Двойная термомеханическая обработка бериллиевой бронзы

Как было показано ранее, двойная термомеханическая обработка эффективна только в том случае, если при повторной закалке деформированного сплава в его структуре происходят процессы полигонизации или начальные стадии рекристаллизации.

В условиях обычных скоростей нагрева деформированной бериллиевой бронзы, когда одновременно с уменьшением плотности дефектов и их перераспределением происходит распад твердого раствора, ведущий к деформации матрицы, зарождение центров рекристаллизации начинается при невысоких температурах, близких к обычным температурам старения. По данным

С.С. Горелика, рекристаллизация двухфазных сплавов, в том числе промышленных бронз, начинается при одинаковой температуре, независимо от исходного структурного состояния, поскольку при нагреве достигается примерно равная концентрация бериллия в a-твердом растворе.

Однако скорость процессов рекристаллизации (а также и полигонизация) в деформированной бериллиевой бронзе, подвергнутой быстрому нагреву до температур выше границы растворимости, т. е. в условиях сохранения высокой концентрации бериллия в твердом растворе, должна быть меньше, чем в двухфазных или в однофазных (равновесных) сплавах. Поэтому в указанных условиях, принятых при проведении двойной термомеханической обработки, можно ожидать фиксирования после закалки более измельченной субструктуры, чем после обычного нагрева.

Свойства бериллиевой бронзы Бр.Б2,5 после деформации и повторной скоростной закалки приведены на рис. 262.

Из данных рис. 262 видно, что после закалки электросопротивление резко снижается практически до той же величины, что и после обычной закалки, поскольку, по-видимому, даже при кратковременном нагреве более или менее полностью восстанавливается исходное распределение атомов бериллия, которое было нарушено предшествующей деформацией (например, в результате образования дефектов укладки и сегрегаций на них).

Разупрочнение бронзы в результате повторной закалки тем интенсивнее, чем больше выдержка при нагреве и степень предшествующей деформации.

После выдержки 3—5 сек (обжатие 5—10%) отмечается появление начальных стадий рекристаллизации. После деформации с обжатием 50% и того же нагрева также отмечается начало рекристаллизации, но, по-видимому, зашедшей несколько дальше, чем в случае малого обжатия.

С ростом продолжительности нагрева непрерывно уменьшается физическое уширение дифракционных линий, увеличиваются области когерентного рассеяния и уменьшаются искажения, что связано с постепенным огрублением субструктуры (уменьшение плотности дефектов).

Сопоставление данных о тонкой структуре и свойствах (рис. 262) показывает, что одним и тем же значениям твердости и предела упругости образцов после различной обработки отвечают различные количественные характеристики тонкой структуры. В то же время для образцов, подвергнутых одной и той же деформации, зависимость величины упрочнения после закалки более или менее закономерно следует изменениям тонкой структуры.

Однако во всех случаях более измельченной субструктуре соответствует повышенное сопротивление малым пластическим деформациям. В то же время различие в твердости во много раз меньше.

Существенно, что после кратковременной закалки бериллиевая бронза, несмотря на сохранение сильно измельченной субструктуры, имеет пластичность, достаточную для осуществления операций штамповки изделий сложной формы. Так, после наклепа с обжатием 10% и закалки с выдержкой 3, 5, 10 и 480 сек величина вытяжки по Эриксену (толщина ленты 0,25 мм) составляет 6; 7; 7,3; 8,4 и 9,5 мм соответственно, тогда как непосредственно после деформации она не превышает 2 мм.

На рис. 263 показано изменение свойств бронзы после деформации, повторной закалки и отпуска при 320 и 350° С.

Как видно из приведенных данных, системы дислокаций, созданных при наклепе и частично сохранившихся и перераспределившихся в результате скоростной повторной закалки, оказывают существенное влияние на кинетику изменения свойств при отпуске.

После закалки бронзы с кратковременной выдержкой, когда фиксируется измельченная субструктура, упрочнение происходит с заметно большей скоростью, чем после закалки с выдержкой обычной продолжительности, вызывающей даже собирательную рекристаллизацию.

В процессе отпуска независимо от исходного состояния электросопротивление изменяется почти одинаково (рис. 263). Это свидетельствует о том, что степень распада после отпуска равной продолжительности во всех случаях примерно одинакова. Таким образом, более быстрое и сильное упрочнение бронзы при отпуске после небольшой предварительной деформации (5—10%) и кратковременного нагрева при повторной закалке связано не с большей степенью распада, а с влиянием исходной субструктуры.

При равной степени распада, т. е. при равном удельном электросопротивлении, предел упругости и твердость бронзы после двойной термомеханической обработки оказываются более высокими.

После этой же обработки повышается и усталостная прочность бериллиевой бронзы. Предел выносливости, измеренный при пульсационном цикле (база 10в7 циклов), лишь на 29,4 Мн/м2 (3 кГ/мм2) превосходит эту характеристику образцов после обычной термической обработки. Малоцикловая или ограниченная выносливость, т. е. сопротивление циклическому разрушению на базе 10в4—10в5 циклов заметно выше. Этот эффект отмечается также и после термомеханической обработки сталей перлитного и аустенитного классов и, по-видимому, является характерным для термомеханической обработки, имеющей общее значение для большой группы сплавов, несмотря на их разную природу и условия проведения этой обработки.