» » Общие положения о технологии термической обработки цветных металлов
20.01.2015

Термическая обработка включает нагрев металла или сплава до выбранной температуры, выдержку при этой температуре в течение заданного времени и охлаждение по определенному режиму. Несмотря на внешнюю простоту и сравнительно небольшое количество параметров, число возможных вариантов термической обработки достаточно велико. Кроме того, термическая обработка может включать несколько циклов: нагрев — выдержка — охлаждение (например, закалка+старение, двойной или тройной отжиг и т.д.). В связи с этим выбор оптимального варианта термической обработки, обеспечивающего наилучшее сочетание механических и служебных свойств металла или сплава, в данном конкретном применении становится довольно сложной задачей.
Важное значение имеет обоснование не только температурно-временных параметров термической обработки, но и выбор способа нагрева, атмосферы печи, охлаждающей среды. Нагрев можно осуществлять конвекцией, излучением, электроконтактным и индукционными методами, в расплавленных солях. Выбор способа нагрева зависит от многих факторов (природы сплава, формы полуфабриката, вида термической обработки и т.п.), которые будут рассмотрены ниже.
Выбор атмосферы печи определяется прежде всего интенсивностью взаимодействия металлов и сплавов с газами. Если алюминий, медь, магний и сплавы на их основе, как правило, можно нагревать при термической обработке на воздухе, то термическую обработку титановых сплавов в ряде случаев необходимо проводить в вакууме. Термическую обработку тугоплавких металлов и сплавов па их основе осуществляют в среде защитных газов или в вакууме; нагрев этих материалов под термическую обработку на воздухе, как правило, недопустим из-за интенсивного взаимодействия их с кислородом и парами воды. Другой способ защиты активных металлов от взаимодействия с газами - различного рода защитные обмазки и покрытия.
Самостоятельную задачу представляет выбор атмосферы для химико-термической обработки цветных металлов, в частности титановых сплавов. Среды, применяемые для химико-термической обработки стали, здесь непригодны, так как в них входят содержащие водород газы, активно насыщающие титан и его сплавы водородом, что вызывает их водородную хрупкость.
Выбор охлаждающей среды определяется прежде всего видом термической обработки. При закалке сплавов скорость охлаждения должна быть достаточно вели ка, чтобы зафиксировать в них метастабильные фазы способные дать значительное упрочнение при последующем старении. В некоторых случаях закалка может быть и окончательной технологической операцией. При отжиге второго рода режим охлаждения подбирают таким, чтобы состав фаз по возможности был близок к равновесному, форма зерен глобулярной, а размеры избыточных фаз достаточно крупными. При некоторых видах термической обработки цветных металлов скорость охлаждения не играет существенной роли, например при дорекристаллизационном и рекристаллизационном от жиге чистых металлов.
В ряде случаев выбор допустимой скорости нагрева и охлаждения определяется геометрией и размерами полуфабриката или изделия. Так, в частности, излишне большие скорости нагрева и охлаждения могут привести к короблению полуфабрикатов и изделий, особенно если они состоят из элементов разной толщины. При закалке излишне большие скорости охлаждения могут к тому же вызывать образование трещин.
При выборе режимов упрочняющей термической обработки следует также учитывать прокаливаемость сплавов. Долгое время для алюминиевых сплавов этот фактор не принимали во внимание в связи с высокой теплопроводностью этих материалов и небольшим сечением термически упрочняемых полуфабрикатов и деталей. Однако в последнее время прокаливаемости алюминиевых сплавов уделяется значительное внимание из-за возросших габаритов изделий. С проблемой прокаливаемости в титановых сплавах встретились уже на первых этапах их внедрения. Однако эта проблема не имела особой остроты, поскольку упрочняющую термическую обработку титановых сплавов применяли в очень ограниченных масштабах. В настоящее время повышение прокаливаемости титановых сплавов стало одним из актуальных направлений совершенствования их качества.
При выборе режимов термической обработки термически упрочняемых сплавов важное значение имеют диаграммы изотермических превращений. Они позволяют дать научно обоснованный выбор режимов закалки, старения, отжига. В связи с этим в последнее время были построены диаграммы изотермических превращении для многих алюминиевых и титановых сплавов. Теперь задача состоит в том, чтобы извлечь из них наибольшую пользу для построения оптимального технологического цикла термической обработки.
Большую роль играет также правильный выбор места той или иной операции термической обработки в общем цикле производства полуфабрикатов и изделий. Если, например, промежуточный рекристаллизационный отжиг при деформации металлов применять слишком часто, то это приведет к неоправданным потерям времени, энергии, труда и другим непроизводительным затратам. Если же проводить его слишком редко, то появится брак из-за частичного или полного разрушения нагартованного металла при деформации.
Титановые сплавы, обладающие высокой склонностью к водородной хрупкости, подвергают вакуумному отжигу для снижения содержания водорода до безопасного уровня. Вакуумный отжиг можно ввести на заключительных этапах обработки давлением или на последней стадии получения готового изделия. Решение этой задачи зависит от типа сплава и технологии производства изделии. Если, например, изделие изготавливают из листа без применения наводороживающих технологических операции (травления, сварки, химического фрезерования и т.п.), то вакуумный отжиг можно ввести на заводе — поставщике листовой продукции в конце технологического цикла производства листов. Если же из листовых полуфабрикатов изготавливают конструкцию с применением наводороживающих технологических процессов, то в конце технологии производства следует предусмотреть вакуумный отжиг готовой конструкции или ее элементов.
Эти примеры, а их число можно умножить показывают, что металловед-технолог должен не только хорошо знать металловедение, оборудование, теорию и технологию термической обработки металлов, но и достаточно полно представлять весь технологический цикл производства полуфабрикатов, деталей и изделии, с термической обработкой которых он имеет дело.
Все изложенные выше вопросы и составляют предмет технологии термической обработки металлов. Таким образом, технология термической обработки металлов включает выбор режимов термической обработки металлов и способы практического их осуществления с целью обеспечения в термически обработанных полуфабрикатах и изделиях заданных механических и служебных свойств.