Нагрев сплавов под закалку » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Нагрев сплавов под закалку

15.06.2021

Цель нагрева — перевести в твердый раствор максимально возможное количество упрочняющих элементов, например меди, магния, кремния или цинка. Для некоторых сплавов температура максимальной растворимости соответствует эвтектической. Следовательно, во избежание перегрева или частичного оплавления температура нагрева под закалку должна быть несколько ниже температуры максимальной растворимости. На рис. 5.12 показано влияние температуры нагрева под закалку на прочностные свойства сплавов 2014-Т4 и 2014-Т6. Для других сплавов, например 7029, допустим более широкий диапазон закалочных температур. Тем не менее при установлении верхнего предела температуры нагрева следует учитывать рост зерна, изменение поверхности материала и экономические факторы.

В некоторых сплавах, например 7075 и 7050, которые исходя из температуры равновесного сольвуса и солидуса могли бы иметь более широкий диапазон закалочных температур, в определенных условиях обнаруживается начало оплавления при температурах гораздо более низких, чем закалочная. Ранее было показано, что в сплаве 7075 имеются две растворимые фазы: MgZn2 (в которой некоторое количество цинка замещается алюминием и медью) и Al2CuMg. Последняя фаза растворяется очень медленно. Локальные скопления этой фазы могут вызвать неравновесное расплавление в интервале между 485 и 490°С в условиях слишком быстрого нагрева до указанных температур.

На рис. 5.13 показаны кривые дифференциального термического анализа (ДТА). В образце сплава 7075 (среднего состава), который полностью отгомогенизирован и охлажден, оплавление начинается где-то выше 540°С, в то время как в негомогенизированном образце наблюдается эндотермический пик, свидетельствующий о начале плавления при 490°С. Сплав 2024 номинального состава не удается отгомогенизировать так, чтобы полностью удалить фазу S, и оплавление материала (как гомогенизированного, так и негомогенизированного) начинается около 510° C. Кривые ДТА показывают, что различно только количество образующейся жидкой фазы.

На размер зерна термически упрочняемых алюминиевых сплавов сильно влияет степень холодной деформации, предшествующей нагреву. В общем, размер зерна уменьшается с увеличением степени холодной деформации. При небольших степенях деформации (обычно менее 15 %) при нагреве под закалку зерна могут вырасти до таких размеров, что в поперечном сечении стандартного разрывного образца будет всего несколько зерен. Хотя механические свойства термически упрочняемых сплавов обычно нечувствительны к размеру зерна, в данном случае это имеет значение, что иллюстрируют графики рис. 5.14. Когда закалке подвергают детали, формообразованные в отожженном состоянии, необходимо учитывать феномен критической деформации и стремиться к тому, чтобы во всех участках детали была достаточная степень деформации.

Для полуфабрикатов, которые подвергались холодной деформации и отжигу перед нагревом под закалку, технология отжига и скорость нагрева до температуры закалки также влияют на конечный размер зерна. Желательно, чтобы отожженный материал имел мелкозернистую структуру (что обеспечивает более равномерное распределение крупных выделений), а скорость нагрева была высокой. Частицы выделений служат зародышами центров рекристаллизации, и при высоких скоростях нагрева можно гарантировать, что образование этих центров начинается до того, как выделения растворятся. Нагревательной средой обычно служит воздух, для более быстрого нагрева выгоднее использовать расплавы солей или нагрев в кипящем слое.

Время выдержки при температуре нагрева под закалку зависит от вида полуфабриката и метода его изготовления (литой, деформированный и пр.), марки сплава, толщины сечения и других факторов, влияющих на микроструктуру. Эти факторы обусловливают количество легирующих элементов, растворившихся в твердом растворе при нагреве под закалку (или, наоборот, не вошедших в твердый раствор), размер и характер распределения выделений. Отливки, полученные методом литья в песчаные формы, обычно выдерживают при температуре закалки в течение 12 ч, для кокильного литья достаточно 8-ч нагрева благодаря мелкозернистой структуре материала. Для крупногабаритных деформируемых полуфабрикатов длительность выдержки тем больше, чем толще сечение. Когда деталь находится при температуре нагрева, скорость растворения выделений одинакова для данного размера частиц независимо от толщины сечения. Основными соображениями при выборе длительности нагрева под закалку являются необходимость обеспечения диффузии элементов для достижения гомогенности материала и опасность огрубления микроструктуры. Для нагрева тонких листов может быть достаточно всего нескольких минут. Во избежание усиленной диффузии меди в плакирующий слой время выдержки при нагреве плакированных листов должно быть ограничено минимально необходимым для обеспечения требуемых механических свойств. По этой же причине накладываются ограничения на повторную термообработку плакированных полуфабрикатов, поскольку состав плакировки быстро изменяется при нагреве, и она становится малоэффективной защитой от коррозии.

Повторная термообработка чревата и другими осложнениями. Если после закалки материал подвергался холодной деформации (состояния Т3 и Т8), степень деформации может оказаться критической, что приводит при последующей закалке к образованию крупнозернистой рекристаллизованной структуры. Нагрев под повторную закалку сплавов серии 2ХХХ следует проводить при температуре не ниже температуры первой закалки, а длительность нагрева необходимо сократить. В противном случае может понизиться коррозионная стойкость и сильно ухудшиться способность к формообразованию при холодной деформации.

Когда металл нагревают под закалку в печи, атмосфера которой содержит слишком большое количество влаги, возникает высокотемпературное окисление. Оно усугубляется, если влажная атмосфера загрязнена газами, содержащими серу. Высокотемпературное окисление проявляется в образовании круглых пор или трещин в толще металла и пузырей на его поверхности. Это явление объясняется выделением атомарного водорода, образующегося при взаимодействии влаги с поверхностью алюминия, диффузией атомарного водорода с последующим образованием молекулярного водорода в дефектных участках кристаллической решетки. Использование сухой атмосферы или атмосферы, содержащей пары фтористых солей, либо нагрев в среде трифтористого бора тормозят окисление.

Образование пор и пузырей может быть также следствием сильного, но временного перегрева. Механизм их образования аналогичен высокотемпературному окислению, если затем в течение цикла термообработки температура нагрева находится в нормальных пределах и поддерживается на одном уровне до момента охлаждения. В этом случае обогащенные легирующими элементами оплавленные участки исчезают при повторном затвердевании и растворении. Безусловно, и здесь определенную роль играет и водород, но главным фактором является частичное оплавление. Это явление можно отличить от высокотемпературного окисления благодаря различному распределению пор: при высокотемпературном окислении количество пор постепенно уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. При перегреве поры распределяются по всему объему детали.

Образование микропустот может быть связано и с другим явлением Растворимые фазы, содержащие магний, при своем растворении склонны к образованию микропор, особенно если частицы крупные, а скорость нагрева очень высока. Это связывают с разницей в плотности фазы и матрицы и недостатком времени для осуществления диффузии атомов алюминия в участки, где располагались фазы. Данных о вредном влиянии этих пор нет, хотя они присутствуют наряду с высокотемпературным окислением.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: