Закалка без полиморфного превращения
Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения применима к любым сплавам, в которых одна фаза полностью или частично растворяется в другой. Например, в сплаве С0 на рисунке при нагревании до Тзак β-фаза растворяется в матричной α-фазе. При обратном медленном охлаждении β-фаза выделяется из α-фазы, в которой концентрация компонента В уменьшается в соответствии с ходом сольвуса nb.


Схема к объяснению закалки без полиморфного превращения

Схема к объяснению закалки без полиморфного превращения


Так как составы α- и β-фаз различны, то выделение β-фазы связано с диффузионным перераспределением компонентов. При достаточно быстром охлаждении диффузионное перераспределение, необходимое для зарождения и роста кристаллов β-фазы, не успевает пройти и β-фаза не выделяется из α-раствора. После такой термообработки (закалки) сплав при комнатной температуре состоит из одной α-фазы, как и при температуре нагрева под закалку.

Следовательно, закалка без полиморфного превращения состоит в фиксации при более низкой температуре состояния, свойственного более высокой температуре.

При температуре нагрева под закалку Тзак в сплаве С0 твердый раствор ненасыщенный. После закалки α-раствор при комнатной температуре имеет такой же состав, как и при температуре закалки, но он уже пересыщенный, так как состав насыщенного раствора соответствует точке b.

Таким образом, при закалке без полиморфного превращения образуется пересыщенный твердый раствор. Такая закалка к чистым металлам принципиально неприменима. Рассмотренную на примере сплава С0 закалку без полиморфного превращения широко применяют к алюминиевым, магниевым, никелевым, медным и другим сплавам, а также к некоторым легированным сталям.

Закалкой далеко не всегда фиксируют однофазное состояние. Например, в сплаве С2 при любых температурах, вплоть до эвтектической, содержится β-фаза. При температуре закалки Тзак в этом сплаве находятся насыщенный твердый раствор состава точки m и нерастворенный избыток β-фазы. При достаточно медленном охлаждении из-за выделения β-фазы из α-раствора его состав должен изменяться по линии mb.

При быстром охлаждении происходит закалка:
β-фаза не успевает выделиться из α-раствора и состав его при комнатной температуре так же, как и при температуре закалки, определяется точкой m. Следовательно, закаленный сплав С2 содержит пересыщенный α-раствор состава точки т и избыточную β-фазу, нерастворившуюся при нагреве под закалку. Закалкой сплава С2 зафиксировано состояние, которое было стабильным при температуре закалки.

Начинающие изучать термическую обработку иногда ошибочно считают, что закалка применима лишь к такому сплаву, ордината которого на диаграмме состояния пересекает линию фазового равновесия в твердом состоянии, например к сплаву С0 на рисунке. Но, как было показано на примере сплава С2, это совсем не обязательно. Принципиально закалка без полиморфного превращения возможна всегда, когда в равновесном состоянии при разных температурах имеется различие в химическом составе фаз.

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

Нагрев и охлаждение при закалке без полиморфного превращения

Нагрев при закалке Основное исходное положение при выборе температуры закалки — возможно более полное растворение избыточных фаз в матричной фазе. Если сплав расположен в той области диаграммы состояния, где он способен при нагреве полностью перейти в однофазное состояние (сплав С0 на рисунке Схема к объяснению закалки без полиморфного превращения), температура закалки должна находиться выше линии…

Охлаждение при закалке

С понятием «закалка» обычно ассоциируется представление о быстром охлаждении. Действительно, многие изделия закаливают в воде. Однако при закалке необязательно быстрое охлаждение. Важно лишь, чтобы при охлаждении не успел произойти распад матричного раствора. В зависимости от скорости этого распада скорость охлаждения при закалке может быть различной. Для одних сплавов обязательна закалка в холодной воде, а другие,…

Факторы, влияющие на устойчивость переохлажденного раствора

Устойчивость переохлажденного твердого раствора зависит от природы основы сплава и системы легирования, содержания легирующих элементов и структуры сплава перед закалкой. В сплавах на разной основе и с разными легирующими элементами при одной основе различна диффузионная подвижность атомов (величина Q в формуле). Работа образования критического зародыша зависит от поверхностной энергии на границе матрицы и выделения и…

Изменение свойств при закалке без полиморфного превращения

Изменение свойств при закалке зависит от фазового состава и особенностей структуры сплава в исходном и закаленном состояниях, от условий закалки, предыдущей обработки и других факторов. Направление и величина изменения свойств в разных сплавах весьма различны. Встречается ошибочное утверждение, что закалка всегда приводит к упрочнению, причем термины «закалка» и «упрочнение» часто неверно считают синонимами. В действительности…