гомогенизация металла что такое

Гомогенизация (металлургия)

Содержание

Феноменология

При гомогенизации происходит растворение избыточных фаз, выравнивание химического состава.

Термодинамика

Кинетика

Пути ускорения процесса:

Механизм

Полезное

Смотреть что такое «Гомогенизация (металлургия)» в других словарях:

гомогенизация (металлургия) — гомогенизация Создание однородной структуры в жидких и тв. сплавах ликвидацией в них концентрационной неоднородности в результате высокотемпературного нагрева. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN homogenization … Справочник технического переводчика

Термическая обработка металлов — Металл в термопечи Термическая обработка металлов и сплавов процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении … Википедия

Тигель — Эта статья о металлургическом оборудовании. О детали печатной машины см. Тигельная машина … Википедия

Алюминиевый сплав — Протравленный слиток алюминиевого сплава … Википедия

Спирты — Отличительная особенность спиртов гидроксильная группа при насыщенном атоме углерода на рисунке выделена красным (кислород) и серым цветом (водород). Спирты (от лат. … Википедия

Источник

33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения

33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения

Отжиг – операции нагрева и медленного охлаждения стали с целью выравнивания химического состава, получения равновесной структуры, снятия напряжений.

Применяют отжиг для получения равновесной структуры, поэтому при отжиге детали охлаждают медленно. Углеродистые стали – со скоростью 200 °C/ч, легированные стали – 30-100 °C/ч.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг применяют для устранения ликвации (выравнивание химического состава). В его основе – диффузия. При этом выравнивается состав и растворяются избыточные карбиды. Такой отжиг проводят при высокой температуре с длительной выдержкой. Гомогенизирующему отжигу подвергают легированные стали. Это объясняется тем, что скорость диффузии углерода, растворенного в аустените по способу внедрения, на несколько порядков больше скорости диффузии легирующих элементов, которые растворяются в аустените по способу замещения. Гомогенизация углеродистых сталей происходит практически в процессе их нагрева. Режим гомогенизирующего отжига: нагрев до температуры 1050–1200 °C, время выдержки составляет 8-10 ч. Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой, но нельзя допускать пережога и оплавления зерен. При пережоге кислород воздуха соединяется с частицами металла, образуются окисные оболочки, разобщающие зерна. Пережог в металле устранить нельзя. Пережженный металл является окончательным браком. При диффузионном отжиге обычно получается крупное зерно, которое следует исправлять последующим полным отжигом.

Полный отжиг связан с фазовой перекристаллизацией и измельчением зерна. Сталь в равновесном состоянии содержит перлит и наиболее пластична. Назначение полного отжига – улучшение структуры стали для облегчения последующей обработки резанием, штамповкой или закалкой, получение мелкозернистой равновесной структуры в готовой детали.

Виды (способы) полного отжига: отжиг (обычный и изотермический) на пластинчатый перлит (включения цементита в виде пластинок) и отжиг на зернистый перлит (включения цементита в виде зерен).

При отжиге на пластинчатый перлит охлаждение заготовок производят вместе с печью, чаще всего при частичной подаче топлива, чтобы скорость охлаждения находилась в пределах 10–20 °C в час.

Отжигом достигается измельчение зерна. Крупнозернистая структура получается при затвердевании стали вследствие свободного роста зерен, в результате перегрева стали; такая структура вызывает понижение механических свойств деталей.

Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения

Закалка – термообработка, при которой сталь приобретает неравновесную структуру, что прежде всего выражается в повышении твердости стали. К закалке относят: термообработку на сорбит, тростит и мартенсит. Степень неравновесности продуктов закалки с увеличением скорости охлаждения повышается и возрастает от сорбита к мартенситу.

Преимуществом истинной закалки является возможность получения из мартенсита за счет последующего отпуска продуктов с комплексами свойств, которые другими видами термообработки получить невозможно.

Истинная закалка получила широкое применение как предварительная обработка перед отпуском.

