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…

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…

Режимы старения и механические свойства состаренных сплавов

С ролью предстарения тесно связан вопрос о роли скорости нагрева при одноступенчатом старении. Обычно на скорость нагрева до температуры старения не обращают внимания. Однако начальные стадии распада при замедленном нагреве могут влиять на свойства состаренного сплава. Так, например, замедленный нагрев до температуры старения некоторых алюминиевых сплавов позволяет несколько повысить их прочность. Режимы старения и механические…