Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка без полиморфного превращения / Изменение свойств при закалке без полиморфного превращения

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 же закалка может и упрочнять, и разупрочнять сплав.

У одних сплавов закалка повышает прочность, но снижает пластичность, у других, наоборот, снижает прочностные характеристики и повышает показатели пластичности, а у третьих повышает и прочность, и пластичность. Наконец, у очень многих сплавов, к которым в принципе можно применить закалку, она практически не изменяет свойств.

Сильное упрочнение с одновременным резким снижением пластичности в промышленных сплавах, подвергаемых закалке без полиморфного превращения, не наблюдается.

При закалке без полиморфного превращения деформируемых сплавов наиболее частый случай — повышение прочности при сохранении высокой пластичности, которая может мало отличаться от пластичности отожженного сплава.

Типичный пример — дуралюмин Д16.

Механические свойства сплавов в литом, отожженном и закаленном состояниях

Сплав σв, кгс/мм2 δ, %
отжиг закалка отжиг закалка
Д16 20 30 25 23
Бр.Б2 55 51 22 46
АЛ8 15 30 1 12
АЛ9 16 20 2 6
МЛ5 16 25 3 9

Реже встречаются сплавы, у которых при закалке снижается прочность и сильно возрастает пластичность по сравнению с отожженным состоянием.

Типичный пример — бериллиевая бронза Бр.Б2. У нержавеющей хромоникелевой стали Х18Н9 относительное удлинение при закалке после горячей прокатки возрастает с 20 до 45%. Полуфабрикаты из таких сплавов, как бериллиевая бронза и сталь Х18Н9, для повышения пластичности перед холодной деформацией не отжигают, а закаливают.

Повышение или снижение прочности при закалке зависит от следующего. С увеличением концентрации легирующего элемента в твердом растворе прочность его возрастает. Поэтому пересыщенный раствор в закаленном сплаве прочнее менее легированного раствора в отожженном сплаве.

Прочность отожженного сплава определяется прочностью матричного раствора, а также размером и структурой частиц избыточной фазы и расстояниями между этими частицами. Если торможение дислокаций избыточной фазой не вносит большой вклада в прочность двухфазной смеси (например, из-за большого расстояния между ее частицами), то при закалке упрочнение раствора благодаря увеличению его легированности перекомпенсирует разупрочнение, связанное с растворением избыточной фазы, и прочность сплава возрастает.

Если же растворение избыточной фазы приводит к сильному разупрочнению, перекрывающему рост прочности, связанный с повышением концентрации матричного раствора, то сплав при закалке разупрочняется. На суммарном эффекте сказываются величина изменения растворимости при нагреве под закалку и прирост прочности матричного раствора, приходящийся на каждый процент растворяющегося элемента.

При закалке литейных сплавов прочность и пластичность обычно растут по сравнению с литым состоянием (смотрите сплавы АЛ8, АЛ9 и МЛ5 в таблице). В структуре литейных промышленных сплавов избыточные фазы обычно находятся в форме сравнительно крупных частиц с большим межчастичным расстоянием. После их растворения прочность сплава становится выше из-за большей легированности матричного раствора.

По грубым и хрупким включениям избыточной фазы, например интерметаллида, происходят отрыв и скол в литом сплаве. Поэтому пластичность сплава после закалки оказывается повышенной. Особенно сильно она возрастает при полном растворении избыточной фазы, как в алюминиевом сплаве АЛ8 (растворяется Al3Mg2) и магниевом сплаве МЛ5 (растворяется Mg17Al12), которые после закалки практически однофазны. В силумине АЛ9 при закалке пластичность возрастает благодаря частичному растворению и коагуляции кремния и полному растворению силицида Mg2Si.

Основное назначение закалки без полиморфного превращения
— подготовка сплава к старению. Закалку некоторых сплавов (Бр.Б2, Х18Н9) используют и как промежуточную смягчающую операцию (вместо отжига) пред холодной деформацией. Наконец, закалка служит окончательной термообработкой для придания изделию необходимого комплекса свойств.

Однофазный закаленный сплав может обладать значительно большей пластичностью и более высокой стойкостью против коррозии, чем состаренный. Литейный алюминиевый сплав АЛ8 применяют только в закаленном состоянии именно по этим причинам.

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

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…

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,…