Основной принцип, лежащий в основе повышения прочности металлов и их сплавов, — создание препятствий, затрудняющих перемещение дислокаций внутри материала. Упрочнение достигается путем их термической обработки или пластической деформации за счет увеличения плотности дефектов (рис. 1).
Основным методом упрочнения металлов является термическая обработка, представляющая собой процесс теплового воздействия на материалы для целенаправленного изменения их структуры и свойств. Возможность упрочнения сплавов с помощью термической обработки определяется превращениями определенного типа, которые происходят в сплавах металлов, находящихся в твердом состоянии. Эти превращения могут быть диффузионными и бездиффузионными.
При бездиффузионных превращениях атомы металлов сплава перемещаются на весьма малые расстояния, не более 1...2 периодов кристаллической решетки. Скорость превра- щений очень велика и значительно превосходит скорости нагрева и охлаждения сплавов при их обработке, поэтому управлять такими превращениями или регулировать их весьма трудно или невозможно. Примером бездиффузионного превращения может служить полиморфное превращение Feα ↔ Fe.
При диффузионных превращениях атомы перемещаются на значительные расстояния (до нескольких мм), превращения протекают медленно. Например, продолжительность процесса азотирования, описанного ниже, достигает нескольких суток. Поэтому степень прохождения этих превращений можно регулировать при термической обработке, изменяя скорость нагрева или охлаждения, температуру или время выдержки.
Примером диффузионного превращения может служить частичный распад твердого раствора, при котором в результате уменьшения растворимости одного из компонентов при понижении температуры из твердого раствора выделяется вторичная фаза (рис. 2).
Следует иметь в виду, что упрочняющей обработке подвергают заготовки, имеющие определенную форму, полученную в результате формообразующих операций, например обработки резанием. Для облегчения выполнения таких операций металл должен обладать хорошими технологическими свойствами — невысокими показателями твердости и прочности, что достигается специальными видами предварительной термической обработки.