Закалка без полиморфного превращения или истинная закалка чаще всего применяется при термообработке цветных сплавов (пример БрБ2, Д16, АЛ8 и др.), реже для легированных сталей с определенным химическим составом и определенной применяемостью (Х18Н9). Смысл данного вида термообработки сводится к фиксации твердого раствора, пересыщенного частицами второй фазы, при помощи быстрого охлаждения сплава с температуры закалки. Это делается для последующего старения сплава - выделения частиц той самой второй фазы, с целью получения определенного комплекса прочностных свойств.
Чтобы понять как это происходит, можно обратиться к диаграмме состояния сплавов, упрочняемых термической обработкой.
При нагреве под закалку сплава 1, при достижении некоторой температуры То, твердый раствор β полностью растворяется в α - твердом растворе. Далее, после нагрева до температуры закалки и после небольшой выдержки при этой температуре, осуществляется быстрое охлаждение сплава, которое фиксирует однофазный пересыщенный α - твердый раствор. Данное состояние сплава существует при комнатной температуре, а изменяется лишь после искусственного или естественного старения, когда из сплава выделяется вторая фаза. Но не все сплавы после закалки имеют структуру однофазного твердого раствора. Например сплав 2, вплоть до температур эвтектического превращения, имеет в своей структуре α и β твердые растворы. При закалке этого сплава с температуры Тзак данная структура зафиксируется и при комнатной температуре будет иметь тот же состав: пересыщенный α-твердый раствор и нерастворенная β-фаза.
Термически упрочняемые и термически не упрочняемые сплавы
Закалке без полиморфного превращения могут подвергаться все сплавы с концентрацией компонентов правее точки а2. Это так называемые термически упрочняемые сплавы (ТУ). Это определение чаще всего используют, когда говорят о термической обработке цветных сплавов. Также на диаграмме присутствует область сплавов с концентрацией компонентов А-а2. Эти сплавы при всех концентрация на указанном участке и при всех температурах до температуры появления жидкости имеют структуру однофазного α-твердого раствора. Соответственно у них отсутствует вторая фаза, которая вызывает упрочнение при старении. Такие сплавы называются термически не упрочняемыми (ТНУ).
Изменение механических свойств при закалке без полиморфного превращения
При закалке без полиморфного превращения не всегда происходит упрочнение сплава, как например при закалке классических конструкционных сталей типа 40Х. В зависимости от химического состава, при закалке сплавы могут вести себя по разному. Например в известном конструкционном сплаве БрБ2, после закалки снижается прочность и повышается пластичность. Такое поведение механических свойств удобно использовать на практике. Так, например, некоторые операции формообразования изделий проводятся между операциями закалки и старения цветных сплавов. Также некоторые сплавы, в сравнении с равновесным состоянием, после закалки могут незначительно повышать прочность, но понижать пластичность. Пример некоторых сплавов приведен в таблице.
*Сплав АЛ8 относится к литейным сплавам, соответственно в таблице сравниваются свойства после литья и свойства после закалки
Выбор температуры истинной закалки и охлаждающей среды
Большинство режимов закалки цветных сплавов отработаны на практике, а закалочные температуры прописаны в соответствующих стандартах (ГОСТах и ОСТах). Если говорить о выборе температуры закалки из однофазного состояния, то температура должны быть выше линии растворимости β - твердого раствора (линия а-а2), но ниже температуры появления жидкости (линия а-А’). Температура закалки сплавов с избыточной фазой, также должна выбираться с учетом требуемых конечных механических свойств и с учетом требуемого количества избыточной фазы.
В качестве закалочных сред чаще всего используются вода с разной температурой или полимеры для цветных сплавов, и масло, вода или полимеры для сталей.
