Металловедение для машиностроения: Справочник

Шмитт-Томас К.Г.

Металлургия, 1995 г.

ТЕРМООБРАБОТКА В НЕРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Самое важное применение термообработки в неравновесном состоянии заключается в повышении показателей прочности материала. Двумя важнейшими способами для этого являются изменения твердости в результате фазового превращения и дисперсионного твердения.

Повышение показателей твердости и связанное с этим уменьшение вязкости и пластичности, всегда связаны с влиянием структуры дефектов в смысле препятствий перемещению дислокаций и поэтому способности к пластической деформации. Создание таких принудительных состояний без изменения состава материала означает, что состояние материала из равновесия переводится в более или менее четко выраженное неравновесное состояние. В связи с представлениями о дислокациях и их взаимодействии между собой можно описать деформацию в холодном состоянии и наклеп материала.

Благодаря повышению плотности дислокаций, обусловленной холодной деформацией, возникает повышение уровня напряженного состояния. Это неравновесное состояние вследствие механизмов деформации можно устранить, например, рекристаллизационным отжигом (см. ч. I, гл. 8). Также вследствие термообработки могут быть достигнуты неравновесные состояния из-за повышения внутренней энергии соответственно удалению от равновесного состояния. Принципиально такие неравновесные состояния достигаются быстрым охлаждением и не соответствующим равновесию распределением фаз или легирующих элементов. Так же, как и при холодной деформации, достигаемое при этом повышение прочности основывается на повышении внутреннего напряженного состояния.

Для достижения технически используемого повышения твердости путем термообработки в неравновесном состоянии необходим сплав металлов, так как только при этом можно установить требуемое состояние твердого раствора в неравновесном состоянии. Принципиально возможны при этом в зависимости от имеющегося сплава два вида термообработки для достижения неравновесного состояния. При этом речь идет об изменении твердости в результате фазового превращения; дисперсионном твердении, старении.

Изменение твердости в результате фазового превращения является предпочтительным способом, применяемым при закалке стали. Дисперсионное твердение — это единственная возможность повышать твердость непревращающихся сплавов, не испытывающих полиморфных превращений, таких, как, например, сплавы Аl, Сu, Niи др., при термической обработке. Дисперсионное твердение можно, однако, применять как дополнительное при изменении твердости в результате фазового превращения (мартенситное упрочнение). Также механизм дисперсионного твердения без изменения твердости в результате фазового превращения служит повышению твердости при микролегированных конструкционных сталях (HSTA-стали). _т

13.1. Закалка стали с фазовой перекристаллизацией

Предпосылкой для упрочнения материала путем изменения твердости в результате фазового превращения является то, что в зависимости от температуры материал обнаруживает фазовое изменение в твердом состоянии, как это дано у сталей в форме превращения α-у. Превращение α—γ является для твердения необходимым, но одно оно еще недостаточно, чтобы проявилось при закалке низкоуглеродистой стали. Кроме того, необходимо, чтобы растворимость элемента, например углерода со сталью, в исходной фазе была бы значительно больше, чем в конечной фазе, достигаемой после закалки. Наконец, еще необходимо, чтобы фазовое превращение происходило со значительно более высокой скоростью, чем скорость диффузии, чтобы, таким образом, фазовое превращение не управлялось диффузией.

При этих условиях в случае со сталью достигается, что углерод при недиффузионном превращении не может выйти из решетки через диффузию и, таким образом, остается в принудительном состоянии в конечной фазе, чем обусловливается упрочнение. Раскрытие