Главная / Теория термической обработки металлов / Старение и отпуск / Старение / Стадии распада раствора при дисперсионном твердении

Стадии распада раствора при дисперсионном твердении

Образование зон Гинье — Престона

У дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов и бериллиевых бронз при комнатной температуре сразу после закалки растет электросопротивление.

Это объясняют образованием в пересыщенном твердом растворе скоплений атомов легирующих элементов — кластеров, рассеивающих электронные волны.


Зависимость прироста электросопротивления

Зависимость прироста электросопротивления

Зависимость прироста электросопротивления ∆ρ сплава Al — (1,2% (ат.)
Mg2Si от продолжительности старения (Т) при 30 °С после закалки
с 520 °С (Бэба и Такашима).


Возможно, что часть кластеров успевает образоваться уже в период закалочного охлаждения. Вначале размер кластеров очень мал и структурные методы их не выявляют. Через некоторое время кластеры могут вырасти настолько, что они вызывают дифракционные эффекты на рентгенограммах монокристаллов и электронограммах при просвечивании фольг.

Кластеры, обнаруживаемые структурными методами, называют зонами Гинье — Престона (сокращенно — зоны ГП).

У них та же кристаллическая решетка, что и у матричного раствора, но из-за различия в атомных диаметрах металла
— основы и легирующего элемента скопление легирующего элемента вызывает местное изменение межплоскостных расстояний.


Модель строения твердого раствора меди

Модель строения твердого раствора меди

Модель строения твердого раствора меди в алюминии
с зоной ГП (по Герольду).


На рисунке изображена предложенная Герольдом модель строения зоны ГП в алюминиевомедном сплаве. Атомы меди занимают одну из плоскостей {100} , а по обе стороны от нее параллельные плоскости состоят только из атомов алюминия. Так как атомный диаметр у меди меньше, чем у алюминия, то плоскости, заполненные атомами алюминия, смещены в сторону плоскости, состоящей из атомов меди.

Смещение атомных слоев из нормальных положений при удалении от центра зоны ГП уменьшается и, согласно этой модели, четырнадцатые атомные слои по обе стороны от центральной плоскости остаются несмещенными. Из-за большой разницы в атомных диаметрах меди и алюминия, обусловливающей значительную упругую деформацию решетки, форма зон ГП в алюминиевомедных сплавах — тонкопластинчатая, дискообразная (смотрите Структурные изменения при старении). 

В сплавах Al — Ag и Al — Zn разница в размерах атомов добавки и алюминия мала, упругая деформация решетки невелика и форма зон ГП — сферическая (смотрите таблицу Форма зон Гинье — Престона в разных системах). Атомы серебра и цинка образуют сферические кластеры, вокруг которых раствор обеднен легирующим элементом.

Размер зон ГП зависит от состава сплава, температуры и продолжительности старения и составляет величину порядка 101 — 102 А̊. Так, например, дискообразные зоны ГП в сплавах Al — Cu имеют диаметр порядка 100 А̊.

Образование кластеров
— диффузионный процесс, связанный с перемещением атомов легирующего элемента в решетке твердого раствора. Важнейшей особенностью кинетики образования кластеров является необычайно высокая диффузионная подвижность атомов растворенных элементов. Кластеры образуются даже три отрицательных температурах (в сплавах Al — Zn — при минус 100 °С).

«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…