В зависимости от строения поверхности раздела между выделением и матрицей различают три типа выделений: полностью когерентные, частично когерентные и некогерентные.
Схема строения матрицы
Схема строения матрицы с полностью когерентным (а), частично когерентным (б) и некогерентным (в) выделениями.
У полностью когерентного выделения вся поверхность раздела с матрицей когерентная, и решетка матрицы вокруг выделения упруго искажена. У частично когерентного выделения хотя бы одна из границ с матрицей когерентная, а остальные могут быть полукогерентными или даже некогерентными.
Некогерентное выделение не имеет ни одной когерентной границы с матрицей. В стареющих сплавах Al — Cu примером полностью когерентных выделений являются зоны ГП и θ˝-фаза, частично когерентных 0´-фаза и некогерентных CuAl2 (их структура рассмотрена ниже, смотрите рисунок Элементарные ячейки).
20) Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Виды отжига: рекристаллизационный, низкий отжиг для снятия внутренних напряжений, перикристаллизационный отжиг. Природно-мелкозернистые стали.
Термическая обработка – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения сплава и получения необходимых физико-механических свойств.
В основе термической обработки лежат фазовые превращения в твердом состоянии.
- первое превращение – это превращение перлита в аустенит, которое происходит при нагреве: П→А (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Изменение энергии фаз в зависимости от температуры
- второе превращение – это превращение аустенита в феррито-цементитные смеси разной дисперсности в зависимости от скорости охлаждения: А→Ф+Ц;
- третье превращение заключается в превращении аустенита в мартенсит А→М при быстром охлаждении (при закалке);
- четвертое превращение заключается в разложении мартенсита при отпуске закаленной стали (М → продукты распада).
Любой технологический процесс термической обработки состоит из определенных комбинаций этих четырех превращений.
Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений. Температура нагрева зависит от состава сплава и разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры отжига обычно невелика – в пределах 30-200°С/ч.
Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры можно получить только в том случае, если в сплавах имеются превращения в твёрдом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твёрдых растворов, распад высокотемпературного твёрдого раствора по эвтектоидной реакции. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твёрдом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.
Конструкционные и инструментальные сплавы закаливают для упрочнения (особенно – с эвтектоидным превращением). Прочность возрастает либо вследствие мартенситного фазового перехода, либо из-за понижения температуры эвтектоидной реакции, приводящей к измельчению зёрен, образующих эвтектоидную смесь.
^ Отпуск и старение – термические обработки, в результате которых в предварительно закалённых сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.
Сочетание закалки с отпуском или старением всегда предполагает получение более высокого уровня свойств (твёрдости, прочности, удельного электросопротивления) по сравнению с отожжённым состоянием.
Технологический прием «отпуск» используют применительно к сталям и сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение (Al-бронзы, Ti-сплавы, ферритные стали).
Технологический прием «старение» - применительно к сплавам, не претерпевающим при закалке полиморфного превращения (Al-сплавы, Ni-сплавы, аустенитные стали).
Нормализация (термообработка) — вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе с целью придания металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах — литьё, ковке или прокатке) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости).
Виды отжига:
Рекристаллизационный отжиг — нагрев до температуры на 100–200 °C выше температуры рекристаллизации ,выдержка и последующее охлаждение. Вследствие процесса рекристаллизации происходит снятие наклепа, и свойства металла соответствуют равновесному состоянию.
Отжиг для снятия внутренних напряжений применяю для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием, то есть после пластической деформации, когда в стали возникают остаточные напряжения.
Температура отжига находится в пределах 350-600ºС, время выдержки несколько часов (устанавливается опытным путем). Остаточные напряжения при отжиге снимаются в основном в результате сдвиговой деформации.
Перекристаллизационный отжиг – ХЗ.