Важна критическая скорость закалки. От нее зависит прокаливаемость стали, т. е. способность закаливаться на определенную глубину. Критическая скорость закалки зависит от стабильности аустенита, которая определяется количеством растворенных в нем углерода и легирующих элементов. Введением в сталь углерода и легирующих элементов повышается прокаливаемость, которую оценивают с помощью цилиндрических образцов по глубине залегания в них полумартенситного слоя. Полумартенситный слой стали содержащит 50 % М и 50 % Т.

Основные параметры при закалке – температура нагрева и скорость охлаждения. Температуру нагрева для сталей определяют по диаграммам состояния, скорость охлаждения – по диаграммам изотермического распада аустенита.

Время нагрева зависит от размеров детали и теплопроводности стали, определяют экспериментально.

Одной из целей легирования конструкционных сталей является уменьшение критической скорости закалки и получение сквозной прокаливаемости изготовленных из них деталей при закалке не только в воде, но и в более мягких охлаждающих средах. От резкости охлаждающей среды зависит уровень термических и фазовых напряжений и вероятность образования трещин в детали. В связи с изложенным при закалке предпочтительны мягкие закалочные среды. При закалке режущего инструмента из высокоуглеродистой стали с целью уменьшения внутренних напряжений применяют охлаждение в двух средах.

У высокоуглеродистых сталей и особенно у сталей с достаточно высоким содержанием легирующих элементов точка М, лежит ниже комнатной температуры, а зачастую и ниже 0 °C. В связи с этим при обычной закалке в них сохраняется много остаточного аустенита. Его наличие снижает твердость закаленной стали и ее теплопроводность, что для режущего инструмента является особенно нежелательным.

Со временем остаточный аустенит претерпевает фазовые превращения, приводящие к изменению размеров изделия. Это крайне недопустимо для мерительного инструмента (скобы, пробки).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

СТРУКТУРЫ ЯЗЫКА

СТРУКТУРЫ ЯЗЫКА Формальным моделям синтаксических структур естественного языка уделяется значительное внимание в современной проблематике систем искусственного интеллекта и компьютерной лингвистики. Это связано с необходимостью создания действенных программ

4.8. Электронный отжиг кремниевых пластин

4.8. Электронный отжиг кремниевых пластин Тем временем для установки электронного отжига было, наконец, выделено оборудование и соответствующее помещение. Приходилось сомневаться в успехе: до планового срока окончания работы оставалось чуть больше трех месяцев (из

3. Диффузионные и бездиффузионные превращения

3. Диффузионные и бездиффузионные превращения Под диффузией понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного металла. Если перемещения атомов не связаны с изменением концентрации в отдельных объемах,

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита На рис. 10 представлена диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода.По оси ординат откладывается температура. По оси абсцисс – время. Рис. 10. Диаграмма изотермического превращения

4. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация

4. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация Термическую обработку металлов и сплавов, а также изделий из них применяют для того, чтобы вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры.Термическая

5. Поверхностная закалка

5. Поверхностная закалка Поверхностной называется такая закалка, при которой высокую твердость приобретает лишь часть поверхностного слоя стали или сплава. Она отличается от других способов закалки методом нагрева.При такой обработке до температуры закалки нагревают

ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА

ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА Для начала давайте поставим самовар.Было углей в самоваре полно, а вскипел самовар — и на дне одна зола. Где угли?Как где? Сгорели. С кислородом соединились. Обернулись летучим газом и улетели в трубу. Это каждый знает. А кто не поверит, те могут газ

6. Закалка и выносливость

6. Закалка и выносливость Напряженно и ответственно боевое дежурство у экранов радиолокаторов, пультов пуска и контроля ракетных систем. Проходит час… другой… Но все так же уверенны движения рук номеров боевых расчетов. У них по-прежнему бодрый и свежий вид. Раздаются

4.6. Снятие бляшки, отжиг и отбеливание

4.6. Снятие бляшки, отжиг и отбеливание Подогрейте пластину паяльной лампой или электрорефлектором и снимите со смоляной подложки. Затем отожгите металл – он станет вновь пластичным, но на нем останется окалина, которую нужно снять отбеливанием. Как это делается, вы уже

22. Система с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях; системы эвтектического, перитектического и монотектического типа. Системы с полиморфизмом компонентов и эвтектоидным превращением

22. Система с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях; системы эвтектического, перитектического и монотектического типа. Системы с полиморфизмом компонентов и эвтектоидным превращением Полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна

32. Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация

32. Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация Этот вид термической обработки возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев при отжиге 1 рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью

34. Изменение микроструктуры и механических свойств металлов при нагреве после горячей и холодной обработки давлением

34. Изменение микроструктуры и механических свойств металлов при нагреве после горячей и холодной обработки давлением Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на

35. Возврат, первичная и собирательная рекристаллизация. Рекристаллизационный отжиг

35. Возврат, первичная и собирательная рекристаллизация. Рекристаллизационный отжиг Около 10–15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем в виде повышенной потенциальной энергии смещенных атомов, напряжений.

36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации

36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации Отжигом называют нагревание и медленное охлаждение стали. Отжиг второго рода – изменение структуры сплава с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относится

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств Отпуском называется операция нагрева закаленной стали для уменьшения остаточных напряжений и придания комплекса механических свойств, которые необходимы для долголетней

Источник

Гомогенизация

Смотреть что такое «Гомогенизация» в других словарях:

гомогенизация — гомогенизация … Орфографический словарь-справочник

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ — ГОМОГЕНИЗАЦИЯ, процесс уменьшения неоднородности смесей, состоящих из твердых веществ в ТЕКУЧЕЙ СРЕДЕ (жидкостях или газах) путем измельчения и равномерного перераспределения их по объему. Например, при помощи гомогенизации, жир в молоке может… … Научно-технический энциклопедический словарь

гомогенизация — сущ., кол во синонимов: 1 • гомогенизирование (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ — процесс перехода гетерогенных систем в гомогенные, т. е. в системы, состоящие из одной фазы, внутри которых нет поверхностей раздела, по которым соприкасаются части системы, отличающиеся друг от друга по составу и (или) по физ. свойствам.… … Геологическая энциклопедия

гомогенизация — Создание однородной структуры или состава во всём объёме материала [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительство в целом EN homogenization DE Homogenisieren FR homogénéisation … Справочник технического переводчика

гомогенизация — – совокупность методов и процессов придания однородности системы. Словарь по аналитической химии [3] … Химические термины

Гомогенизация — – создание однородной структуры или однородного химического состава смесей. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Рубрика термина: Общие термины,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Гомогенизация — 41. Гомогенизация Операция, целью которой является снижение степени неоднородности продукции Источник: ГОСТ 15895 77: Статистические методы управления качеством продукции. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Гомогенизация — (от греч. ὁμογενής однородный) создание устойчивой во времени однородной (гомогенной) структуры в двух или многофазной системе путём ликвидации концентрационных микронеоднородностей, образующихся при смешивании взаимно нерастворимых веществ (вода … Википедия

гомогенизация — ( (гр. homogenes однородный) 1) процесс получения однородного строения или состава металлов, сплавов, растворов и т. д. путем механического, температурного или хим. воздействия; 2) изготовление эмульсий высокой степени дисперсности. Новый словарь … Словарь иностранных слов русского языка

Гомогенизация — Homogenenizing Гомогенизация. Термооб работка металлического объекта, выдерживаемого при высокой температуре таким образом, чтобы посредством диффузии устранять или уменьшить химическую сегрегацию. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под… … Словарь металлургических терминов

Источник

Гомогенизация (металлургия)

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Концентрационным переохлаждением (КП) называют явление, которое возникает при направленной кристаллизации расплава, содержащего примесь, и заключающееся в том, что в результате перераспределения примеси в расплаве перед фронтом кристаллизации образуется некий слой, в пределах которого расплав оказывается переохлаждённым. Этот участок расплава называется зоной КП.

300 К) полупроводниковых приборов. Удельная электрическая проводимость σ при 300 К составляет 10−4−10

10 Ом−1·см−1 и увеличивается с ростом температуры. Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям (нагрев, облучение, деформации и т. п.), а также к содержанию структурных дефектов и примесей.

Стеклянные электроды — тип ионоселективных электродов, сделанных из легированных стеклянных мембран, которые чувствительны к специфическим ионам, используемые для определения концентрации ионов в растворе. Важная часть приборов химического анализа и физико-химических исследований. В современной практике широко применяются мембранные ионоселективные электроды (ИСЭ, в том числе и стеклянные), являющиеся частью гальванического элемента. Электрический потенциал электродной системы в растворе чувствителен.

