--PAGE_BREAK--
2.2 Определение основных исходных данных.
Как видно из диаграммы состояния, в сплаве 1 (Cu+2,3%Be) в твердом состоянии происходит 2-а фазовых превращения. Это растворение-выделение и эвтектоидное. Рассмотрим их:
· при температурах, ниже 740°С (интервал R- U на рис.1) идут реакции выделения из a-фазы b и g-фазы:
;
· при температуре 605°С (т. Y на рис.1) идет эвтектоидная реакция упорядочения b-фазы:
;
Из жидкости, в интервале температур 980-875°С (интервал S-Q на рис.1) идет реакция выделения кристаллов a-фазы:
.
И при температуре солидуса (т. Q) равной 875°С сплав полностью состоит из кристаллов a-фазы.
Полученные в разделе данные сводим в таблицу:
Табл.1 Основные исходные данные по сплаву Cu+2,3%Be.
Тип фазового превращения
Температура фазового равновесия, °С
Примечания
Кристаллизация
980
Температура ликвидуса
Кристаллизация
875
Температура солидуса
Растворение-выделение
740
Эвтектоидное
605
2.3 Определение возможных видов структурной обработки.
Рассмотрим возможные для этого сплава виды обработок из классов: термической (ТО), деформационно-термической (ДТО) и химико-термической (ХТО) обработок.
2.3.1 ТО.
I) Отжиги I-го рода.
Все отжиги первого рода основаны на структурных превращениях в металле и идут вне зависимости от того, протекает ли в сплаве при обработке фазовые превращения, а следовательно потенциально возможны во всех металлах. Отжиги I рода бывают:
a) гомогенизирующие — подвергаются слитки и заготовки с целью снижения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность сплава, обрабатываемого давлением, к хрупкому излому, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен);
b) рекристаллизационные — подвергаются холоднодеформированные заготовки и детали с целью: частичного сохранения наклепа (неполный рекристаллизационный отжиг), сохранения деформационной или создания собственной текстуры (текстурный рекристаллизационный отжиг), устранения текстуры, получения структурной сверх пластичности (многократная комбинация деформации и рекристаллизационного отжига), получения зерен требуемого размера и монокристаллов (градиентный рекристаллизационный отжиг), снятия наклепа и перевода неравноосных после деформации зерен в более устойчивую, с термодинамической точки зрения, равноосную форму;
c) для снятия остаточных напряжений — подвергаются заготовки и детали, в которых в процессе предыдущих технологических операций, из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т.п. возникли остаточные напряжения (остаточные напряжения могут сниматься и при других видах отжигов).
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод — наш сплав может быть подвергнут любому из вышеприведенных видов отжигов I рода в случае, если исходные параметры состояния заготовки или детали, изготовленных из данного сплава, удовлетворяют условиям проведения соответствующей обработки, т.е.: для гомогенизирующего отжига исходная структура — литая, с выраженной дендритной ликвацией; для рекристаллизационного — холоднодеформированная, с большими степенями деформации; для снятия остаточных напряжений — наличие высоких остаточных напряжений, нежелательных при последующей обработке (в случае отсутствия других технологических операций в этой части технологической цепи, одним из эффектов которых является снятие остаточных напряжений) или использовании.
II) Отжиги II-го рода.
Эти отжиги основаны на фазовых превращениях, происходящих в сплаве в твердом состоянии, поэтому вид возможных отжигов этого подкласса всецело зависит от вида фазовых превращений, происходящих в славе. Они должны обеспечивать фазовую перекристаллизацию сплава.
В зависимости от типа фазовых превращений в данном сплаве могут быть проведены:
a) гетерогенизирующий отжиг — применяется в случае наличия в сплаве процесса выделения из матрицы другой фазы, вследствие изменения равновесной растворимости компонентов при понижении температуры. При этой обработке не происходит коренной ломки структуры по всему объему. Тип кристаллической решетки матричной фазы не меняется. Отжиг приводит к изменению концентрации компонентов в матричной фазе и к изменению количества, размера, а также формы частиц выделяющейся фазы.
b) отжиг с фазовой перекристаллизацией — возможен при наличии в сплаве полиморфного или эвтектоидного (включает полиморфное) превращения и приводит коренной перестройке структуры по всему объему сплава. Он используется для устранения текстуры и измельчения размера зерна.
Исходя из характеристик рассмотренных выше видов отжигов II-го рода, делаем вывод о возможности их применения к рассматриваемому нами сплаву, т.к. в нем присутствуют процессы как растворения-выделения, так и эвтектоидное.
III) Фазовые закалки.
Сущность фазовых закалок — перевод металла в метастабильное структурное состояние с использованием фазового превращения. Различают закалки с полиморфным превращением и без такового. Рассмотрим их:
a) с полиморфным превращением — применяется при наличии в сплаве такового или эвтектоидного, которое включает в себя полиморфное. В случае прохождения этих превращений только по бездиффузионному механизму называются закалкой на мартенсит, если же допускается наличие диффузионного, то — на бейнит.
b) без полиморфного превращения — применяется при наличии в сплаве таких фазовых превращений как: растворение-выделение, порядок-беспорядок, гомогенизация- спиноидальный распад; и называются по названию получаемого после закалки состояния.
