Гомогенизация и отжиг

05.10.2019

Для повышения пластичности и улучшения свойств готовых изделий слитки некоторых сплавов перед горячей деформацией подвергают гомогенизации, т.е. выравниванию структуры. Эта операция заключается обычно в продолжительной (20—40 ч) выдержке слитков при сравнительно высоких температурах, после которой слитки охлаждают или же сразу подвергают деформации. В результате такой выдержки сплавы приобретают гомогенную, что значит однородную, структуру твердого раствора, благодаря чему пластичность сплава значительно возрастает. Из числа легких сплавов гомогенизации подвергают алюминиевые (Д1, Д16, Д6, АК6, АК8, В95) и магниевые (МА4, МА5) сплавы; из сплавов на медной основе гомогенизируют только оловяннофосфористые бронзы (Бр.ОФб-0,15 и др.).

Повышение пластичности в процессе гомогенизации, например, алюминиевого сплава Д16 объясняется следующими структурными изменениями. Химические соединения меди, магния, цинка, кремния, которые обычно располагаются по границам зерен и потому ослабляют прочность сплава, в процессе гомогенизации переходят в твердый раствор, а марганцовистые химические соединения, наоборот, выделяются из раствора. Для иллюстрации этого на рис. 23 приведены фотографии микроструктур сплава Д16 до и после гомогенизации. Как видно, у структуры негомогенизированного сплава по границам зерен имеются значительные прослойки химических соединений. В структуре же сплава после гомогенизации, указанных прослоек почти нет, так как большинство химических соединений перешло в твердый раствор, а выделившиеся марганцовистые соединения обособились в виде точек и не нарушают спаянности между отдельными зернами. Несмотря на выделение из твердого раствора марганцовистых соединений, структура сплава становится более гомогенной, а сам сплав пластичнее, чем он был до гомогенизации.

Аналогичные явления происходят при гомогенизации сплавов на основе магния и меди.

Положительное влияние гомогенизации сказывается также и в том, что она понижает требующееся усилие при обработке давлением и позволяет прессовать с более высокими скоростями. Например, при прессовании магниевых сплавов вследствие гомогенизации усилие прессования снижается примерно на 20%.

Полуфабрикаты, полученные из гомогенизированных слитков, по сравнению с полуфабрикатами, полученными из негомогенизированных слитков, отличаются незначительно пониженной прочностью и повышенной пластичностью.

Недостатком большинства сильно наклепанных металлов и сплавов является почти полное отсутствие у них пластичности. Наблюдаемая при этом значительная хрупкость препятствует дальнейшей пластической обработке металла. Для придания металлу прежних пластических свойств необходимо, как говорят, «снять наклеп», что достигается отжигом металла. Отжиг заключается в нагреве металла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении до комнатной температуры. Отжиг возвращает металлу свойства, которыми он обладал до деформирования, т. е. металл становится мягче, предел прочности у него снижается, а относительное удлинение возрастает.

Такой отжиг, когда металлу возвращаются его первоначальные свойства, называется полным отжигом.

Характер изменения механических свойств наклепанного металла при отжиге может быть выражен графически. На рис. 21, б показано изменение механических свойств сильно наклепанной меди при нагреве. Как видно из диаграммы, до 200° С кривые идут почти горизонтально. Это говорит о том, что в этом интервале температур механические свойства меди остаются почти без изменения. С 250 до 350° С, кривые резко изменяют свое направление. По характеру этих кривых можно заключить, что в металле при 250—350° С происходит коренное изменение механических свойств. Действительно, предел прочности снижается с 40 до 25 кГ/мм2, а относительное удлинение возрастает с 10 до 40%. При дальнейшем повышении температуры предел прочности продолжает медленно снижаться, достигая при 700° С величины 22 кГ/мм2. При нагреве металла выше 700—800° С уменьшаются прочность и пластичность, т. е. ухудшаются его качества. Это явление обычно называют перегревом.

Изменение механических свойств наклепанного металла связано с изменением его структуры в процессе отжига. Вместо вытянутых и раздробленных зерен наклепанного металла возникают новые зерна в виде мельчайших частиц, которые начинают расти за счет своих соседей, присоединяя их частицы к своей кристаллической решетке, и становятся тем крупнее, чем выше температура нагрева и чем меньше степень деформации металла. Происходит явление, подобное кристаллизации расплавленного металла. Образование новой структуры при полном отжиге наклепанного металла называется рекристаллизацией. Температура, при которой происходит это явление, называется температурой рекристаллизации.

Наибольший рост кристаллов при нагреве металлов наблюдается после деформации примерно 3—10%. Такая деформация, которая вызывает чрезмерный рост зерен, называется критической деформацией. На рис. 24 приведена так называемая рекристаллизационная диаграмма, которая показывает зависимость величины зерна наклепанной меди от температуры нагрева при рекристаллизации и величины предшествовавшей деформации. Видно, что наибольший рост зерен достигается при нагреве меди до 850° С и выше после деформации на 5%.

