Прерывистый распад

При прерывистом распаде в зернах исходного пересыщенного раствора αп зарождаются и растут ячейки (колонии) двухфазной смеси α1 + β, часто имеющие перлитообразное строение.

У α1-фазы внутри ячеек — та же решетка, что и у исходной фазы αп, но состав ее является равновесным при данной температуре распада или промежуточным между исходным и равновесным.

Рассматриваемое превращение можно записать в следующей форме:

Формула

Средний состав двухфазной смеси α1 + β внутри ячейки такой же, как состав исходного раствора αп.


Колонии прерывистого распада

Колонии прерывистого распада

Колонии прерывистого распада в сплаве Ni — 20% Сr — 9% Nb.
Старение при 850 °С, 2 ч после закалки с 1180 °С. Х1350
(А. Г. Рахштадт, О. М. Ховова, Н. Н. Гевелинг).


Распад развивается при продвижении фронта ячейки в исходный раствор вследствие кооперативного роста α1 и β -фаз аналогично росту перлитной колонии.

Во время превращения концентрация исходного раствора остается все время неизменной, пока этот раствор совсем не исчезнет.

На границе ячейки и исходного раствора в узкой зоне происходит резкий скачок концентрации — от исходной в растворе αп до концентрации раствора α1 внутри ячейки. Поэтому распад и называют прерывистым в отличие от непрерывного, при котором в исходном растворе концентрация легирующего элемента плавно снижается, так как он постепенно «высасывается» в результате роста избыточной β-фазы.

Рентгенографически прерывистый распад впервые был обнаружен Н. В. Агеевым, М. Хансеном и Г. Заксом в 1930 г. на сплаве серебра с медью. При непрерывном распаде период решетки матричного раствора плавно изменяется из-за постепенного уменьшения его концентрации по всему объему и линии рентгенограммы соответственно смещаются и размываются.

При прерывистом распаде на рентгенограмме отмечаются две системы линий: одна соответствует исходному раствору αп с определенным периодом решетки, а другая — раствору α1 с конечной концентрацией и своим периодом решетки. С развитием прерывистого распада линии рентгенограммы не смещаются, т. е. периоды решеток α-раствора двух составов не изменяются. Постепенно ослабляются интерференции от раствора с исходной концентрацией, так как количество его уменьшается, и усиливаются отражения от раствора с конечной концентрацией.

Из-за присутствия двух α-растворов с однотипной решеткой, но разным составом прерывистый распад называют также «двухфазным» в отличие от «однофазного» непрерывного распада. Эта терминология не совсем удачна, так как при непрерывном распаде также имеются не одна, а две фазы — матричная и выделяющаяся. Более точны названия прерывистый или ячеистый распад.

Прерывистый распад бывает только локализованным и начинается чаще всего от границ зерен. При малом межпластиночном расстоянии в ячейках или сильной травимости превращенной области она выявляется под световым микроскопом в виде темных участков, обычно резко отличающихся от светлых зерен исходного пересыщенного раствора. На начальных стадиях прерывистого распада он выявляется в виде утолщенных границ зерен исходной фазы.

Кристаллографическая ориентация α1-фазы внутри ячейки отличается от исходной ориентации α1-фазы в том зерне, в котором растет эта ячейка. Вместе с тем ориентация аβ-фазы внутри ячейки такая же, как в соседнем зерне по другую сторону от границы, где начался прерывистый распад.

Таким образом, продвижение фронта ячейки прерывистого распада в сторону одного зерна сопровождается переориентацией кристаллической решетки матричной фазы и его можно трактовать как продвижение межзеренной границы в сторону «поедаемого» зерна. Это внешне похоже на образование выступов, «языков» при первичной рекристаллизации, когда отдельные участки высокоугловой границы выгибаются и продвигаются в сторону одного из зерен (смотрите рисунок Схема образования выступа).

При прерывистом распаде избыточная фаза выделяется из матрицы позади межзеренной границы, продвигающейся в сторону соседнего зерна. Термодинамическим стимулом рассматриваемого продвижения межзеренной границы является разность объемных свободных энергий исходного пересыщенного раствора и двухфазной смеси внутри ячейки (F1 — F2 на рисунке Схема к объяснению выделения β-фазы из α-раствора).

Если состав фаз внутри ячейки и не достигает равновесных значений, то все равно образование этой смеси приводит к уменьшению объемной свободной энергии, хотя и не предельно возможному.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Возврат после старения

Явление возврата после старения было открыто на дуралюмине. Если естественно состаренный дуралюмин нагреть до температуры примерно 250 °С, выдержать 20 — 60 с и быстро охладить, то его свойства возвращаются к значениям, характерным для свежезакаленного состояния.  Сущность явления возврата состоит в том, что зоны ГП, возникшие при естественном старении, во время нагрева сплава растворяются, метастабильные…

Выбор режима старения

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,…

Искусственное старение

В зависимости от режима, структурных изменений и получаемого комплекса свойств искусственное старение можно подразделить на полное, неполное, перестаривание и стабилизирующее старение (соответствующие режимы и свойства приведены в таблице Режимы старения и механические свойства состаренных сплавов на разной основе для литейного алюминиевого сплава AЛ9). Полное искусственное старение проводят при такой температуре и продолжительности, которые обеспечивают достижение…

Ступенчатое старение

Старение с выдержкой вначале при одной, а затем при другой температуре называют ступенчатым. Как правило, температуру первой ступени выбирают ниже, чем второй. Основная цель двухступенчатого (двойного) старения — создать большое число центров выделений на низкотемпературной ступени, когда пересыщенность твердого раствора велика (на рисунке Размер выделений степень пересыщенности C0/C1 растет с понижением температуры Т1), а затем…

Максимальное упрочнение

Рассмотрим практически важный случай сложной роли естественного старения на примере сплавов системы Al — Mg — Si, находящихся на квазибинарном разрезе Al — Mg2Si или недалеко от него (сплавы типа авиаль). В этих сплавах при естественном старении образуются игольчатые зоны ГП, обогащенные магнием и кремнием, а при искусственном (170 °С) — метастабильная β´-фаза (смотрите таблицу…