Из рассмотренных выше видов фазовых закалок, для нашего сплава применимы закалки как с полиморфным превращением, т.к. в нашем сплаве имеется эвтектоидное фазовое превращение (ФП), так и без полиморфного превращения с использованием такого ФП, как растворение-выделение, которое присутствует в сплаве. Фазовая закалка с ФП растворение-выделение называется закалкой на пересыщенный твердый раствор.
IV) Структурные закалки.
К структурным закалкам относят:
a) вакансионную закалку — упрочнение сплава за счет фиксации большего количества вакансий, имеющееся при высоких температурах.
b) закалку для фиксации высокотемпературной морфологии сплава.
Эти виды закалок универсальны и могут быть применены к любому сплаву, поэтому подходят и для нашего.
V) Стабилизирующие обработки.
К стабилизирующим обработкам относят старение и отпуск. Применяются они обычно в тандеме с закалкой, т.к. в этом случае удается добиться наилучших результатов после обработки. Сущность этих видов обработки — распад метастабильного твердого раствора, с переходом сплава в более стабильное состояние, хотя обычно далекое от истинного равновесия. Процессы распада пересыщенного раствора в закаленном сплаве, так же как возврат и рекристаллизация, протекают самопроизвольно, с выделением тепла.
Для определения возможности проведения данных видов обработки, исходя из вышесказанного, следует заметить, что: старение применяется после закалки на пересыщенный твердый раствор, а отпуск — на мартенсит. Поэтому, т.к. эти два вида закалок возможны в данном сплаве, то и стабилизирующие обработки, следующие после них, так же возможны.
2.3.2 ДТО.
I) Термомеханические обработки.
Эти обработки обязательно используются в сплаве с ФП. И это ФП осуществляется в условиях повышенной концентрации дефектов кристаллического строения, обусловленной деформационным воздействии.
Сущность ВТМО состоит в том, что после горячей деформации и закалки получается пересыщенный твердый раствор с перекристаллизованной структурой, т.е. с повышенной плотностью несовершенств. Основное назначение НТМО — повышение прочностных свойств путем обычной закалки, а затем холодной деформации. Согласно диаграммы состояния сплава ( т.к. есть ФП растворение-выделение) и п.2.3.1 (данной работы) для сплава возможны следующие обработки:
Ø ВТМО стареющего сплава;
Ø НТМО стареющего сплава.
Т.е. при данных обработках мы в стабильную (при ВТМО) и метастабильную (при НТМО) фазу деформацией вводим повышенное количество дислокаций, а потом фиксируем их (заставляем наследовать их плотность) при последующей закалке.
II) Механико-термические обработки.
Эти же обработки используются в случае СП (полигонизация), которое обусловлено с одной стороны деформационным воздействием, а с другой стороны, соответственно, термообработкой. Для всех сплавов (а значит и для Cu+2,3%Be) не зависимо от того испытывают они ФП или нет возможно проведение данной обработки. При этом должно выполнятся одно условие: данный сплав при температуре холодной деформации должен находится в вязком, пластичном состоянии.
2.3.3 ХТО.
Химико-термическая обработка возможна т.к. на диаграмме состояния в необходимом интервале концентраций (2,3 — 2,7 % Ве) существуют указания на термодинамическое взаимодействие компонентов в твердом состоянии. Взаимодействие возможно если новое образование имеет меньшую свободную энергию, чем сумма отдельных состояний. Такими образованиями есть смеси твердого раствора и химического соединения: a + b и a + g. Данное насыщение обеспечивает хорошую защиту от газовой коррозии. Термическая обработка в цикле химико-термической — закалка на пересыщенный твердый раствор и последующее старение.
Полученные результаты о возможных видах СО для сплава Сu + 2,3 % Ве сводим в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 — Виды возможных СО для сплава Сu + 2,3 % Ве
№ п/п
Виды возможных СО
СП и ФП на которых основана данная СО
1
2
3
1
Виды термической обработки:
1. Отжиги 1 рода:
а) гомогенизирующий;
б) рекристаллизационный;
СП — гомогенизация матричного раствора по растворенному компоненту;
СП — первичная рекристаллизация.
1
2
3
2. Отжиги 2 рода:
а) гетерогенизирующий;
б) с фазовой перекристаллизацией;
3. Фазовые закалки:
а) с полиморфным превращением;
б) без полиморфного превращения.
4. Стабилизирующие обработки:
а) старение;
б) отпуск.
ФП – растворение-выделение;
ФП – эвтектоидное.
ФП – эвтектоидное;
ФП – растворение-выделение.
ФП – распад пересыщенного твердого раствора.
СП – полигонизация и рекристаллизация
2
Виды деформационно-термической обработки:
1. Термомеханическая
а) ВТМО, НТМО стареющих сплавов;
2. Механико-термическая
СП – полигонизация,
ФП – растворение-выделение; СП – полигонизация.
3
Виды химико-термической обработки:
1. Насыщающая
ФП – растворение-выделение (образование твердого раствора, образование химических соединений).
2.4 Определение параметров режимов структурных обработок
2.4.1 Параметры термической обработки:
I) Отжиги 1-го рода:
а) гомогенизирующий.
Температура нагрева или выдержки определяется
,
где 0,8 ¸ 0,95 — коэффициент, не зависящий от типа сплава.
Но так как эта температура соответствует двухфазной области, а гомогенизацию лучше проводить в однофазной, то корректируем ее, увеличивая до 810°С.
Продолжительности выдержки должна быть достаточна для протекания СП — гомогенизации матричного твердого раствора по растворенному компоненту (tэфф). Эта выдержка довольно длительна. На практике бериллиевые бронзы при данном отжиге выдерживают в течении 1¸3 часов [3].
Скорость охлаждения регламентируется т.к. при окончании выдержки в сплаве согласно диаграмме состояния наблюдается ФП:
Ø растворение-выделение;
Ø эвтектоидное.
Скорость охлаждения должна быть достаточно низкой, чтобы обеспечить протекание соответственных ФП по диффузионному механизму.
б) рекристаллизационный.
Температура нагрева или выдержки определяется:
.
Т.к. ниже tс согласно диаграммы состояния (рис.1.1) мы имеем гомогенный твердый раствор a , то n = 0,4 ¸ 0,45:
.
Температура рекристаллизационного отжига:
,
где 30 ¸ 50 — необходимый интервал перегрева для начала структурного превращения.
Продолжительность выдержки должно быть достаточной для протекания СП — первичной рекристаллизации ( t эфф)
Скорость охлаждения регламентируется т.к. в сплаве согласно диаграмме состояния наблюдается ограниченная растворимость Cu в Be (Vохл £ Vкр.охл).
II) Отжиги 2 рода:
а) гетерогенизирующий.
Температура нагрева или выдержки:
,
где 30 ¸ 50 — необходимый интервал перегрева для начала ФП растворения.
Продолжительность выдержки должна быть достаточна для протекания ФП растворения и пост фазовых СП.
Скорость охлаждения должна быть достаточно медленной, чтобы превращение было полным и фазовый состав соответствовал равновесному [4].
Vохл £ Vкр.охл (критическая скорость охлаждения при отжиге)
б) с фазовой перекристаллизацией.
Температура нагрева или выдержки:
,
где 30 ¸ 50 — необходимый интервал перегрева для начала ФП полиморфного или эвтектоидного.
Т.к. при этой температуре в сплаве сосуществуют две фазы, то данная перекристаллизация является неполной (неполный отжиг). Для проведения полной фазовой перекристаллизации нужно нагрев осуществлять в однофазную область a, что производится при ранее назначенном гетерогенизирующем отжиге. А, так как, в принципе, параметры охлаждения и выдержки при этом у них сходны, то они в данном сплаве могут считаться взаимно заменяющими.
III) Закалки:
а) с полиморфным превращением.
Температура нагрева или выдержки:
где 30 ¸ 50 — необходимый интервал перегрева для прохождения эвтектоидного ФП, которое включает в себя полиморфное.
Продолжительность выдержки должна быть достаточной для протекания эвтектоидного ФП.
Скорость охлаждения должна быть достаточно высокой, чтобы исключить распад пересыщенного матричного раствора в процессе охлаждения в диффузионной области превращения.
В общем случае Vохл ³ Vкр.охл (критическая скорость охлаждения при закалке, проходящий по данному ФР).
б) без полиморфного превращения.
Температура нагрева или выдержки:
,
где 30 ¸ 50 — необходимый интервал перегрева для начала ФП растворения.
Продолжительность выдержки должна быть достаточной для протекания ФП растворения-выделения.
Скорость охлаждения должна быть достаточно высокой, чтобы исключить распад пересыщенного матричного раствора в процессе охлаждения. Однако если сплав в дальнейшем будет подвергнут старению закалка может быть не очень резкой [3].
В общем случае Vохл ³ Vкр.охл (критическая скорость охлаждения при закалке, проходящий по данному ФР).
Так как данная закалка производится с температур больших, чем значение температуры фазового равновесия эвтектоидного превращения, то ее нельзя назвать чисто закалкой на пересыщенный твердый раствор. Она, в данном сплаве, является смешанной, поэтому и назначаем именно ее.
IV) Стабилизирующая обработка:
а) старение.
Температура старения:
,
Продолжительность выдержки должна быть достаточна для протекания ФП и получения устойчивого состояния сплава [4].
Скорость охлаждения при стабилизирующих обработках обычно не регламентируются.
б) отпуск.
Максимальная температура отпуска:
,
продолжение
--PAGE_BREAK--