Глава 5. Основы термической

Обработки и поверхностного

Упрочнения сплавов

Общие положения и определения

Основные предпосылки для получения необходимого комплекса меха­нических и других свойств у конструкционных сплавов закладываются при их разработке и выплавке.

Реализация же требуемых свойств осуществляется на последующих эта­пах обработки, преследующих цель придать сплаву не только предусмотрен­ные чертежом форму и размеры, но и рациональное внутреннее строение, под которым следует понимать структурно-фазовый состав и дислокацион­ную структуру, от которых непосредственно зависит комплекс требуемых свойств. Важнейшими этапами обработки сплавов являются термическая обработка и поверхностное упрочнение. Термической обработкой обеспечи­вается заданный уровень свойств во всем объеме детали, а поверхностным упрочнением — только в определенных наиболее нагруженных и сильно изнашиваемых местах на поверхности детали..

Под термической обработкой понимают комплекс операций нагрева и ох­лаждения сплава, осуществляемых по определенному режиму с целью изменения его строения и получения заданных свойств. Основу термической обработки со­ставляет изменение структурно-фазового состава и дислокационной структуры сплава, которое может быть достигнуто путем использования таких ключевых факторов, как наличие в нем аллотропических превращений или зависящей от температуры ограниченной взаимной растворимости компонентов.

Все существующие виды термообработки, имеющие целью существенно изменить фазовую и дислокационную структуру сплавов и получить опти­мальный комплекс эксплуатационных свойств, основаны на использовании одного из упомянутых факторов. При их отсутствии термообработкой можно получить лишь весьма ограниченные результаты.

В данной главе рассматриваются две наиболее распространенные разно­видности термической обработки. Одна из них основана на использовании специфики превращений в сплавах, обусловленной наличием в них аллотро­пических превращений, а другая базируется на переменной растворимости компонентов друг в друге при нагреве и охлаждении. В обоих случаях фун­даментальной основой технологии термической обработки, гарантирующей получение ожидаемых результатов, является ее режим. Он включает в себя следующие элементы: температуру нагрева, скорость нагрева до заданной температуры, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения.

Конкретные величины, характеризующие каждый из элементов режима термообработки, зависят от химического состава обрабатываемого сплава, размера детали и целевого назначения выполняемого вида термообработки. Варьируя эти величины, можно существенно изменять фазовую и дислока­ционную структуры сплава и придавать ему заданные свойства.

От температуры нагрева зависят характер происходящих в сплаве пре­вращений и сама возможность получения после термообработки требуемой структуры. Она выбирается в зависимости от химического состава сплава и цели производимой термообработки.

Скорость нагрева выбирается таким образом, чтобы обеспечить мини­мальные потери времени на нагрев, и в то же время ее величина должна ис­ключить возникновение в обрабатываемой детали опасных термических на­пряжений, могущих привести к короблению и растрескиванию детали, что наблюдается при слишком быстром нагреве.

Скорость нагрева зависит от теплопроводности обрабатываемого сплава, которая, в свою очередь, определяется его химическим составом. С усложнением состава теплопроводность ухудшается. Поэтому нагрев неблагоприятных по составу сплавов до определенных температур осу­ществляется очень медленно, а затем ускоренно. (По достижении спла­вом определенной температуры и возросшей пластичности возникающие в нем даже очень высокие термические напряжения не могут вызвать изменений, заканчивающихся искривлением формы детали или растрес­киванием.)

Время выдержки детали по достижении заданной температуры должно быть достаточным для ее прогрева от поверхности до сердцевины в наи­большем сечении, а также для полного завершения в сплаве тех, имеющих диффузионный характер структурно-фазовых превращений, которые должны происходить в нем при заданной температуре.

Скорость охлаждения при термической обработке является очень важ­ным элементом режима, от которого зависят особенности приобретаемой сплавом фазовой и дислокационной структуры. Она должна быть достаточ­ной для протекания в сплаве необходимых превращений, но не слишком большой во избежание опасных термических и фазовых напряжений, могу­щих вызвать растрескивание или деформацию (коробление) детали.