Потребительские свойства цветных и драгоценных металлов : технологические процессы формирования потребительских свойств металлов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 1064 

Кафедра металловедения цветных металлов

В.К. Портной 
 
 

Потребительские свойства 
цветных и драгоценных 
металлов 

Технологические процессы формирования 
потребительских свойств металлов 

Лабораторный практикум 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2010 

УДК 669.2/.8 
 
П60 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. В.С. Панов  

Портной В.К. 
П60  
Потребительские свойства цветных и драгоценных металлов: Технологические процессы формирования потребительских свойств металлов: Лаб. практикум. – М.: Изд. Дом  
МИСиС, 2010. – 59 с. 
 

В практикуме представлены лабораторные работы, которые знакомят 
студентов с причинами возникновения неоднородностей состава слитков при 
литье и основами гомогенизационного отжига для их устранения, с задачами 
и условиями смягчающего отжига деформированных сплавов для снятия деформационного наклепа, с возможностями упрочняющей термической обработки цветных сплавов, демонстрируют различия структуры и связанных с 
ней свойств стали после разных видов фазовой перекристаллизации, закалки 
и отпуска. 
Содержание практикума соответствует программе дисциплины «Потребительские свойства цветных и драгоценных металлов». 
Практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлению 
522000 «Коммерция», специализирующихся в области рынка цветных металлов (специальность 080301, группы КЦД), и может быть полезен студентам 
групп МЭ (специальность 060800) и АРМ (специальность 330201). 

 

 
© Портной В.К., 2010 

СОДЕРЖАНИЕ 

Лабораторная работа 1. Отжиг отливок и слитков............................4 
Лабораторная работа 2. Дорекристаллизационный 
и рекристаллизационный отжиг деформированных 
полуфабрикатов ..................................................................................17 
Лабораторная работа 3. Закалка и старение цветных сплавов.......33 
Лабораторная работа 4. Отжиг, нормализация, закалка 
и отпуск сталей ...................................................................................41 
 

Лабораторная работа 1 

ОТЖИГ ОТЛИВОК И СЛИТКОВ 
(4 часа) 

Цель работы – получение навыков анализа изменений микроструктуры и механических свойств при гомогенизации литых сплавов. 

1.1. Теоретическое введение 

1.1.1. Неравновесная кристаллизация 

Гомогенизационный отжиг предназначен для устранения химической (концентрационной) микронеоднородности сплавов, возникающей вследствие неравновесной кристаллизации расплава. Такую 
микронеоднородность часто называют дендритной ликвацией. Во 
многих промышленных цветных сплавах при первичной кристаллизации образуется твердый раствор – основная структурная составляющая сплава. Поэтому рассмотрим процесс кристаллизации такого 
твердого раствора на примере диаграммы состояния с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии (рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Изменение среднего состава твердого раствора при 
неравновесной кристаллизации (кривая cs) 

В сплаве X (рис. 1.1) после некоторого переохлаждения из расплава состава точки d образуются кристаллы твердого раствора состава 

