Закалка, старение и отпуск металла

05.10.2019

Закалкой называется операция термической обработки, состоящая из нагрева металлического сплава до определенной температуры, выдержки при этой температуре и быстрого охлаждения. Происходящее при этом упрочнение сплава связано с уменьшением взаимной растворимости металлов, образующих твердый раствор при понижении температуры. Упрочняющими элементами в деформируемых алюминиевых сплавах обычно являются медь, магний, цинк, а у сталей — углерод и др. Этой способностью сплавов упрочняться при закалке широко пользуются в производстве всевозможных изделий и конструкций из сталей и алюминиевых сплавов. Реже закалку применяют к магниевым и медным сплавам.

Характер изменения свойств в результате закалки у стали и алюминиевых сплавов существенно различается. Стали становятся твердыми и хрупкими сразу же после закалки, алюминиевые сплавы упрочняются после закалки не сразу, а постепенно, в течение некоторого времени. В первые часы после закалки алюминиевые сплавы сравнительно легко можно обрабатывать давлением, но чем больше проходит времени с момента закалки, тем сильнее металл упрочняется и обработка его затрудняется. Такое замедленное упрочнение закаленных алюминиевых и других сплавов называют старением. В процессе старения твердый раствор распадается и переходит в более устойчивое состояние, сопровождающееся повышением прочности.

Старение, происходящее при обычной температуре (+ 20°С), называют естественным старением, в отличие от искусственного старения, при котором сплав непосредственно после закалки повторно нагревают до сравнительно невысокой температуры, например алюминиевые сплавы до 100—150° С.

Изменение предела прочности дуралюмина в процессе старения при различных температурах показано на рис. 25. При отрицательной температуре (-50° С) старение сплава не происходит и его прочность остается неизменной на уровне 31 кГ/мм2. С повышением температуры до -5° С у сплава отмечается постепенное увеличение предела прочности, который на седьмой день достигает 38 кГ/мм2. При обычной температуре (+20°С), т. е. в условиях естественного старения, прочность дуралюмина достигает максимального значения 43 кГ/мм2 на четвертый день. При искусственном старении — нагреве до температуры 100, 150 и 200° С время старения сокращается соответственно до 1,5; 1 и 0,5 суток, а достигнутый предел прочности с каждым повышением температуры снижается и составляет последовательно 42,5; 41,5 и 39 кГ/мм2.

Возрастание механических свойств в результате закалки алюминиевых сплавов можно показать на следующем примере. У дуралюмина марки Д1 в отожженном состоянии предел прочности составляет 23 кГ/мм2, относительное удлинение 20% и твердость по Бринелю 50 кГ/мм2. После же закалки и старения предел прочности возрастает до 45 кГ/мм2, а твердость — до 100 кГ/мм2, удлинение остается неизменным.

Магниевые сплавы упрочняются закалкой лишь при содержании в них алюминия не менее 6% или цинка не менее 2%. Эффект от закалки магниевых сплавов получается ниже, чем при закалке алюминиевых сплавов. У высокопрочного сплава МА5 (7,8—9,2% Al) предел прочности после закалки с 410—425° С и охлаждения на воздухе составляет примерно 34 кГ/мм2, относительное удлинение 12% и твердость равна 65 кГ/мм2.

При закалке латуни марки Л062-1 (38% Zn и 1% Sn) с 600° С предел прочности возрастает по сравнению с отожженным состоянием с 35 до 40 кГ/мм2; возрастает также и относительное удлинение с 42 до 51 %.

Закалка бронзы Бр. АЖМц 10-3-1,5 с 900° С сопровождается увеличением твердости HB со 130 до 250 кГ/мм2.
Закалка, старение и отпуск металла

В противоположность этим сплавам, бериллиевая бронза, сплав ЛАНКМц (сплав 156) и некоторые другие сплавы после закалки приобретают высокую пластичность и малую твердость, и только последующий нагрев закаленных изделий до невысоких температур вызывает значительное повышение твердости и прочности сплава.

Сталь после закалки обладает большой твердостью и хрупкостью; кроме того, она находится в сильно напряженном состоянии. Последние две особенности закаленной стали делают ее непригодной для практического использования. Чтобы уменьшить хрупкость, ослабить напряжение и получить определенные механические свойства, сталь обязательно подвергают отпуску. Последний состоит в нагреве закаленной стали до сравнительно невысокой температуры — ниже температуры закалки — и охлаждении до обычной температуры.

В результате увеличения температуры отпуска или старения изделие может утратить приобретенную прочность и твердость и сделаться таким же пластичным, каким было до закалки.

Эффект закалки обычно тем больше, чем выше, до определенного предела, содержание в сплаве упрочняющих элементов. При малых содержаниях упрочняющих элементов вообще может не произойти упрочнения при закалке. На рис. 26 приведена принципиальная диаграмма алюминиевых сплавов, где показаны области литейных и деформируемых сплавов с разделением последних на термически не упрочняемые и термически упрочняемые сплавы. Согласно диаграмме, сплавы, в которых содержание упрочняющего элемента меньше f%, не упрочняются закалкой, так как они не образуют пересыщенных растворов. Только сплавы с содержанием упрочняющего элемента в пределах от f до q% после закалки остаются в состоянии пересыщенного раствора и поэтому упрочняются.

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