Выбор температуры и продолжительности старения
После предварительной оценки температурного уровня старения по соотношению или по аналогии с другими сплавами на базе того же металла экспериментально отрабатывают режим старения, строя графики, подобные рисуноки Схема зависимости прочностных свойств и Схема зависимости прочности от температуры старения.
Как известно, старение подразделяют на естественное, происходящее при комнатной температуре, и искусственное, требующее нагревания до определенной температуры.
В большинстве стареющих сплавов вылеживание при комнатной температуре после закалки не дает такого изменения свойств, которое можно было бы практически использовать. Механические свойства закаленных медных, никелевых и многих других сплавов вообще не изменяются при комнатной температуре, так как она слишком низка для развития в них диффузионных процессов.
В алюминиевых сплавах (дуралюминах и др.) образование зон ГП при естественном старении приводит к сильному упрочнению, что широко используют в промышленности.
Понятия «естественное» и «искусственное» старение характеризуют условия его проведения, но однозначно не определяют характер структурных изменений в пересыщенном твердом растворе.
Если исключить из рассмотрения легкоплавкие сплавы, у которых естественное старение протекает при высокой гомологической температуре (для свинцовых сплавов — около 0,5 Тпл) и приводит к далеко зашедшему распаду, то можно считать, что у большинства сплавов при естественном старении образуются только кластеры.
В то же время при искусственном старении в зависимости от его температуры и продолжительности распад раствора останавливается или на зонной стадии, или на стадии выделения промежуточных фаз либо доходит до коагуляции выделений стабильной фазы.
И. Н. Фридляндер предложил параллельно с понятием естественное и искусственное старение использовать понятия зонное и фазовое старение. Зонное старение алюминиевых сплавов может быть естественным и искусственным и заканчивается на стадии образования зон ГП.
Фазовое старение алюминиевых сплавов, как правило, бывает искусственным. Исключение составляют многолетние выдержки при комнатной температуре сплавов на базе системы Al — Zn — Mg. Практически важно, что сплав после зонного и фазового старения характеризуется разным комплексом свойств.
Для зонного старения алюминиевых сплавов характерны большое относительное удлинение (δ > 10 / 15%), значительная разница между пределами прочности и текучести (σ0,2 / σв = 0,7 / 0,8) > высокое сопротивление удару и стойкость против коррозии под напряжением. Зонное старение бывает только упрочняющим.
Фазовое старение может быть упрочняющим и разупрочняющим (перестраивание). Для упрочняющего фазового старения характерны пониженное относительное удлинение, малая разница между пределами прочности и текучести (σ0,2 / σв = 0,8 / 0,95), пониженная ударная вязкость и пониженная стойкость против коррозии под напряжением.
Подразделение старения на зонное и фазовое в значительной мере условно. Во-первых, условно само подразделение выделений на зоны ГП и промежуточные фазы (смотрите Структурные изменения при старении), что нашло отражение в двойственном названии зоны ГП2-фаза θ˝. Во-вторых, при распаде раствора зоны ГП заменяются выделениями промежуточных фаз постепенно и могут сосуществовать с ними длительное время (смотрите кривые старения для сплавов алюминия с 4 и 4,5% Cu на рисунке Зависимость твердости).
В-третьих, моменты появления промежуточной фазы или полного исчезновения зон ГП могут не отразиться на кривых изменения свойств.
Без прямых структурных исследований, измеряя только свойства, нельзя однозначно сказать, с каким структурным состоянием мы имеем дело. Однако подразделение старения на зонное и фазовое, несмотря на его условность, полезно, так как позволяет ориентироваться в выборе режима старения для получения определенного комплекса свойств.
Оптимальный режим старения часто назначают, исходя из требования достигнуть максимальную прочность. Но для многих изделий критерием оптимальности режима старения служит не максимальная прочность, а сочетание разных свойств.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков