Диффузионный отжиг (гомогенизация). Основные требования к жаропрочным сплавам. Методы исследования процессов старения Аl–Сu–Мg сплавов, страница 2

Из каких соображений выбирают температуру гомогенизации t_гом сплавов? Вполне понятно, что она должна быть выше температуры полного растворения легирующих компонентов в алюминии, т. е. выше t₁ и ниже температуры равновесного солидуса (t_сол).

Т_{неравнов. сольвуса}<Т_гом<Т_{неравнов. солидуса}.

Кроме того, при выборе температуры гомогенизации следует учитывать наличие в слитке неравновесной эвтектики, температура плавления которой равна t_эв. Если слиток быстро нагреть до температуры выше t_эв, эвтектика расплавится, образовавшаяся жидкость через некоторое время снова закристаллизуется, поскольку медь из нее про-диффундирует в твердый раствор. Тем не менее, как правило, температуру гомогенизации выбирают ниже t_эв. Вообще при термической обработке не допускают нагревов до появления жидкой фазы, поскольку это сопровождается межзеренным окислением и образованием. пористости, что приводит к резкому снижению прочности и, особенно пластичности сплавов.

Учитывая, что гомогенизации подвергают массивные слитки, межзеренное окисление которых происходит лишь в тонком поверхностном слое, в последние годы слитки, предназначенные для некоторых прессованных изделий, гомогенизируют при температуре выше температуры плавления неравновесной эвтектики. Такую обработку называют высокотемпературной гомогенизацией. Высоко-температурная гомогенизация позволяет улучшить механические свойства некоторых прессованных изделий в поперечном направлении.

Выдержка при температуре гомогенизации должна обеспечить полное растворение неравновесных эвтектических включений фазы Al₂Cu. Выдержка должна быть тем больше, чем грубее эти включения, величина которых зависит от скорости кристаллизации при литье. Выдержка зависит также от размеров слитка. В общем случае выдержка при гомогенизации зависит от коэффициента диффузии в алюминии компонентов, содержащихся в растворяемой фазе.

Рис. 13. Алюминиевый угол диаграммы состояния системы Al – Cu.

Температура гомогенизации для промышленных алюминиевых сплавов колеблется в пределах от 450 до 520°С, а выдержка — от 4 до 40 ч.

Скорость охлаждения при гомогенизации обычно не регламентируют, слитки охлаждают вместе с печью или на воздухе. При таком сравнительно медленном охлаждении растворенные легирующие компоненты снова выделяются из твердого раствора в виде вторичных интерметаллидных кристаллов. Однако эти кристаллы гораздо меньше имевшихся до гомогенизации эвтектических включений и более равномерно распределены, поэтому пластичность сплава остается достаточно высокой.

Изложенная на примере сплавов Al – Cu сущность процесса гомогенизации может быть распространена и на более сложные алюминиевые сплавы, содержащие, кроме меди, магний, кремний и цинк в различных комбинациях. Отличие этих сплавов от двойных сплавов А1— Си заключается только в том, что в результате дендритной ликвации у сложных сплавов в литом состоянии твердый раствор неоднороден не только по содержанию меди, но и по содержанию Мg, Zn, Si, а по границам дендритных ячеек залегает не двойная (или не только двойная) эвтектика a+ Al₂Cu, а более сложные неравновесные эвтектики.

В том случае, когда в алюминиевом сплаве содержатся наряду с одним или несколькими перечисленными выше компонентами марганец, хром, цирконий и некоторые другие переходные металлы (а как известно, в большинстве деформируемых алюминиевых сплавов присутствует марганец), структурные превращения, происходящие при гомогенизации, усложняются. Образующийся при кристаллизации твердый раствор содержит почти весь марганец (или хром), имеющийся в сплаве (конечно, это справедливо только для тех количеств указанных компонентов, которые допустимы в промышленных сплавах). Получается твердый раствор, сильно пересыщенный переходными металлами не только при комнатной температуре, но и при температурах 450—500° С, при которых обычно гомогенизируют алюминиевые сплавы, поскольку растворимость марганца и других переходных металлов в алюминии при этих температурах очень мала. На рис. 14 в одном масштабе вычерчены кривые изменения растворимости меди, магния, марганца в алюминии в зависимости от температуры. Хорошо видно, что при температурах 450—500° С растворимость меди, магния и марганца в алюминии отличается весьма существенно. Поэтому во время выдержек при температуре гомогенизации, с одной стороны, растворяются кремний, медные, магниевые интерметаллиды, с другой стороны, из твердого раствора выделяются марганцевые (хромовые, циркониевые) интерметаллиды, являющиеся продуктами распада пересыщенного твердого раствора, образовавшегося при кристаллизации.