→ В, % 
В 
А 

а 

Х 

b 

точки c. Эти кристаллы растут далее при охлаждении сплава в интервале кристаллизации, при этом состав жидкости меняется по линии ликвидуса (точки dhkq), а кристаллы, выделяющиеся из этой 
жидкости, меняют свой состав по линии солидуса (точки cgio). Это 
означает, что состав последовательно образующихся кристаллов при 
любой температуре определяется соответствующей точкой на кривой 
равновесного солидуса, например, точкой c при температуре t1 и точкой g при температуре t2. Следовательно, с понижением температуры 
из все более богатой компонентом В жидкости выделяются кристаллы, все более богатые металлом B.  
В равновесных условиях при любой температуре в интервале кристаллизации точкой солидуса определяется химический состав всего 
объема твердого раствора, т.е. и тех кристаллов, которые выделились 
ранее, при более высоких температурах, а не только тех, которые образовались при данной температуре. Например, при температуре t2 
кристаллы твердого раствора должны иметь состав точки g по всему 
объему. Следовательно, кристаллы, образовавшиеся ранее, должны 
диффузионным путем обмениваться атомами с кристаллами, выделившимися из расплава позже, чтобы в любой момент времени все 
кристаллы имели одинаковый средний состав. То же самое относится 
и к составу жидкости (точка h) при температуре t2. Этот состав относится ко всему объему жидкости, существующей при этой температуре. Такой ход равновесной кристаллизации возможен, если охлаждение идет так медленно, что полностью успевают пройти следующие четыре диффузионных процесса:  
1) выделение из жидкости кристаллов состава, соответствующего 
линии солидуса для каждой температуры, это требует так называемой разделительной диффузии; 
2) диффузионное выравнивание состава жидкой фазы по всему ее 
объему в соответствии с составом точки ликвидуса для каждой температуры;  
3) диффузионное выравнивание состава твердой фазы по всему ее 
объему в соответствии с составом точки солидуса для каждой температуры;  
4) диффузионный обмен между жидкой и твердой фазами для 
приведения их составов в равновесие. 
Обеспечение равновесной кристаллизации с полным протеканием 
перечисленных диффузионных процессов требует очень малых скоростей охлаждения, которые практически не применимы в производстве. Кроме того, рассматривая некоторое приближение к реальному 

процессу кристаллизации в производственных условиях, необходимо 
учитывать, что металлические кристаллы растут в форме дендритов. 
Эти древовидные образования из-за влияния примесей, условий теплоотвода в жидкости и распределения температур на фронте кристаллизации растут, ветвясь и наслаивая один на другой свежие слои 
выделяющейся из жидкости твердой фазы. Поэтому, чтобы первичные оси дендритов, их центральные слои не отличались по составу от 
последующих, более богатых компонентом B слоев, прежде всего, 
необходима выравнивающая диффузия между ранее и позднее образующимися слоями кристалла (процесс 3). Но, чтобы привести твердую фазу в равновесное состояние, одной такой диффузии недостаточно. Например, в кристалле, сердцевина и поверхность которого 
ранее имели состав точек c и g, соответственно по окончании выравнивающей диффузии при температуре t2 получается промежуточный 
состав, лежащий левее точки g, – точка f. Поэтому кроме выравнивающей диффузии внутри твердой фазы при равновесных условиях 
необходимо межфазовое взаимодействие расплава и кристаллов 
(процесс 4), которое приводит к дополнительному обогащению твердого раствора компонентом B из расплава так, что состав твердой 
фазы по всему объему оказывается в точке g на линии солидуса. 
В реальных условиях кристаллизации при непрерывном охлаждении с типичными промышленными скоростями, из-за повышенной 
диффузионной проницаемости жидкости, первые два из перечисленных выше процессов обычно успевают проходить. А третий и четвертый процессы, т.е. выравнивающая диффузия внутри твердой фазы и диффузионный обмен между жидкой и твердой фазой, полностью не успевают проходить. Образующийся в результате такой кристаллизации при определенной скорости охлаждения неоднородный 
по своему составу твердый раствор можно охарактеризовать некоторой линией изменения средней концентрации (cfjps), которая должна 
лежать левее линии солидуса (см. рис. 1.1).  
Равновесная кристаллизация сплава X должна заканчиваться при 
температуре t4 в точке o. В условиях неравновесной кристаллизации 
при температуре t4 еще не вся жидкость будет израсходована, в сплаве X при этой температуре еще присутствует жидкость в количестве, 
оцениваемом по правилу рычага отношением отрезков po/pq. Поэтому неравновесная кристаллизация будет продолжаться и ниже температуры t4 до тех пор, пока средний состав твердой фазы не совпадет с составом сплава в точке s. В этот момент поверхностные слои