Наблюдения за изменением механических свойств в зависимости от структуры показывают, что металлы с мелкозернистой структурой обычно имеют более высокую пластичность, чем крупнозернистые. Поэтому в практике, чтобы получить мелкое зерно, а следовательно, металл лучшего качества, его подвергают деформации в холодном состоянии, значительно превышающей критическую. Температуру отжига, чтобы ускорить процесс рекристаллизации, берут на 200—300 град выше температуры начала рекристаллизации.

Влияние температуры отжига на изменение механических свойств и структуры наклепанного металла можно видеть также на примере отжига тянутых труб сплава Л68 размером 24x1 мм, о которых говорилось выше. Как видно из табл. 5, предел прочности труб в наклепанном состоянии равен 63 кГ/мм2, а относительное удлинение равно 3%. После отжига этих труб при температуре 400° С предел прочности у них снизился до 42 кГ/мм2, а относительное удлинение увеличилось до 49%. После отжига при температуре 550° С предел прочности еще более снизился — до 37 кГ/мм2, а относительное удлинение достигло 61%. Таким образом, механические свойства труб в результате отжига достигли почти тех же значений, какие были у горячепрессованных труб до их протяжки.

Характер изменения структуры металла тех же труб в результате отжига показан на рис. 13. Структура на клепанных труб представлена сильно вытянутыми кристаллами — зернами (см. рис. 13,г). Структура же отожженных при температуре 400 и 550° С труб состоит из равноосных кристаллов, причем чем выше температура отжига, тем крупнее получились кристаллы (см. рис. 13, д и е).

Мы видим, что структура отожженных труб близка к структуре горячепрессованных труб до их протяжки.

Благодаря способности металлов и сплавов восстанавливать первоначальные механические свойства и структуру, число чередований наклепа с отжигом может быть неограниченным.

Явление упрочнения наблюдается только при обработке металлов в холодном состоянии или при незначительном подогреве, не выше температур рекристаллизации. При обработке же металлов в горячем состоянии, т. е. при нагреве значительно выше температур рекристаллизации, наклеп чрезвычайно быстро устраняется за счет тепла обрабатываемых изделий

На рис. 13,б показана структура трубы, отпрессованной из сплава Л68. Несмотря на то что металл в результате прессования претерпел весьма большие обжатия, кристаллы в нем не имеют вытянутой формы, как это бывает при холодном волочении (см. рис. 13,г). Такая равноосная форма кристаллов у прессованной трубы объясняется тем, что раздробленные во время прессования кристаллы выросли благодаря имевшемуся в металле трубы теплу. Действительно, если для полного отжига сплава Л68 необходима температура ~600° С, то трубы после прессования имеют температуру около 700° С, т. е. вполне достаточную для отжига. Механические свойства отпрессованных труб поэтому приближаются к свойствам отожженных труб. Однако изделия, отпрессованные из ряда алюминиевых сплавов (Д1, Д16 и др.), перед дальнейшей холодной обработкой давлением необходимо отжигать, так как последние, остывая на воздухе с температуры прессования до комнатной, подкаливаются. Охлаждать такие сплавы во избежание подкаливания необходимо со скоростью не более 30 град в час.

На основании приведенных выше характеристик свойств металлов, обработанных при различных температурах, пластическую обработку можно разделить на холодную и горячую. Холодной называют такую обработку, после которой изменения в свойствах и структуре металла (упрочнение, вытянутые зерна) сохраняются. Если же упрочнение не происходит и кристаллы возвращаются к первоначальной равноосной форме, то такую обработку называют горячей. Можно сказать и так: холодной называется обработка при температуре ниже температуры рекристаллизации, а горячей — при температуре выше температуры рекристаллизации.

В процессе холодной деформации в металле, помимо упрочнения, как об этом говорилось ранее, возникают внутренние напряжения, т. е. такие внутренние силы, которые стремятся разрушить изделие или исказить его форму. Действие этих сил иногда проявляется в виде продольных или поперечных трещин у тянутых латунных прутков и труб.

Наибольшая опасность внутренних напряжений в том, что они в сильной степени снижают коррозионную стойкость сплавов, особенно латуней. Средством борьбы с этим явлением служит нормализация, или низкотемпературный отжиг, т. е. нагрев изделий до сравнительно низких температур — ниже температуры рекристаллизации. Например, чтобы снять внутренние напряжения у латунных изделий, достаточно нагреть их до 300—350° С. В результате такого отжига относительное удлинение несколько возрастает, а предел прочности и твердость, незначительно снижаясь, остаются достаточно высокими.

Низкотемпературный отжиг применяется только для готовых изделий перед сдачей их на склад готовой продукции.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна