Учитывая роль выделений разного типа в упрочнении и последовательность стадий распада пересыщенного раствора (смотрите Структурные изменения при старении), можно проанализировать влияние продолжительности старения при разных температурах на механические свойства сплава.
В наиболее общем случае предел прочности, предел текучести и твердость сплава с увеличением продолжительности старения возрастают, достигают максимума и затем снижаются (смотрите кривые Т2 и Т3 на рисунке).
Схема зависимости прочностных свойств
Схема зависимости прочностных свойств от продолжительности
старения при разных температурах (Т1 < Т2 < Т3).
Старение до достижения максимума прочностных свойств (восходящая ветвь кривых) называют упрочняющим, а правее максимума (нисходящая ветвь) — разупрочняющим старением или перестариванием. При этом подразумевается разупрочнение по сравнению со сплавом, который подвергался старению более короткое время. По сравнению же с исходным закаленным сплавом (начальная точка на оси ординат) перестаренный сплав может быть значительно прочнее.
Упрочнение с увеличением времени старения на восходящей ветви кривых может быть вызвано разными причинами. Во-первых, возможны случаи, когда на стадии упрочняющего старения плотность выделений столь велика, что дислокации не могут обходить выделения и перерезают их (при достаточно большом приложенном напряжении).
Рост прочностных свойств с увеличением продолжительности старения в этих случаях обусловлен возрастанием «химического» упрочнения и торможения дислокаций полями упругих напряжений из-за укрупнения выделений (в частности, зон ГП, смотрите рисунок Зависимость размера зон ГП), увеличения плотности их распределения в матрице и появления трудно перерезаемых частиц более стабильной фазы (например, θ´ в дополнение к θ˝ в сплавах Al — Cu).
Во-вторых, возможны случаи, когда на стадии упрочняющего старения дислокации проталкиваются между выделениями. В этих случаях рост прочностных свойств с увеличением продолжительности старения обусловлен увеличением плотности выделений при развитии распада и соответственно ростом критического напряжения проталкивания дислокаций (смотрите формулу).
В перестаренном сплаве дислокации не перерезают выделения, а только обходят их при напряжениях, меньше тех, которые необходимы для перерезания. Снижение прочностных свойств при переходе от упрочняющего старения к перестариванию может быть вызвано несколькими причинами.
Одна причина — увеличение расстояний между ранее образовавшимися выделениями из-за их коагуляции.
Другая причина — замена менее стабильных выделений более стабильными, характеризующимися (меньшим числом частиц в единице объема матрицы.
Третья возможная причина перестаривания — уменьшение или исчезновение поля упругих напряжений в матрице при замене когерентных выделений сначала полукогерентными, а затем и некогерентными.
В разных сплавах и при разных температурах старения одного сплава максимум упрочнения соответствует разным структурным состояниям. Без экспериментов нельзя предсказать, какова должна быть в данном сплаве конкретная структура, обеспечивающая максимальное упрочнение.
Ответ зависит от того, какие стадии распада возможны в этом сплаве при данной температуре старения, какова структура выделений, плотность выделений каждого типа, и от других факторов.
Можно лишь указать, что чаще всего максимальное упрочнение достигается в сплаве, в котором внутри зерен пересыщенного раствора образовались зоны ГП и выделения промежуточной метастабильной фазы или только выделения этой фазы (при высокой плотности их распределения).
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков