, поковок и др.) поперёк волокна, так как избыточные хрупкие фазы вытягиваются вдоль направления главной деформации.

В некоторых случаях степень гомогенизации, проводимой при температурах вблизи неравновесного солидуса, но ниже его, может оказаться недостаточной. Необходимая полнота гомогенизации при этом или вообще не достигается, или достигается при таких длительных выдержках, которые неприемлемы в производстве. Кроме того, всегда желательно сокращение времени гомогенизации. Поэтому весьма заманчива возможность проведения гомогенизации отжига при температурах выше неравновесного солидуса. Такой отжиг с нагревом выше неравновесного, но ниже равновесного солидуса применяют в промышленности к слиткам некоторых алюминиевых сплавов.