строение (557054), страница 21
Текст из файла (страница 21)
На первой стадии в матрице пересыщенного твердого раствора выделяются так называемые зоны Гинье — Престона (ГП) — области, обогащенные легирующим элементом. Зоны ГП в А! — Сн-сплавах это области в кристаллической решетке твердого раствора, обогащенные атомами меди, имеющие ту же кристаллическую г. ц. к. решетку, что и твердый раствор. Зоны ГП имеют тонкопластинчатую, дискообразную форму с диаметром порядка 10 нм и толщиной в несколько атомных слоев, Содержание меди в зонах ГП составляет 50 %.
В фазе СиА1, оно равно 54 %. Поскольку атомы меди меньше, чем атомы алюминия, то кристаллическая решетка вокруг зон ГП искажена, сжата. ', При пластической деформации сплава зоны ГП, когерентно связанные с а-твердым раствором, являются препятствиями для движения дислокаций, вследствие чего прочность сплава возрастает. При естественном старении идет только первая стадия с образованием зон ГП. На рис. 57 показано изменение прочности А1 — Сп-сплава в процессе естественного старения. При 20 'С максимальную прочность сплав приобретает через 5... 7 суток.
При искусственном старении из-за усиления диффузии атомов время образования зон ГП резко сокращается, а само старение идет дальше. Рассмотренные выше зоны ГП, которые часто называют зонами ГП-1, превращаются в зоны ГП-2, отличающиеся большими размерами, другим расположением атомов и несколько большей концентрацией меди (54 %). На следующей стадии старения зоны ГП-2 преобразуются в промежуточную 0'-фазу с тетрагональной кристаллической решеткой. 0'-Фаза также когерентно связана с а-твердым раствором и приводит к упрочнению сплава, Для получения большой прочности сплава искусственное старение обычно ограничивают стадией образования 0'-фазы.
На рис. 57 показана также кинетика искусственного старения. Причем искусственное старение алюминиевых сплавов идет гораздо быстрее, чем естественное. Следующая стадия искусственного старения заключается в превращении промежуточной 8'-фазы в стабильную 0-фазу с кубической кристаллической решеткой, не связанной когерентно с а-твер- дым раствором. На последней стадии старения 0-фаза укрупняется (коагулирует).
В процессе образования 0-фазы сплав разупрочняется. Старение определенной группы сплавов, например мартенситно-стареющих сталей или некоторых титановых сплавов, проводят после закалки с полиморфным превращением. Старение высокопрочных мартенситно-стареющих сталей проводят после их закалки на мартенсит с температур от 800 до 1000' С. Мартенсит сталей представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов (Т1, А1, Сп, )т!Ь, Мо и др.) в Ре„, не содержащего углерода.
Закаленная мартенситно-стареющая сталь отличается высокой пластичностью и вязкостью. Основное упрочнение этой группы сталей происходит в процессе старения при температурах 500 'С из-за распада пересыщенного твердого раствора с выделением упрочняющих мелкодисперсных частиц фаз ЬВ Т1, Ы)еМо, Ре,Мо, Ы)нИЬ и др. Старение, сопровождающееся выделением дисперсных частиц упрочняющих фаз, часто называют дисперсионным твердением.
Отпуск Различают низкий (от!00 до 250 С), средний (ог 350до 450 'С) и высокий (от 500 до 800 'С) отпуски. При низком отпуске прочность и твердость стали понижаются незначительно, а пластические характеристики увеличиваются. При низком отпуске в интервале температур 100 ... 150 'С в мартенсите закаленной стали образуются сначала скопления атомов углерода, а затем промежуточный метастабильный а-карбид железа с гексагональной кристаллической решеткой в виде очень ду Га 4а дз аа 44 г() у() а () аа() юр (ла а рнс. 68. Иемененне З ()К Кс() Ы), ср (3): п,,и]; и (ек НВ (6) стелл с 0,1( и с от температуры отпусне 89 Это операция нагрева сплава, прошедшего закалку на мартенсит, приводящая к повышению вязкости и пластичности сплава при определенном снижении прочностных свойств.
При отпуске сплавы нагревают ниже температуры фазовых превращений. Рассмотрим отпуск на примере стали. При отпуске сталь нагревают до температуры не выше А,. На рис. 58 показано изменение свойств закаленной стали в зависимости от температуры отпуска. С повышением температуры отпуска ударная вязкость стали (КС(а), относительное удлинение (6) и относительное сужение (ф) увеличиваются, а прочность (он) и твердость (НВ) падают.
лал лаа дисперсных )частиц. Структура твердого раствора углерода в а- железе с з-карбидами называется мартенситом отпуска, Он имеет значительно меньшую тетрагональность кристаллической решетки, чем мартенсит закаленной стали. Микроструктура мартенсита отпуска не отличается от микроструктуры мартенсита закаленной стали. Низкий отпуск применяют при термообработке инструментов, цементованных деталей (зубчатых колес, кулачков, ответственных роликовых подшипников и др.) и других изделий, работающих на потирание и износ.
В интервале температур от 250 до 400 'С е-карбид железа переходит в цементит ЕейС с ромбической решеткой, а раствор углерода в а-железе приобретает практически кубическую решетку. Таким образом, при среднем отпуске формируется структура смеси цементита с ферритом, называемая трооститом отпуска. После среднего отпуска изделия имеют достаточно высокую прочность и сравнительно высокую пластичность.