Наблюдается на перитектических диаграммах с сильно различающейся температурой растворения фаз, например, алюминий-хром/цирконий/скандий.

Источник

Гомогенизация металла что такое

Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Авторизация

Статьи

Гомогенизационный отжиг слитков проводится для растворения неравновесных избыточных фаз, устранения внутрикристаллитной ликвации и уменьшения внутренних напряжений в слитках из алюминиевых сплавов. Одновременно происходит процесс распада алюминиевого твердого раствора присутствующих в сплавах малых добавок переходных металлов (марганца, хрома, циркония) с образованием дисперсоидов.

Проведено исследование влияния различных режимов гомогенизации на объемную долю неравновесных структурных составляющих, свойства слитка из сплава 1933 при повышенных температурах, плотность распределения и размер образующихся дисперсоидов Al₃Zr.

Введение

На протяжении многих лет алюминиевые сплавы занимают доминирующее положение в конструкциях авиационной и космической техники. Одной из актуальных задач в области авиастроения является повышение весовой и экономической эффективности самолетов новых поколений [1–3].

С этой точки зрения особый научно-практический интерес представляют высокопрочные сплавы системы Al–Zn–Mg–Cu, которые имеют высокую удельную прочность, при этом они технологичны при изготовлении деформированных полуфабрикатов, а рациональное использование различных режимов термической обработки позволяет управлять комплексом их служебных характеристик в широком диапазоне применительно к требуемым условиям эксплуатации [4].

В настоящее время одним из основных конструкционных материалов для деталей силового набора планера современных изделий авиационной техники является высокопрочный алюминиевый ковочный сплав 1933 системы Al–Zn–Mg–Cu, разработанный во ФГУП «ВИАМ» [5–7]. Сплав применяют в виде массивных полуфабрикатов толщиной до 250 мм, для изготовления которых используют крупногабаритные слитки [8].

Структура промышленных слитков, отлитых методом непрерывного литья, неоднородна. Она состоит из дендритов твердого раствора переменного состава, между ветвей которых расположены скопления неравновесных избыточных интерметаллидных фаз, которые затрудняют деформирование слитка, а при значительных растягивающих напряжениях, возникающих в металле при ковке, приводят к образованию трещин. Для устранения последствий неравновесной кристаллизации применяют гомогенизацию слитков [9].

Гомогенизацию проводят при температуре полной или наибольшей растворимости интерметаллидных фаз, но не превосходящей температуры равновесного солидуса. В некоторых алюминиевых сплавах в результате неравновесных условий затвердевания слитка могут образовываться избыточные неравновесные эвтектики с температурой плавления ниже температуры равновесного солидуса сплава. В связи с этим при выборе температуры гомогенизации желательно избегать оплавления слитка, поскольку это может привести к снижению свойств полуфабрикатов [10].

При выборе режима гомогенизации для большинства современных сплавов системы Al–Zn–Mg–Cu также необходимо принимать во внимание то обстоятельство, что наряду с растворением неравновесных избыточных фаз при гомогенизации происходит процесс распада твердого раствора марганца, хрома и циркония, вводимых в сплав в качестве переходных элементов-антирекристаллизаторов [11]. Введение указанных элементов при этом приводит к снижению устойчивости пересыщенного твердого раствора сплавов системы Al–Zn–Mg–Cu, ускоряя тем самым его распад при низких скоростях охлаждения в процессе закалки. В результате этого увеличиваются разброс и анизотропия механических и коррозионных свойств по всему сечению полуфабрикатов после искусственного старения.

Марганец и хром, по сравнению с цирконием, в большей степени снижают устойчивость пересыщенного твердого раствора [12]. В связи с этим содержание примесей Mn и Cr в сплаве 1933, который используется в основном для изготовления массивных полуфабрикатов, ограничено (≤0,1% (по массе) и ≤0,05% (по массе) соответственно). При содержании Mn и Cr в сплаве 1933 в указанной концентрации, они находятся исключительно в твердом растворе.

В качестве элемента-антирекристаллизатора в сплав 1933 введен цирконий в количестве 0,10–0,15% (по массе). Интерметаллид циркония Al₃Zr выпадает в виде осободисперсных частиц (около сотых долей микрометра), существенно меньших по размерам по сравнению с выделениями интерметаллидов хрома и марганца [13, 14].

При увеличении продолжительности гомогенизации средний размер дисперсоидов может достигать 30–40 нм. С увеличением размера дисперсоидов уменьшается их когерентность к матрице и они становятся центрами гетерогенного зарождения фазы MgZn₂ в процессе распада пересыщенного твердого раствора при низкой скорости охлаждения при закалке [15–22].

С учетом вышесказанного при выборе режима гомогенизации для сплава 1933 необходимо оценивать его эффективность не только по растворению неравновесных интерметаллидных фаз и устранению микроликвации, но и по плотности и размеру образующихся в процессе гомогенизации дисперсоидов Al₃Zr.

В данной работе проведено исследование влияния различных режимов гомогенизации на объемную долю неравновесных структурных составляющих, свойства слитка из сплава 1933 при повышенных температурах, распад пересыщенного твердого раствора циркония в алюминии.

Материалы и методы

Исследования проводили на цилиндрическом слитке диаметром 305 мм из сплава 1933, полученном в условиях металлургического производства ОАО «КУМЗ». Химический состав сплава соответствует требованиям ОСТ1 90026. От слитка были отобраны темплеты толщиной 50 мм, которые были подвергнуты гомогенизации по шести режимам в интервале температур 350–465°С с выдержкой от 4 до 36 ч.

Микроструктуру темплетов исследовали на закаленных с температуры гомогенизации шлифах при помощи металлографического микроскопа Olympus GX51, оснащенного цифровой камерой. Для проведения количественного анализа применяли программное обеспечение Olympus Stream Basic.

Исследования тонкой структуры темплетов проводили на фольгах методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Электронно-микроскопические исследования проведены при ускоряющем напряжении 200 кВ на просвечивающем электронном микроскопе Tecnai G2 F20 S-TWIN TMP-JEM 200 CX с термополевым катодом типа Шоттки, оснащенном системой для рентгеноспектрального микроанализа Oxford X-Max.

Механические свойства при растяжении (σ_в, σ_0,2, δ) при комнатной (20°С) и повышенных (330–450°С) температурах определяли на образцах, отобранных в осевом направлении, в соответствии с требованиями ГОСТ 1497–84 c применением универсальной электромеханической машины компании Zwick/Roell (Германия), оснащенной термокабинетом для проведения испытаний в диапазоне температур от 20 до 600°С.

Результаты

Исследование макроструктуры слитка диаметром 305 мм из сплава 1933 показало, что структура равноосная и мелкозернистая по всему сечению. Пористости, неметаллических и интерметаллидных включений в исследуемых слитках не обнаружено (рис. 1, а). Микроструктура слитка дендритная с размером литого зерна 50–100 мкм (рис. 1, б).

Рис. 1. Макро- (а, поперечное сечение) и микроструктура (б) слитка диаметром 305 мм из сплава 1933 в литом состоянии

Методом МРСА установлено, что по границам дендритных ячеек твердого раствора (α) находятся сложные неравновесные эвтектики, содержащие фазы Al₇Cu₂Fe и Mg(Zn, Cu, Al)₂ (рис. 2, табл. 1).

Рис. 2. Структура слитка из сплава 1933 в литом состоянии:

a – фрагмент микроструктуры (красным цветом обозначена область проведения локального химического анализа фаз и твердого раствора); б – анализируемые структурные элементы, состав которых приведен в табл. 1

Химический состав эвтектических фаз и твердого раствора

Содержание элементов, % (по массе)

Для изучения влияния температуры и продолжительности выдержки при гомогенизации на процесс растворения неравновесных избыточных фаз и распад пересыщенного твердого раствора циркония выбраны режимы, приведенные в табл. 2.

