ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время тугоплавкие, редкие металлы и сплавы на их основе находят все более возрастающее применение в различных областях науки и техники.

В производстве указанных материалов и их применении в конструкциях большую роль играют процессы термической обработки, которые являются важнейшим звеном в цепи технологического цикла.

Термическую обработку применяют для дегазации и устранения химической и структурной неоднородности в слитках, прессованных и кованых заготовках, для снятия напряжений, возникающих в заготовках и изделиях при обработке давлением и резанием, при сварке и других технологических операциях, а так же как финишную операцию для упрочнения сплавов и придания им необходимой структуры и требуемых физико-механических свойств.

Научные основы и классификация видов термической обработки даны в известном труде акад. А. А. Бочвара — «Основы термической обработки сплавов» [1].

Исходя из характера фазовых и структурных изменений, происходящих в металлах и сплавах при тепловом воздействии, он все процессы термической обработки свел к пяти основным видам.

Первый вид термической обработки — отжиг I рода, включающий гомогенизацию, возврат и рекристаллизацию, т. е. операции, в процессе которых при нагреве не происходит изменения фазового состояния металлов и сплавов.

Второй вид термической обработки — фазовая перекристаллизация— включает операции тепловой обработки, сопровождающиеся изменением фазового состава металла или сплава в связи с переходом их через температуру фазового превращения в твердом состоянии (полиморфные превращения, изменение растворимости в твердом состоянии).

Третий вид термической обработки — закалка —включает термические операции, приводящие в условиях быстрого охлаждения к фиксированию структуры сплавов, свойственной высоким температурам или промежуточным метастабильным состояниям.

Четвертый вид термической обработки — отпуск (старение) — касается процессов распада закаленных неустойчивых структур (пересыщенных твердых растворов, метастабильных фаз), происходящих при комнатной температуре (естественное старение) или при некотором нагреве (искусственное старение).

Пятый вид термической обработки — химико-термическая обработка — операция, приводящая при нагреве к существенным изменениям структуры поверхности в результате химического взаимодействия металлов или сплавов с окружающей средой.

Перечисленные виды термической обработки в той или иной мере применимы и к тугоплавким, редким металлам и их сплавам. Режимы и условия проведения отдельных видов термической обработки этих материалов рассмотрены ниже.

В связи с применением в последние годы при создании сплавов на основе тугоплавких металлов новых принципов легирования, основанных на использовании эффекта локального фазового наклепа [9, 10], а также с использованием для их обработки энергии жидкости под высоким давлением (20—30 тыс. ат.) [11, 12] в указанных металлах и сплавах формируются особые дислокационные ячеистые структуры, которые ранее в них не наблюдались.

В условиях такого дислокационно-напряженного состояния при отжиге происходят сложные перемещения и взаимодействие дислокаций. Это приводит к образованию качественно новых структур, отличных от структур обычного рекристаллизованного материала.

В одних случаях при наличии высокой локальной концентрации дислокаций, возникающих в результате фазового наклепа вокруг специально вводимых частиц («генераторов дислокаций»), при нагреве происходит перемещение дислокаций; выстраиваясь в стенки, они образуют характерную дислокационную полигонизационную структуру.

Этот вид отжига дислокационно-напряженного металла, основанный на закономерном перемещении дислокаций в объеме металла и приводящий к образованию дислокационной полигонизационной структуры, в отличие от обычного отжига-полигонизации при возврате II рода, автором назван отжигом-полигонизацией II вида [8].

В других случаях, например, при обработке жидкостью высокого давления, когда в металле уже в процессе деформации в результате создания огромной концентрации дислокаций и их организованного перемещения образуется четкая ячеистая (полигонизационная) структура, при отжиге в результате переползания и аннигиляции дислокаций происходит рост одних полигонизированных зерен за счет других.

Этот вид отжига, заключающийся в слиянии отдельных мелких полигонизационных зерен в более крупные блоки и направленный на перестройку тонкой полигонизационной структуры, назван отжигом-деполигонизацией (собирательной полигонизацией).

Поскольку дислокации как несовершенства кристаллической решетки характеризуются более высокой энергией межатомного взаимодействия по сравнению с равновесными атомами в кристаллическом зерне, то для их перемещения или разрушения требуется большая энергия активации, а следовательно, и более высокая температура нагрева (отжига) по сравнению с температурой обычных перемещений равновесных атомов в решетке при возврате и рекристаллизации металла.

Поэтому отжиг-полигонизация II вида и отжиг-деполигонизация (собирательная полигонизация) проходят при более высоких температурах, чем отжиг-возврат и отжиг-рекристаллизация.

Таким образом, указанные виды отжига по своему механизму явлений и энергетическим параметрам не имеют ничего общего с процессами перестройки структуры обычно деформированного металла при отжиге-возврате и отжиге-рекристаллизации.

На различие этих процессов указывает также тот факт, что при отжиге-полигонизации II вида и отжиге-деполигонизации принципиально по иным законам происходит изменение механических свойств металлов и сплавов с повышением температуры отжига.

В отличие от других промышленных металлов и сплавов термическая обработка тугоплавких и редких металлов и сплавов в связи с их высокой химической активностью имеет ряд специфических особенностей.

Высокая склонность этих металлов к газопоглощению и окислению требует применения специальных мер защиты при нагреве и использования специализированного нагревательного оборудования.

Ниже рассматриваются основные виды термической обработки важнейших промышленных тугоплавких и редких металлов и их сплавов, а также некоторые особенности проведения этих процессов и применяемое для их осуществления оборудование.

Назад, на страницу описания