Каковы основные методы отжига деформируемого алюминия?

Отжиг — это процесс термической обработки, применяемый для получения однородного состава, стабильной микроструктуры или благоприятных технологических свойств. В зависимости от поставленной задачи отжиг кованого алюминия подразделяется на гомогенизационный, рекристаллизационный, промежуточный и окончательный отжиг.

Однородное отжигание

Однороднизирующий отжиг проводится в основном на алюминиевых заводах и предприятиях по производству сплавов. Слишком быстрое охлаждение может привести к возникновению эффекта закалки. Чтобы этого избежать, материал следует охлаждать в печи или после извлечения укладывать в штабеля для охлаждения на воздухе.

Отжиг рекристаллизации

Отжиг рекристаллизации устраняет кристаллические дефекты и деформационное упрочнение, вызванные пластической деформацией, а также повышает пластичность и ударную вязкость. Рекристаллизация происходит за счет зародышеобразования и роста новых зерен.

Промежуточный отжиг

При холодной обработке зачастую невозможно добиться значительной требуемой деформации за один проход. Промежуточный отжиг устраняет упрочнение от деформации и восстанавливает пластичность, что позволяет продолжить деформацию до достижения требуемых размеров и формы.

Окончательный отжиг

В зависимости от состава сплава и эксплуатационных требований окончательный отжиг может быть частичным (низкотемпературным) или полным (высокотемпературным).

При полном отжиге сплав, упрочненный холодной деформацией или частично закалкой, нагревается до температуры выше температуры фазового перехода и удерживается в этом состоянии до образования однофазного твердого раствора. Медленное охлаждение, как правило, в печи, позволяет твердому раствору распасться, а частицам второй фазы — слиться путем диффузии.

При частичном отжиге сплав нагревают до подходящей температуры ниже критической точки фазового перехода, выдерживают в этом состоянии, а затем относительно быстро охлаждают, как правило, на воздухе. Это позволяет устранить часть эффекта упрочнения от деформации, что облегчает последующую операцию формовки с ограниченной деформацией, либо повысить пластичность, сохранив при этом некоторое упрочнение, полученное в результате холодной деформации, в результате чего получается состояние «полутвердого» сплава.

Большая часть энергии деформации рассеивается в виде тепла, однако небольшая часть остается в металле в виде накопленной энергии, связанной с искажением кристаллической решетки и дефектами, такими как точечные дефекты, дислокации, границы субзерен и дефекты упаковки. Эта накопленная энергия, выражающаяся в виде увеличения свободной энергии после холодной деформации, является движущей силой изменений микроструктуры.

Когда пластически деформированный металл нагревают и удерживают при данной температуре, его структура изменяется в три этапа. В ходе восстановления удлиненные волокнистые зерна под микроскопом остаются практически неизменными. В ходе рекристаллизации внутри деформированных зерен зарождаются новые мелкие зерна, которые растут до тех пор, пока волокнистая структура не будет полностью заменена равноосными зернами. В ходе роста зерен новые зерна поглощают друг друга, пока не достигнут относительно стабильного размера. Выдержка при постепенно повышающейся температуре приводит к той же последовательности процессов.

В процессе восстановления твердость снижается лишь незначительно, тогда как пластичность улучшается; прочность изменяется аналогичным образом, поскольку, как правило, зависит от твердости. В процессе рекристаллизации твердость и прочность значительно снижаются, а пластичность резко возрастает. Увеличение твёрдости и прочности, вызванное пластической деформацией, связано с увеличением плотности дислокаций. Плотность дислокаций снижается лишь незначительно во время восстановления, но существенно падает во время рекристаллизации.