Выбранные режимы гомогенизации для проведения исследований

Условный номер режима

460°С, 24 ч (стандартный режим)

Режим 4 является стандартным для сплава 1933, режимы 3 и 5 выбраны для изучения влияния продолжительности гомогенизации на размер дисперсоидов Al₃Zr, режимы 1 и 3 – для изучения влияния двухступенчатой гомогенизации на структурно-фазовый состав слитка, режим 6 – для изучения эффективности проведения гомогенизации вблизи температур неравновесного солидуса.

Эффективность режима гомогенизации оценивалась по изменению объемной доли структурных составляющих и свойств темплетов из сплава 1933 при повышенных температурах. После гомогенизации исследована микроструктура и определена объемная доля нерастворившихся фаз (рис. 3, табл. 3).

Рис. 3. Микроструктура слитка из сплава 1933 после различных режимов гомогенизации (охлаждение с температуры гомогенизации в холодной воде):

а – без гомогенизации (литое состояние); б – режим 2 (460°С, 4 ч); в – режим 4 (460°С, 24 ч); г – режим 5 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч)

Объемная доля фаз в темплетах, вырезанных из слитка, после гомогенизации

Изменение объемной доли фаз, %

460°С, 24 ч (стандартный режим)

Из данных табл. 3 видно, что наиболее интенсивно диффузионные процессы растворения протекают в первые 12 ч после начала гомогенизации, что обеспечивает уменьшение на 40–55% объемной доли интерметаллидных фаз (режимы 2 и 6). Затем эффективность гомогенизации резко падает (на 12–17% за последующие 24–30 ч), поскольку уменьшается скорость диффузии вследствие уменьшения градиента концентрации по объему зерна. Режим 5 обеспечивает наилучшую растворимость интерметаллидных фаз благодаря большей продолжительности выдержки. Применение двухступенчатого режима 3 также обеспечивает эффективное растворение неравновесных фаз (0,80% (объемн.)) [23].

Проведен микрорентгеноспектральный анализ образца из слитка, гомогенизированного по двухступенчатому режиму 3 и охлажденного с температуры гомогенизации в воде. Установлено, что в структуре присутствуют исключительно светлые частицы нерастворимой фазы Al₇Cu₂Fe (рис. 4). Уменьшение объемной доли данной фазы возможно только при ограничении содержания примеси железа в сплаве 1933. Все остальные неравновесные фазы, содержащие атомы основных компонентов, растворены в процессе гомогенизации (табл. 4).

Рис. 4. Структура слитка из сплава 1933 в гомогенизированном (режим 3)состоянии (в рамках выделены области, химический состав которых приведен в табл. 4)

Локальный химический состав фаз и твердого раствора

Содержание элементов, % (по массе)

Методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) исследован распад пересыщенного твердого раствора циркония в сплаве 1933 после различных режимов гомогенизации (рис. 5). Проведен количественный анализ тонкой структуры, определены средний размер и плотность выделений дисперсоидов Al₃Zr после различных режимов гомогенизационного отжига (табл. 5).

Рис. 5. Темнопольное изображение выделений метастабильной β¢-фазы (Al₃Zr) в структуре слитка

из сплава 1933 после различных режимов гомогенизации:

а – режим 1 (350°С, 26 ч); б – режим 3 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч); в – режим 5 (460°С, 36 ч)

Количественные характеристики частиц Al₃Zr после различных режимов гомогенизации

Условный номер режима

Средний размер частиц, нм

Из данных табл. 5 и темнопольных изображений структуры (рис. 5) видно, что при температуре 460°С при увеличении продолжительности гомогенизации с 4 до 36 ч плотность выделений и их средний размер увеличиваются (с 13,85 до 23,13 нм соответственно). Максимальная плотность выделений при этом получена после двухступенчатой гомогенизации.

Рис. 6. Светлопольное изображение выделений Al₃Zr в структуре слитка из сплава 1933 после различных режимов гомогенизации:

а – режим 1 (350°С, 26 ч); б – режим 3 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч)

На первой ступени гомогенизации (350°С, 26 ч) интенсивно происходит зарождение частиц Al₃Zr различного размера (рис. 6, а), также предположительно образуются наноразмерные предвыделения (на рис. 6 выделены красным цветом), обогащенные цирконием. На второй ступени гомогенизации происходит рост зародившихся на первой ступени частиц Al₃Zr и предвыделений (рис. 6, б), что обеспечивает повышенную плотность распределения дисперсоидов по сравнению с другими одноступенчатыми режимами гомогенизации. Средний размер дисперсоидов при этом на 35% меньше, чем размер дисперсоидов после гомогенизации при 460°С в течение 36 ч вследствие меньшей продолжительности второй высокотемпературной ступени отжига.

