Механизм влияния водорода на кристаллизацию и процессы при термической обработке, страница 20

В настоящее время имеется достаточно информации о тесной взаимосвязи между структурой литых сплавов и их поведением при различных видах обработки.

Принимая за основу ведущую роль водорода в формировании свойств при кристаллизации, следует ожидать наследование его влияния на развитие процессов и при термической обработке.

а

б

в

Рисунок 3.43 – Микроструктура центральной (а), переходной (б) и поверхностной (в) частей слитка сплава Al – 20% Si , полученного с изотермической выдержкой   х110

3.2. Механизм влияния водорода на гомогенизацию, распад твердых растворов и новые режимы термической обработки

Для устранения последствий развития водородной хрупкости I вида применяется термическая обработка, заключающаяся прежде всего в высокотемпературном нагреве и охлаждении (закалка). Иногда применяется низкотемпературный нагрев с целью упрочнения (старение). Чаще всего для получения максимальной прочности проводят закалку с последующим старением.

3.2.1. Хрупкость при гомогенизации и новые режимы гомогенизации

Развитие хрупкости при гомогенизации сплавов происходит в связи с образованием пористости, ответственным за которую является водород.

Наиболее подробно поведение сплавов Al-Mg с добавками и без добавок бериллия при гомогенизации рассмотрено в [161, 162]. Там показано, что пористость интенсивно развивается в двойных сплавах, которые не имеют плотной защитной окисной пленкой. В процессе нагрева поверхность образцов из таких сплавов темнеет, что не наблюдается для легированных бериллием. Более того, прочность двойных сплавов при последующем увеличении времени выдержки при температуре гомогенизации резко снижается за счет зарождения, роста и слияния пор. Механизм этой хрупкости представляется следующим образом.

В структуре литых сплавов помимо алюминиевого твердого раствора имеются выделения промежуточных фаз. Для повышения пластичности требуется провести обработку, предусматривающую их растворение. Поскольку при кристаллизации в выделениях промежуточных фаз фиксируется значительное содержание водорода, то при нагреве происходит диффузия водорода из выделений в твердый раствор. По мере насыщения твердого раствора водородом выход его из промежуточной фазы прекращается. При последующем нагреве происходит удаление водорода из твердого раствора либо с образованием пористости, либо в окружающую атмосферу. Свидетельством последнего является, как правило, потемнение поверхности образцов. По мере удаления водорода из твердого раствора возобновляется его дальнейший выход из промежуточной фазы в твердый раствор. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор водорода в алюминии, что приведет к остановке растворения промежуточной фазы.

Растворение выделений промежуточных фаз при гомогенизации можно рассматривать как многостадийный процесс, заключающийся в сменяющих друг друга этапах удаления водорода из фазы и из твердого раствора. Накопление водорода в участках дефектного кристаллического построения приводит к его превращению из атомарного в молекулярный вид, Этот процесс молизации сопровождается образованием трещин с большим радиусом закругления, которые принято называть порами. При воздействии внешних нагрузок зарождение и распространение магистральной трещины происходит легко по порам и, несмотря на развитие вязкого разрушения с волокнистым изломом, пластичность сплава снижается. Это охрупчивание является частным случаем обшей проблемы водородной хрупкости, развивающейся при термической обработке. Приведенные представления о ее развитии, предусматривающие ведущую роль водорора в образовании и растворении выделений промежуточных фаз, позволяют понять сущность процессов устранения водородной хрупкости 1 вида.