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 основах, например дуралюмин, электрон, бериллиевая бронза, нимоник.

Среди цветных сплавов эта группа
— самая многочисленная. В двойных системах поведение сплавов такого типа при гетерогенизирующем отжиге тесно связано с ходом кривой сольвуса (смотрите, например, рисунок Системы с различными фазовыми превращениями).

Относительное количество фазы, которая полностью переходит в твердый раствор при нагревании и выделяется при обратном медленном охлаждении, обычно не превышает 10 — 15% от всего объема сплава. При таком фазовом превращении не происходит коренной ломки структуры по всему объему, как при отжиге углеродистых сталей с нагревом выше точки А3.

Тип кристаллической решетки матричной фазы при растворении в ней или выделении из нее другой фазы не меняется. Отжиг, включающий только процессы растворения и выделения, приводит лишь к изменению концентрации компонентов в матричной фазе и к изменению количества, размера, а также формы частиц выделяющейся фазы. На этих изменениях и основано применение гетерогенизирующего отжига.

Смягчающий гетерогенизирующий отжиг

Во многих сплавах гетерогенизация структуры при выделении избыточных фаз из матричного раствора, происходящая при медленном охлаждении с температуры отжига, приводит к разупрочнению, которое используют в разных целях.

Полный смягчающий отжиг применяют ко всем термически упрочняемым алюминиевым сплавам (типа дуралюмин, авиаль и др.).

Цель отжига — смягчить материал, сделать его пластичнее перед штамповкой, гибкой, отбортовкой и другими операциями холодной обработки давлением. Ускоренное охлаждение на воздухе горячекатаных рулонов с температуры горячей прокатки приводит к частичной закалке (подкалке). Гетерогенизирующий смягчающий отжиг рулонов, например дуралюмина, позволяет при последующей холодной прокатке повысить степень обжатия без промежуточных отжигов.

Гетерогенизирующий отжиг можно проводить, нагревая сплав до окончательного растворения избыточной фазы (выше t0 на рисунке Системы с различными фазовыми превращениями, д) с последующим очень медленным охлаждением. Медленное охлаждение необходимо, чтобы наиболее полно снизить концентрацию твердого раствора и избежать выделения фазы в слишком дисперсной форме с малыми расстояниями между ее частицами. Чем ниже концентрация матричного раствора и больше расстояние между выделениями, тем больше разупрочнение при отжиге.

Для экономии времени более выгодно при отжиге недогревать сплав до t0. Температуру нагрева выбирают так, чтобы за сравнительно короткое время выдержки была достигнута концентрация матричного раствора, близкая к равновесной, а вторая фаза скоагулировала. После этого проводят медленное охлаждение.

Большинство термически упрочняемых алюминиевых сплавов подвергают полному смягчающему отжигу при 380 — 420 °С в течение 10 — 60 мин с последующим охлаждением со скоростью не более 30 град/ч.

При полном отжиге, кроме основного гетерогенизирующего процесса, может проходить и рекристаллизация, вносящая свой вклад в разупрочнение. Например, это происходит тогда, когда из-за низкой температуры окончания горячей прокатки лист был наклепан. Однако режим отжига для полного смягчения выбирают, исходя из требований гетерогенизации структуры, предусматривая медленное охлаждение. Для чисто рекристаллизационного отжига однофазных сплавов скорость охлаждения не имеет значения.

Неполный (сокращенный) смягчающий отжиг термически упрочняемых алюминиевых сплавов проводят при температуре ниже температуры полного отжига. При этом уже во время выдержки концентрация матричного раствора получается настолько низкой, что можно использовать быстрое охлаждение на воздухе или в воде.

Из-за более низкой температуры сокращенного отжига время выдержки при этой температуре должно быть больше, чем при полном отжиге, однако общая продолжительность термообработки уменьшается из-за последующего быстрого охлаждения.


Влияние температуры отжига

Влияние температуры отжига

Влияние температуры отжига после холодной прокатки на предел прочности дуралюмина Д16 при двух скоростях охлаждения (по данным В. А. Ливанова и С. М. Воронова):

1 — охлаждение с печью до 209 °С;
2 — охлаждение на воздухе которого из β-фазы более полно выделяется пластичная α-фаза.


На рисункепоказано, что для максимального разупрочнения дуралюмина Д16 температура отжига в случае охлаждения с печью должна быть около 380 — 400 °С, а в случае охлаждения на воздухе — около 350 — 370 °С. При более высоких температурах нагрева S-фаза и CuAl2 быстро переходят в алюминивый раствор и при последующем охлаждении на воздухе происходит подкалка, повышающая прочность.

Сокращенный смягчающий отжиг большинства алюминиевых сплавов проводят при 350 — 370 °С с выдержкой 2 — 4 ч и охлаждением на воздухе или в воде.

Смягчающий гетерогенизирующий отжиг применяют не только к алюминиевым сплавам. Если, например, (α + β)-латунь в результате ускоренного охлаждения из β-области после горячей обработки давлением имеет пониженную пластичность (из-за большого количества хрупкой β´-фазы), то этот недостаток можно устранить отжигом с медленным охлаждением, во время которого из β-фазы более полно выделяется пластичная α-фаза (смотрите диаграмму состояния на рисунке Диаграмма состояния Cu — Zn).

«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 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…