Гарт
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Гарт

Гарт, термічна обробка матеріалів, що полягає в їх нагріві і подальшому швидкому охолоджуванні з метою фіксації високотемпературного стану матеріалу або запобігання (придушення) небажаним процесам, що відбуваються при його повільному охолоджуванні. З. можлива лише для тих речовин, рівноважний стан яких при високій температурі відрізняється від рівноважного стану при низькій температурі (наприклад, кристалічною структурою). З. ефективна лише в тому випадку, якщо реально досяжна швидкість охолоджування достатня для того, щоб не встигли розвинутися процеси, придушення яких є метою З. Структури, що виникають в результаті З., лише відносно стійкі, при нагріві вони переходять в стійкіший стан. З. можуть піддаватися в природних умовах або в певному технологічному процесі багато речовин (метали, їх сплави, стекло і пр.).

загрузка...

  Гарт стали. Найбільш широка група матеріалів, З, що піддаються., — стали. Відповідно до діаграмою стану вуглецевих для заліза сплавів ( мал. 1 ) термодинамічно стійким станом стали при температурах, розташованих вище за лінію GSE діаграми стану, є аустеніт — розчин вуглецю в g-залозі (див. Залізовуглецеві сплави ); нижче за лінію PSK — суміш фериту (розчину вуглецю в а-залозі) і цементіта ( карбіду заліза Fe 3 C). При повільному охолоджуванні від температур, розташованих вище за лінію PSK, аустеніт відповідно до діаграми стану повинен розпадатися на ферит і цементіт. Швидкість цього перетворення міняється з температурою і при досить низькій температурі стає настільки малою, що аустеніт практично не розпадається. При подальшому зниженні температури аустеніт перетворюється на мартенсіт, поява якого в структурі сталі приводить до різкого збільшення твердості, міцності, магнітного насичення і до зниження пластичності. Мета З. стали — здобуття повністю мартенситної структури (без продуктів розпаду аустеніту), тобто придушення при швидкому охолоджуванні розпаду аустеніту і збереження його аж до температур, при яких починається мартенситне перетворення. Мінімальна швидкість охолоджування, достатня для запобігання розпаду аустеніту, носить назву критичної швидкості З. стали.

  В практиці термічної обробки металів для здобуття металів, зокрема сталей, з певними властивостями застосовують різні види З. Залежно від умов нагріву розрізняють З. повну і неповну. При повній З. швидке охолоджування сталі виробляють після нагріву її до температур, лежачих вище за лінію GSE. При цьому сталь повністю переводиться в аустенітний стан. При неповній З. (головним чином інструментальних сталей) метал нагрівають до температур вище за лінію PSK ; після охолоджування в структурі можуть зберігатися що не розчинилися при нагріві т.з. надлишкові фази ( ферит або цементіт і складніші карбіди). Залежно від умов охолоджування розрізняють З. ізотермічну, ступінчасту і ін. При ізотермічній З. сталь нагрівають до температур вище за лінію GSE (повна З.) або вище PSK (неповна З.), потім швидко охолоджують до температур нижче за лінію PSK і дають т.з. ізотермічну витримку, при якій відбувається перетворення аустеніту в ін. структури (перлит, бейніт). В цьому випадку властивості остаточних продуктів визначаються температурою ізотермічної витримки: твердість і міцність матеріалу зростають у міру зниження температури. При ступінчастій З. охолоджування з великою швидкістю виробляють до температури, декілька що перевищує температуру мартенситного перетворення, і дають витримку, необхідну для вирівнювання цієї температури по всій товщині виробу (рівень), а потім охолоджування ведуть повільно до освіти в структурі мартенсіту. Зовнішні чинники, головним чином гартівне середовище (вода, масло, розплавлена сіль) і тиск, також визначають результати З.

  Загартована сталь відрізняється великою крихкістю, тому після З. її зазвичай піддають відпустці . При одній і тій же твердості сталь, піддана З. з подальшою відпусткою, пластичніша (отже, більш працездатна), ніж сталь, піддана повільному охолоджуванню, при якому відбувається розпад аустеніту на ферит і цементіт. Це визначає надзвичайно широке використання З. стали в техніці: вживання її не лише для здобуття стали з високою твердістю, але і для здобуття (після відповідної відпустки) стали з середньою і низькою твердістю, але що володіє хорошими конструкційними властивостями.

  Гарт старіючих сплавів. Якщо рівноважна концентрація твердого розчину істотно змінюється при зміні температури, то при охолоджуванні відбувається виділення з нього надлишку одного з компонентів (див. Старіння металів ). Цей процес є дифузійним і може бути пригнічений З. ( мал. 2 ). Мета З. в цьому випадку — фіксація пересиченого твердого розчину при низькій, наприклад кімнатною, температурі. Старіння сплаву може відбуватися потім при кімнатній або вищій температурі. Сплав із структурою, що виникає при З. і старінні, володіє високими прочностнимі властивостями, великою коерцитівной силою (магнітні сплави). Т. н. дисперсійно-твердіючі сплави, З, що піддаються. з подальшим старінням, знаходять широке вживання, наприклад дуралюмін — як конструкційний матеріал, німонік — жароміцний; альнико — для виготовлення постійних магнітів і ін.

 

 

  Гарт сплавів, що упорядковуються. Впорядкування сплавів приводить до зміни їх фізичних і механічних властивостей, наприклад до зниження пластичності. Якщо впорядкування небажане, то сплави піддають З., яка приводить до фіксації неврегульованого стану при низькій температурі. Це можливо, якщо швидкість процесів, що приводять до впорядкування, не дуже велика.

  Гарт чистих металів і однофазних сплавів. Для вивчення вакансій і їх впливів на механічні і фізичні властивості речовин застосовують З. чистих металів і однофазних сплавів. Мета З. в цьому випадку — фіксація при низькій температурі концентрації вакансій, рівноважної при високій температурі. Подальший нагрів матеріалів до температур, при яких вакансії стають рухливими, приводить до підвищення опору пластичній деформації («гартівне зміцнення») і зниженню внутрішнього тертя . Вивчаючи залежність рівноважної концентрації вакансій від температури і швидкість видалення зафіксованих при З. надлишкових вакансій, можна знайти енергію освіти і енергію активації міграції вакансій, сума яких (енергій) визначає енергію активації самодифузії.

  Гарт рідини. З. може затримувати кристалізацію рідин. Результат З. в цьому випадку — перехід рідини в скловидний стан. Швидкість кристалізації металів дуже велика, тому отримати їх в скловидному аморфному стані зазвичай не удається.

  Гарт з рідкого стану. Для деяких систем, що мають певний вигляд діаграми стану, можлива З. з рідкого стану. Така З. дозволяє усунути ліквацію, що виникає при кристалізації із звичайною швидкістю охолоджування; отримати пересичений твердий розчин, що містить значно більшу кількість другого компонента, чим це можливо по діаграмі стану; отримати метастабільні фази, що не виникають при повільній кристалізації і стани, що не фігурують на діаграмі.

  Літ.: Харді Р. До., Хилл Т. Дж., Процес виділення, в збірці: Успіхи фізики металів, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 2, М., 1958; Курдюмов Р. Ст, Явища гарту і відпустки стали, М., 1960; Фізичне металознавство, під ред. Р. Кана, пер.(переведення) з англ.(англійський), ст 1—3. М., 1967.

Мал. 2. Частина діаграми стану системи алюміній — мідь, що примикає до алюмінію. При гарті з а-області фіксується твердий розчин, що виявляється при низьких температурах сильно пересиченим міддю.

Мал. 1. Частина діаграми стану системи залізо-вуглець, відповідна сталям.