Главная / Теория термической обработки металлов / Старение и отпуск / Старение / Кинетика и последовательность образования выделений при старении (способы)

Кинетика и последовательность образования выделений при старении (способы)

Запись процесса распада пересыщенного раствора в виде схемы α → ГП → β´ → β указывает лишь на временную (при постоянной температуре) или температурную (при постоянной выдержке) последовательность появления разного типа выделений. Эту запись не следует трактовать так, что всегда зоны ГП превращаются вследствие перестройки решетки в β´-фазу, а β´-фаза — в β-фазу.

Возможны три способа образования более стабильных выделений.

Первый способ — указанное прямое превращение менее стабильных выделений в более стабильные, т. е. изменение типа решетки, аллотропический переход в пределах объема выделения без участия матрицы. Этот путь может реализоваться только при небольшой разнице в структуре выделений и поэтому встречается редко.

При исследовании стареющих сплавов Al — Cu получены экспериментальные данные, которые можно трактовать как прямую перестройку зон ГП в выделения θ˝-фазы, которые поэтому и были названы зонами ГП2.

Второй способ — зарождение β´-фазы на зонах ГП и рост выделений β´ в матрице и, аналогично зарождение β-фазы на выделениях β´ и рост частиц β в матрице.

Третий способ — независимое зарождение более стабильной фазы в матрице вдали от выделений менее стабильной фазы, вдали от зон ГП.

Выше температуры сольвуса промежуточной фазы стабильная β-фаза может выделяться только из матрицы. Каковы будут места ее предпочтительного зарождения при более низких температурах старения, когда ранее уже выделилась промежуточная фаза, заранее предсказать пока нельзя.

Например, в сплавах Al — Cu θ-фаза (CuAl2) на ранних стадиях распада зарождается на границах зерен матрицы, а на поздних — на границах раздела θ´-фазы с алюминиевым раствором. В этих же сплавах θ´-фаза на ранних стадиях распада выделяется на дислокациях, а на более поздних зарождается на выделениях θ˝-фазы. Некоторые исследования указывают, что θ˝-фаза образуется не перестройкой и развитием зон ГП, а прямо выделяется из матрицы.

Многочисленные данные показывают, что в сплавах системы Al — Zn — Mg выделения η´-фазы при искусственном старении зарождаются на зонах ГП, образовавшихся при естественном старении. Это явление используют при разработке режимов старения (смотрите Выбор режима старения).

В Образовании промежуточных метастабильных фаз было доказано, что образование более стабильной фазы должно приводить к растворению менее стабильной фазы. При старении сплавов это правило играет важную роль.

Около зон ГП концентрация матричного раствора равна Сα—гп (смотрите рисунки Зависимость свободной энергии от состава и Диаграмма состояния с линиями сольвуса). После образования промежуточной β´-фазы на границе с ней устанавливается концентрация раствора Сα—β´ . Следовательно, в матрице возникает градиент концентраций Сα—гп — Сα—β´.

Выравнивающая диффузия в матрице в направлении этого градиента создает пересыщение раствора относительно β´-фазы и делает его ненасыщенным по отношению к зонам ГП. В результате выделения β´-фазы будут расти вследствие одновременного растворения зон ГП.

Аналогично после образования стабильной β-фазы концентрация раствора на границе с ней Сα—β < Сα—β´ и выделения Р будут расти вследствие одновременного растворения β-фазы.


Структура сплава Al — 15% Ag

Структура сплава Al — 15% Ag

Структура сплава Al — 15% Ag закаленного с 520 °С и состаренного при 160 °С, 10 дней. Электродная микроскопия, фольга (Кларк).


На рисунке видны серые области с ранее образовавшимися сферическими зонами ГП и позднее выделившиеся иглы γ´-фазы, около которых светлые поля — это участки матрицы, где зоны ГП растворились при одновременном подрастании игл γ´.

«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…

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…

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…