Он применяется при обработке пружин и штампового инструмента. При высоком отпуске частицы феррита и цементита укрупняются. Образующаяся структура называется сорбитом отпуска. Придавая стали высокую пластичность, он обеспечивает высокую надежность работы детали машин. Сочетание закалки и высокого отпуска называется улучшением. В процессе отпуска наблюдается изменение размеров закаленных образцов стали. Соответственно изменениям размеров выделяют следующие три превращения при отпуске.
Первое превращение соответствует интервалу 100... 200 'С, когда образец стали укорачивается вследствие превращения, связанного с распадом мартенсита закаленной стали (среди разных структур стали мартенсит имеет наибольший объем). При втором превращении в интервале 200...
300 'С длина образцов из средне- н высокоуглеродистых сталей увеличивается. Так как аустенит имеет наименьший объем, то зто превращение объясняется переходом остаточного аустенита в мартенсит отпуска. При третьем превращении (300... 400 'С) длина образцов вновь сокращается из-за выделения цементита. Необходимо упомянуть также об отпуске, применяемом для снятия внутренних напряжений, возникающих в процессе механической обработки деталей.
Так, в результате шлифования деталей из легированных высокопрочных сталей, прошедших перед шлифованием закалку и низкий отпуск, возникают внутренние напряжения в поверхностных слоях, ухудшающие механические свойства деталей. Снимают эти напряжения дополнительным отпуском деталей при температурах, близких к температуре низкого отпуска. Если детали перед шлифованием подвергались высокому отпуску, то для снятия внутренних напряжений рекомендуется проводить дополнительный высокий отпуск. термомеханннескай обработка Термомеханическая обработка (ТМО) — технологическая операция, включающая нагрев, пластическое деформирование и охлаждение металла, совмещенные в единой технологической схеме.
В результате ТМО окончательная структура металла, а следовательно, и его свойства формируются в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств кристаллического строения, обусловленных сочетанием деформирования и фазовых превращений. В зависимости от температуры пластической деформации различают низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО) и высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО). При НТМО проводят холодную пластическую деформацию, а при ВТМΠ— горячую.
В качестве упрочняющей термообработки используют закалку с последующим старением (для цветных сплавов) или закалку и низкий отпуск (для среднеуглеродистых сталей). Для стареющих сплавов при НТМО деформацию осуществляют после закалки перед старением, а прн ВТМΠ— в процессе выдержки при нагреве под закалку (рис. 59, 1). При НТМО сталей деформацию проводят после нагрева под закалку в процессе охлаждения при температурах ниже А, и температуры рекристаллнзацин, но выше температуры начала мартенситного превращения М„. При ВТМО сталей деформацию совмещают с нагревом под закалку и проводят при температурах выше А„после чего следует охлаждение, в процессе которого происходит мартенситное превращение (рис.
59, П). УНТМО при воином старении сплавов обычно не дает эффекта дойолнительного упрочнения. Если при НТМО происходит фазовое старение, то благодаря повышенной плотности дислокаций, возникающей в процессе холодной пластической деформации, наблюдается ускорение старения и повышенная плотность упроч- нтий $ а )ы Рнс.
69. Схемы термомехвнняеской обрвботкн: ВТМО (высокотемпературной деформацнн) н НТМО (ннвкотемпературной дейюрмвцнн) для стареющнх спларре (!) н сталей ()!) !гремя Юряля няющнх фаз, что влечет за собой получение более высокой прочности сплава по Чравненню со старением без предшествующей деформации. Прн НТМО стареющих сплавов добиваются не только повышения прочности, но н предела текучести нлн упругости, однако прн этом показателя пластичности оказываются ниже, чем после обычной упрочняющей термообработкн.
Прн ВТМО стареющих сплавов горячей пластической деформацней н закалкой получают пересыщенный твердый раствор с нерекрнсталлнзованной структурой, с повышенной плотностью днслокацнй н границ субзерен, что обеспечивает более равномерный распад пересьпценного твердого раствора и повышенные механнческне свойства. В отличие от НТМО прн ВТМО повышение упрочнення получается прн сохранения достаточно высокой пластнчности сплавов. Прн НТМО сталей в результате деформации аустеннта прн 400...
600 'С возрастает плотность дислокаций. Днслокацнонная ячеистая субструктура аустеннта наследуется образующимся прн закалке мартенснтом, что н обеспечивает весьма высокую прочность стали, превышающую прочность, получаемую обычной закалкой. НТМО подвергают только легированные стали, поскольку у нях время распада переохлажденного аустеннта большое н достаточное для сильной деформации стали. Если обычная закалка легированной стали позволяет получнть значение предела прочности о, = = 2000... 2200 МПа, то с помощью НТМО таких сталей достнгается оо = 3000 МПа н прн этом пластические характеристики н ударная вязкость оказывается не хуже, чем после обычной закалки (б = 5... 8 о4, КСУ = 0,5... 0,7 МДж/ма).
По окончаннн НТМО проводят низкий отпуск стали. К числу недостатков процесса НТМО следует отнести необходимость применения оборудования для обработкн давлением повышенной мощности, так как для достижения высокой прочности требуется степень обжатня от 50 до 90 о4, что трудно достнгнуть прн относнтельноннзкнх температурах. С другой стороны, этим методом можно обрабатывать только легированные стали с высокой устойчивостью аустенита в переохлажденном состоянии. Прн деформации стали в процессе ВТМО также повышается плотность дислокаций в аустените, которая наследуется мартен- ситом прн закалке. Прн ВТМО необходимо следнть за тем, чтобы цо окончании горячей пластической деформации перед мартенснтным превращеннем аустеннт имел полнгоннзованную структуру, а рекрнсталлнзацня его не начиналась.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
