Отжиг второго рода

При отжиге 2-го рода в металле или сплаве происходят качественные или количественные изменения фазового состава при нагревании и обратные изменения при охлаждении.

Принципиальную возможность применения к сплаву отжига 2-го рода можно установить по диаграмме состояния.

В твердом состоянии протекают разнообразные фазовые превращения: полиморфное, эвтектоидное, перитектоидное, растворение одной фазы в другой при нагревании и обратное выделение при охлаждении и др.

Отжиг 2-го рода можно проводить с полным изменением фазового состава, когда фазы, существовавшие при комнатной температуре, исчезают при нагревании, а фазы, стабильные при повышенной температуре, исчезают при охлаждении.

Для этого металл или сплав следует нагреть выше критической точки, например сплавы Х1 нагревают до температуры t1 выше точки t0. Если сплавы Х1 на рисунке, а — в нагреть до температуры t2, которая ниже, чем t0, то фазовый состав неполностью изменится — при температуре отжига частично сохраняется низкотемпературная фаза α.


Системы с различными фазовыми превращениями

Системы с различными фазовыми превращениями

Системы с различными фазовыми превращениями в твердом состоянии.


Если изменение фазового состава связано только с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплав Х2), то при термообработке вообще невозможна полная фазовая перекристаллизация, так как основная фаза а, в которой растворяется избыточная фаза β, стабильна и при низких, и при высоких температурах.

В сплавах этого типа при нагревании и охлаждении изменяется только количественное соотношение фаз (включая полное исчезновение одной из них при нагревании выше 0). Неполное изменение фазового состава при отжиге происходит и в сплаве Х3, так как в нем высокотемпературная фаза стабильна при комнатной температуре.

Отжиг 2-го рода принципиально применим к любым металлам и сплавам, в которых в зависимости от температуры в твердом состоянии качественно или количественно изменяется фазовый состав. Практическая целесообразность отжига 2-го рода определяется тем, насколько сильно структурные изменения влияют на свойства металла или сплава.

Основные параметры отжига 2-го рода:
температура нагрева, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения. Температура нагрева и время выдержки должны обеспечить необходимые структурные изменения, например полное растворение избыточной фазы.

Скорость охлаждения должна быть достаточно мала, чтобы при понижении температуры успели пройти обратные фазовые превращения, в основе которых лежит диффузия (или самодиффузия). Обычно при отжиге изделия охлаждают вместе с печью или на воздухе вне печи.

Так как отжиг 2-го рода основан на использовании фазовых превращений в твердом состоянии, то вначале рассмотрим общие закономерности таких превращений. Они необходимы и для анализа других видов термической обработки. 

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Отжиг с фазовой перекристаллизацией

Фазовая перекристаллизация, включающая полиморфное или эвтектоидное превращение, приводит к коренной перестройке структуры по всему объему сплава (рисунок Системы с различными фазовыми превращениями). Полиморфное превращение в металлах можно использовать для устранения текстуры и изменения размера зерна. В этом отношении интересным примером является термическая обработка урана (так называемая pтермообработка). Уран ниже 668 °С имеет ромбическую α-решетку, а…

Гетерогенизирующий отжиг

Гетерогенизирующий отжиг применяют к сплавам, в которых из матричной фазы вследствие изменения равновесной растворимости при понижении температуры выделяется другая фаза или несколько фаз. В подавляющем большинстве сплавов матричной фазой является твердый раствор на базе основного металла, а избыточной — соединение. К таким материалам относятся все термически упрочняемые сплавы на алюминиевой, магниевой, медной, никелевой и других…

Гетерогенизирующий отжиг для повышения коррозионной стойкости

Если двухфазная структура с определенной степенью дисперсности и оптимальным распределением частиц избыточной фазы обеспечивает повышенную стойкость против коррозии, то такую структуру получают гетерогенизирующим отжигом. Например, максимальную стойкость против коррозии под напряжением магналия марки АМг6 обеспечивает двухфазная структура, в которой β-фаза (Al3Mg2) равномерно распределена в зернах алюминиевого раствора. Этого достигают гетерогенизирующим отжигом магналия при 320 °С…

Отжиг для устранения отбела

В тонких сечениях отливок из серого чугуна и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом из-за ускоренного охлаждения кристаллизуется ледебурит, т. е. чугун получается белым. При литье в кокиль вся поверхность может получиться отбеленной. Для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности проводят графитизирующий отжиг, устраняющий отбел отливок. Так как серый и высокопрочный чугуны содержат больше кремния, чем…

Нормализация чугунов

Упрочняющая термическая обработка серого чугуна не получила такого широкого распространения, как термообработка стали. Это объясняется тем, что пластинчатый графит, действуя как внутренние надрезы, сильно снижает прочность и пластичность металлической основы. Поэтому изменение ее строения при термической обработке не дает большого эффекта упрочнения и часто нерентабельно. Эффективнее термообработка серых чугунов с более благоприятной формой графита, в…

Вторая стадия графитизации

Металлическая матрица ковкого чугуна формируется при эвтектоидном распаде аустенита. Для получения чисто ферритной матрицы охлаждение в интервале температур эвтектоидного распада должно быть медленным (смотрите рисунок График отжига белого чугуна на ковкий). Здесь проходит вторая стадия графитизации — аустенит распадается по схеме А → Ф + Г.  Диаграмма изотермических превращений аустенита Диаграмма изотермических превращений аустенита в…

Патентирование

Для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки применяют изотермическую обработку, которая известна с 70-годов XIX в. и получила название патентирования. Проволоку из углеродистых сталей, содержащих от 0,45 до 0,85%С, нагревают в проходной печи до температуры на 150 — 200 °С выше Ас3, пропускают через свинцовую или соляную ванну с температурой 450 — 550 °С…

Графитизирующий отжиг

Графитизирующему отжигу подвергают белые, серые и высокопрочные (модифицированные) чугуны. Отжиг белого чугуна на ковкий Белый чугун тверд и очень хрупок из-за большого количества эвтектического цементита в его структуре. Современный способ получения ковкого чугуна графитизирующим отжигом белого был изобретен в начале XIX в. В настоящее время ковкий чугун — это широко применяемый машиностроительный материал, сочетающий простоту…

Изотермический отжиг

Малая степень переохлаждения аустенита, необходимая при отжиге, может быть получена не только при непрерывном охлаждении стали с печью. Другой путь — ступенчатое охлаждение с изотермической выдержкой в интервале перлитного превращения (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Такая термообработка называется изотермическим отжигом. После нагрева до температуры выше А3 сталь ускоренна охлаждают до температуры…

Нормализация

При нормализации сталь нагревают до температур на 30 — 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе (смотрите рисунок Температура нагрева сталей для отжига 2-го рода). Ускоренное по сравнению с отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида…

Влияние режима сфероидизирующего отжига

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный «интервал отжигаемости». Нижняя его граница должна находиться немного выше точки А1, чтобы образовалось большое число центров выделения карбида при последующем охлаждении. Верхняя граница не должна быть слишком высокой, так как иначе из-за растворения в аустените центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит. Так как точки…

Сфероидизирующий отжиг

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг с нагревом выше Аст (линия ES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические и другие свойства. К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740 — 780 °С и последующим медленным охлаждением. После такого нагрева в аустените…