Перекристаллизация. Этот метод упрочнения основан на бездиффузионных превращениях. При перекристаллизации упрочнение сплавов достигается за счет измельчения зерен, которое происходит при полиморфном превращении (изменение типа кристаллической решетки) в процессе нагрева и охлаждения сплава.
Рассмотрим процесс перекристаллизации на примере сплавов системы «Fе — Сг» (рис. ). На диаграмме α-твердый раствор хрома в Fеα; γ — твердый раствор хрома в Feγ
Эти твердые растворы отличаются типом кристаллической решетки: α-твердый раствор имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку; γ-твердый раствор- кубическую грансцентрированную. Перекристаллизация возможна в сплавах, концентрация хрома в которых ниже определяемой проекцией точки
а — а'.
Рассмотрим превращения, протекающие при нагреве и охлаждении в одном из таких сплавов. До упрочнения структура сплава (заготовки) состоит из крупных зерен α-твердого раствора (рис. , а). Прочность сплава в таком состоянии невелика, так как мала протяженность межзеренных границ, которые являются препятствиями на пути перемещения дислокаций. При нагреве сплава крупнозернистая структура сохраняется до точки 1 — температуры начала полиморфного превращения (см. рис. 3.14). При температуре выше точки 1

α-твердый раствор становится неустойчивым и по границам его зерен происходит образование новой фазы - γ, размеры зерен которой значительно меньше зерен α-фазы (рис. ). При дальнейшем повышении температуры (до точки 2) количество γ-фазы увеличивается за счет образования новых мелких зерен. В точке 2 полиморфное α → γ превращение заканчивается, α-фаза полностью заменяется
γ -фазой, имеющей более мелкие зерна (рис. , в). Нагрев выше точки 2 (до точки 3) не изменяет фазового состава сплава, по приводит к укрупнению зерен γ-фазы. В связи с этим при проведении термической обработки сплав нагревают лишь немного выше точки 2 (на 30...50 °С), что гарантирует
завершение α → γ превращения, но не вызывает увеличения размеров зерен γ-твердого раствора.
После нагрева до указанной температуры и необходимой выдержки сплав охлаждают. Охлаждение выполняют медленно для получения равновесной структуры и снятия напряжений, возникающих при фазовых превращениях.
При охлаждении до точки 2 начинается обратное (γ→ α) полиморфное превращение с образованием по границам зерен γ-твердого раствора кристаллитов α-фазы, более мелких, чем у исходной γ-фазы (рис. , г). При понижении температуры до точки 1 количество а-фазы возрастает за счет появления новых мелких зерен. В точке 1 полиморфное превращение заканчивается, структура сплава, сформированная окончательно в результате двойной перекристаллизации,
состоит из мелких зерен α-твердого раствора (рис. , д).
Таким образом, в результате термической обработки фазовый состав сплава не изменился, изменилась его структура - из крупнозернистой превратилась в мелкозернистую.
Уникальность этого метода упрочнения заключается в том, что в результате измельчения зерна повышается не только прочность, но и пластичность сплава. Все остальные методы, повышающие прочность сплавов, одновременно снижают их пластичность.
Полная перекристаллизация, т.е. α→γ и γ→ α превращения при нагреве и охлаждении соответственно, во всем объеме возможна только в сплавах с концентрацией хрома не более b' — проекции точки b (см. рис. 3.14). Сплавы, лежащие в интервале b' - а', невозможно упрочнить во всем объеме, так как при нагреве не произойдет полной перекристаллизации, возможно лишь превращение α→ α+ у и, таким образом, лишь частичное упрочнение.
Помимо рассмотренной диаграммы состояния упрочнение за счет полиморфного превращения возможно в сплавах, диаграмма состояния которых представлена на рис. 3.16.
Здесь сплавы с содержанием компонента В до Г можно упрочнить во всем объеме, лежащие в интервале F-D-частично. Сплавы с содержанием компонента В более D упрочнить невозможно, поскольку при нагреве их структура не меняется вплоть до начала плавления

Дисперсионное твердение. Упрочнение сплавов основано на диффузионных превращениях в твердом состоянии. Дисперсионное твердение — это упрочнение сплава за счет выделения из пересыщенного и потому неравновесного твердого раствора большого количества очень мелких (дисперсных) частиц вторичной фазы, которые эффективно препятствуют скольжению дислокаций и, следовательно, повышают прочность сплава. Дисперсионное твердение возможно в сплавах, представляющих собой твердые растворы с ограниченной растворимостью компонентов, в которых с понижением температуры уменьшается растворимость одного из компонентов, что приводит к выделению вторичной фазы (см. рис. ). Рассмотрим процесс упрочнения одного из сплавов, представленных на диаграмме (рис. ).
В равновесном состоянии, до упрочнения, структура сплава состоит из а-твердого раствора и небольшого количества крупных кристаллитов вторичной фазы — β_II (рис. 3.17, б). Вторичная фаза в этом сплаве выделяется из α-твердого раствора, поскольку с понижением температуры в нем уменьшается растворимость компонента
В (по линии DF). При медленном охлаждении зерна вторичной фазы укрупняются (коагулируют) и округляются.
Сплав с такой структурой (рис. 3.17, б) имеет невысокую прочность, так как небольшое количество частиц вторичной фазы не может эффективно препятствовать перемещению дислокаций.
Для упрочнения сплава необходимо изменить его структуру увеличением количества частиц β_II за счет уменьшения их размеров. Это достигается термической обработкой, состоящей из операций закалки и старения.
Закалка - операция термической обработки, которая заключается в нагреве сплава выше критической температуры и охлаждении со скоростью, достаточной для подавления диффузионных превращений. Цель закалки — получение пересыщенного, а потому неравновесного твердого раствора.
Применительно к рассматриваемому сплаву температуру закалки выбирают немного выше критической точки — температуры При этом достигается полное растворение всех частиц β_II в α-твердом растворе, структура становится однофазной и состав твердого раствора соответствует составу сплава (в α-фазe К% компонента В, см. рис. 3.17, а).
Для получения пересыщенного твердого раствора необходимо быстро (например, в воде) охладить сплав до температуры цеха (20 °С), чтобы подавить диффузионные процессы, т.е. выделение β_II. Поскольку выделение β_IIподавлено, структура сплава после закалки является однофазной — это α-твердый раствор (рис. 3.17, в). Полученный твердый раствор является неравновесным из-за пересыщенности его компонентом В: в равновесном состоянии концентрация
компонентов в а-твердом растворе соответствует точке Р, а после закалки — точке К на оси концентраций.
Неравновесные системы стремятся к равновесному состоянию, поэтому с течением времени из пересыщенного твердого раствора начнется выделение избыточного компонента В в виде очень мелких (дисперсных) частиц β_II. Этот процесс называется естественным старением. Он может длиться достаточно долго, поскольку при низких температурах диффузионные процессы протекают медленно.
На практике чаще применяют искусственное старение, которое проводят при невысоких температурах (значительно ниже температур закалки). Температуру нагрева и время выдержки при искусственном старении выбирают экспериментально так, чтобы произошло только выделение частиц β_II. но не их рост (рис. 3.17, г).Сплав с изменившейся структурой в результате дисперсионного твердения имеет повышенную прочность, так как большое количество частиц второй фазы эффективно
задерживает перемещение дислокаций. Пластичность сплава при этом снижается. Дисперсными частицами часто являются химические соединения, имеющие высокую твердость и хрупкость. Поэтому дисперсионное твердение сопровождается также увеличением твердости и хрупкости сплава.

.