Рис. 7. Влияние температуры на сопротивление деформации (а) и технологическую пластичность при растяжении (б) и осадке (в) слитков из сплава 1933, гомогенизированных по различным режимам: ♦ – без гомогенизации (литое состояние); ● – режим 1 (350°С, 26 ч); ■ – режим 2 (460°С, 4 ч); ○ – режим 3 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч); ▲ – режим 4 (460°С, 24 ч); ∆ – режим 5 (460°С, 36 ч); □ – режим 6 (465°С, 12 ч)

Определены механические свойства при растяжении (σ_в, δ) и осадке образцов, вырезанных из темплетов слитка и гомогенизированных по шести режимам (образцы отобраны из зоны 1/2 радиуса слитка в осевом направлении). Проведена оценка влияния режима гомогенизационного отжига на технологические свойства слитков при комнатной (20°С) и повышенных (330–450°С) температурах. Зависимость механических свойств от температуры испытания приведена на рис. 7. Видно, что для слитков, гомогенизированных по режимам 3 и 5, обеспечивающим наилучшую растворимость интерметаллидных фаз (табл. 3), в температурном интервале 330–420°С достигаются максимальные значения характеристик пластичности (δ=90–110%). Допустимая степень деформации при осадке за один нагрев составляет 70–75%, что позволяет проводить горячую деформацию слитков при изготовлении поковок в указанном интервале температур.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о взаимосвязи установленных структурных особенностей слитков после различных режимов гомогенизации с показателями их технологической пластичности в интервале температур горячей деформации сплава 1933.

Обсуждение и заключения

Исследовано влияние гомогенизационного отжига на растворение избыточных неравновесных фаз в слитке из сплава 1933. Наиболее интенсивно диффузионные процессы растворения протекают в первые 12 ч после начала гомогенизации, что обеспечивает уменьшение на 40–55% объемной доли интерметаллидных фаз (режимы 460°С, 4 ч и 465°С, 12 ч). Затем эффективность гомогенизации резко падает (на 12–17% за последующие 24–30 ч), поскольку уменьшаются поверхность контакта между оставшимися частицами фаз и твердым раствором и скорость диффузии вследствие снижения градиента концентрации по объему зерна. Режимы 3 и 5 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч и 460°С, 36 ч) обеспечивают наилучшую растворимость интерметаллидных фаз (объемная доля нерастворившихся фаз: 0,8 и 0,78% соответственно).

Исследовано влияние температурно-кинетических параметров гомогенизации на распад пересыщенного твердого раствора циркония в сплаве 1933. При увеличении продолжительности гомогенизации с 4 до 36 ч при температуре 460°С плотность выделений Al₃Zr и их средний размер увеличиваются (с 13,85 до 23,13 нм соответственно). Максимальная плотность выделений получена после двухступенчатой гомогенизации. На первой ступени гомогенизации (350°С, 26 ч) интенсивно происходит зарождение частиц Al₃Zr, видны наноразмерные предвыделения, обогащенные цирконием. На второй ступени гомогенизации (460°С, 4 ч) происходит рост зародившихся на первой ступени частиц Al₃Zr и предвыделений, что обеспечивает повышенную плотность выделений по сравнению с другими рассмотренными режимами гомогенизации.

В интервале температур 330–450°С определены механические свойства при растяжении и осадке образцов из слитков, гомогенизированных по различным режимам. Для слитков, гомогенизированных по режимам 3 и 5 (350°С, 26 ч+460°С, 4 ч и 460°С, 36 ч), которые обеспечивают наилучшую растворимость интерметаллидных фаз в температурном интервале 330–420°С, достигаются максимальные значения характеристик пластичности (δ=90–110%). Допустимая степень деформации за один нагрев составляет 70–75%, что позволяет проводить горячую деформацию слитков при изготовлении различных полуфабрикатов в указанном температурном интервале.

Источник