- Чугуны
- Серый чугун обладает высокой демпфирующей способностью и меньшим коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, что обеспечивает его размерную стабильность при термическом циклировании. Для снижения внутренних напряжений, возникающих при литье, обычно проводят отжиг с отпуском при температуре 550–650 °C, не ухудшая прочности и твёрдости. К распространённым маркам серого чугуна относятся GG-15, GG-20 и GG-25.
- Нодулярный (ковкий) чугун также может обеспечивать хорошую стабильность. Кроме того, серии ковкого чугуна с низким коэффициентом теплового расширения (например, B1, B2, B3), содержащие значительное количество никеля и кобальта, демонстрируют изменения размеров всего на 0,005–0,026% и 0–0,044% в поперечном и продольном направлениях соответственно; это существенно ниже, чем у обычного ковкого чугуна (0,086% и 0,485%) или нержавеющей стали (0,188% и 0,682%).
- Легированные чугуны
Хотя деформация у литых сталей обычно выше из‑за фазовых превращений, были разработаны специальные виды литых сталей с низкой деформацией, подвергаемые пламенной закалке. Пламенная закалка применяется потому, что пониженная температура фазовых превращений этих особых сплавов позволяет избежать значительной деформации и предотвратить трещинообразование при закалке.
- Алюминиевые сплавы
- Алюминиевые сплавы требуют тщательного контроля технологического процесса из‑за их высокой теплопроводности, низкой температуры плавления (~660 °C) и склонности к проседанию под действием силы тяжести при повышенных температурах.
- ADC12 (Al-Si-Cu) — это сплав для литья под давлением, обладающий хорошей размерной стабильностью. Его термообработка должна строго контролироваться, поскольку выпадение таких элементов, как кремний, вызывает растяжения и деформации.
- A356 и A365 — сплавы с хорошими литейными свойствами и возможностью термообработки. Их деформацию можно минимизировать за счёт оптимизации нагрева и закалки, что позволяет предотвратить образование трещин и сохранить точность изделий.
- Сплавы с низким коэффициентом расширения
Эти специальные сплавы предназначены для применений, требующих практически нулевого коэффициента теплового расширения и высокой размерной стабильности в широком диапазоне температур.
- Инвар 36 (Fe-36% Ni) обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения (CTE), благодаря чему его размеры остаются практически неизменными от криогенных температур до 260 °C.
- Супер‑Инвар (Fe-32% Ni-5% Co) обеспечивает ещё более низкий коэффициент теплового расширения, чем стандартный Инвар, что делает его идеальным выбором для самых требовательных задач.
- Ковар (Fe-Ni-Co) — ещё один сплав с низким CTE, который сохраняет минимальные изменения размеров даже при колебаниях температуры.
- Другие сплавы
- Сплав Замак (Zn-Al) имеет низкую температуру плавления (около 390 °C), что снижает термические нагрузки на формы и инструменты, обеспечивая долгосрочную размерную точность.
- Некоторые суперсплавы, такие как GH242 (Ni-Mo-Cr), изначально обладают низким коэффициентом теплового расширения в сочетании с высокой прочностью при высоких температурах, что гарантирует их стабильность.
Общие принципы термообработки с минимальной деформацией
Помимо выбора материала, существуют общие принципы, которые следует соблюдать в процессе, чтобы минимизировать деформацию при термообработке:
- Перед любой термической обработкой при высоких температурах всегда проводите ступень отжига для снятия остаточных напряжений литья.
- Оптимизируйте состав сплава, чтобы понизить точку Мs, обеспечив более плавное превращение и уменьшив изменения объёма и напряжения при закалке.
- Контролируйте скорость закалки, чтобы избежать больших тепловых градиентов (например, при возможности выбирайте воздушное охлаждение), поскольку быстрое охлаждение является одной из основных причин деформации.