И отпуске (б). Исходное состояние: пересыщенный при закалке твердый раствор (а); мартенсит углеродистый (б)

Двухэтапную термообработку «закалка + отпуск» применяют для углеродистых и легированных сталей. При закалке образуется мартенсит, который одновременно является и пересыщенным (углеродом) твердым раствором. Этот мартенсит является высокотвердой и хрупкой фазой. Для того, чтобы понизить твердость («отпустить») и получить приемлемое сочетание прочности и пластичности, проводят последующий отпуск, при котором происходит распад мартенсита со снижением твердости (рис. 2.19, б) и одновременным повышением пластичности и ударной вязкости.

В связи с тем что до 70 % машиностроительных деталей изготавливают из углеродистых и легированных сталей, то такая двухэтапная термообработка, как «закалка + отпуск», является наиболее распространенной в современном машиностроении. При этом часто вместо слова «закалка» употребляют выражение «закалка на мартенсит».

Термообработка – отжиг

Для отжига как операции термической обработки характерно следующее:

- назначение: устранение дефектов структуры полуфабрикатов; разупрочнение сплавов; иногда – упрочнение, например, для титановых сплавов и сталей (после нормализации);

- особенности технологии: медленное охлаждение;

- положение в общем технологическом цикле изготовления деталей: как межоперационная, так и окончательная обработка.

Все виды отжигов подразделяют на две основные группы в зависимости от роли фазовых превращений в тех процессах, которые протекают при термообработке.

К отжигам первого родаотносят отжиги, у которых основные процессы происходят без участия фазовых превращений (например, гомогенизация, рекристаллизация, снятие напряжений и др.).

При отжигах второго родапротекают фазовые превращения, которые и определяют уровень свойств.

Материалы и сплавы, для которых применяются различные виды отжига, приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Типы отжигов для сплавов разного состава

Отжиги 1 рода	Отжиги 2 рода
Для сплавов на всех металлических основах, а также порошковых и гранулированных материалов	Для углеродистых и легированных сталей	Для сплавов с переменной растворимостью
Гомогенизационный (диффузионный) рекристаллизационный для уменьшения напряжений	Перекристаллизационный сфероидизирующий нормализация	Гетерогенизационный (разупрочняющий)

Отжиги первого рода

Отжиги первого рода являются универсальными: их применяют для всех сплавов, а также и для композиционных материалов, полученных методами порошковой металлургии. Виды отжига:гомогенизационный, отжиг, уменьшающий остаточные напряжения, рекристаллизационный.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг применяется для устранения дефекта литого сплава (междендритной ликвации), т.е. неоднородности химического состава в дендритах, образовавшихся во время кристаллизации при различных температурах. Результатом гомогенизационного отжига являются: повышение пластичности слитка при последующей горячей деформации; более однородные свойства по сечению горячекатаного полуфабриката, получаемого из отожженного слитка.

Отжиг для уменьшения остаточных напряжений. Остаточные напряжения – это упругие напряжения, которые сохраняются в металле после окончания технологического процесса. Эти напряжения уравновешиваются в объеме всего изделия или отдельных его макрочастей и называются зональными напряжениями или напряжениями I рода. Они возникают на различных стадиях технологического процесса получения изделий: при неравномерном охлаждении крупных полуфабрикатов или деталей; обработке давлением и сварке; поверхностной обработке путем резания, шлифования и т.п.

Остаточные напряжения в детали нежелательны, так как могут привести к короблению и даже к разрушению детали. Отжиг проводится для полной или частичной релаксации зональных остаточных напряжений.

Релаксация – процесс самопроизвольного частичного или полного возвращения физико-химической системы в равновесное состояние после того, как она из этого состояния была выведена.

Отжиг применяется для снятия остаточных напряжений в полуфабрикатах и деталях после многих технологических операций: сварки, горячей деформации, обработки резанием и т.п. (табл. 2.5).

Средством для снятия (релаксации) остаточных напряжений является нагрев до температур ниже температур фазовых превращений. Температура отжига для уменьшения остаточных напряжений составляет: для сталей – 550 – 680°С; алюминиевых сплавов – 230 – 370°С; медных сплавов – 250 – 300^оС.

Выдержки при отжиге составляют до десятков часов. Скорость охлаждения очень медленная, чтобы не допустить возникновения новых остаточных напряжений. Отжиг может быть окончательнымимежоперационным.

Отжиг рекристаллизационныйпроводится для снятия наклепа после холодной пластической деформации полуфабрикатов. Средством для устранения наклепа является повышенная температура, активизирующая процессы диффузии. Результатом рекристаллизационного отжига являются образование равноосной зеренной структуры, понижение плотности дислокации и разупрочнение сплава до исходного, недеформированного состояния.

Деформация в сочетании с отжигом является единственной возможностью регулировать свойства сплавов, не имеющих фазовых превращений в твердом состоянии.

Таблица 2.5