Влияние состава в тройных системах

Закономерности влияния состава на старение сплавов тройной системы качественно такие же, как и в двойной системе. Зная изотермические разрезы при температуре закалки (сплошные линии на рисунке) и при более низкой температуре, например комнатной (пунктирные линии), можно предсказать, возможно ли вообще старение в любом интересующем нас сплаве, а для сплавов из одной фазовой области, — где следует ожидать большего упрочнения.

Например, сплав 1 не способен к старению, так как он при комнатной температуре находится в однофазной области. Сплавы 2, 3, 6, и 7, составы которых находятся на одной коноде, по эффектам при старении аналогичны сплавам C2, C3, C6 и C7 в двойной системе на рисунке Схема зависимости.

Сплавы 2 и 3 при температуре закалки расположены в однофазной α-области, а при комнатной температуре — в двухфазной области α + β. Следовательно, их можно закаливать на пересыщенный α-раствор и подвергать старению. Пересыщенность раствора в сплаве 3 больше, чем в сплаве 2, и поэтому сплав 3 должен сильнее упрочняться при старении (полная аналогия с двойными сплавами C2 и C3 на рисунке Схема зависимости).

Сплавы 6 и 7 также способны упрочняться при старении. Так как они находятся на одной коноде, то состав α-раствора в них при температуре нагрева под закалку один и тот же (точка r). Но величина упрочнения при старении сплава 7 должна быть ниже из-за большего количества «балластной» β-фазы, не перешедшей в α-раствор при нагреве под закалку (полная аналогия со сплавами C6 и C7 на рисунке Схема зависимости).

Сплавы 4, 5 и 8 также можно подвергать старению. От сплавов 2, 3, 6 и 7 они отличаются выделяющимися фазами. В сплаве 4 может выделяться 7фаза, а в сплавах 5 и 8 — фазы β и γ.

В какой фазовой области расположены наиболее прочные стареющие сплавы, обычно предсказать не удается, так как даже если состав и строение стабильных фаз известны, то чаще всего мы заранее не знаем ничего о типе и структуре промежуточных метастабильных выделений. А эти выделения, как правило, и обеспечивают максимальное упрочнение при старении.

Наглядным примером могут служить промышленные сплавы на базе системы Al — Zn — Mg (типа 1915). В этих сплавах, согласно диаграмме состояния, в стабильном равновесии с алюминиевым α-раствором находится тройное соединение Т (Al2Mg3Zn3), а при старении, обеспечивающем высокую прочность, выделяется η´-фаза, промежуточная между α-раствором и фазой η (MgZn2). Предсказать подобные случаи пока невозможно.


Изотермические разрезы тройной системы

Изотермические разрезы тройной системы

Изотермические разрезы тройной системы при температуре закалки (оплошные линии) и комнатной температуре (пунктир).


Несмотря на определенные ограничения, диаграмма состояния все же необыкновенно ценна при выборе состава и режима термической обработки стареющего сплава. Она указывает, в области каких составов следует искать стареющие сплавы, позволяет выбрать интервал закалочных температур (смотрите Нагрев и охлаждение при закалке без полиморфного превращения), температурный уровень старения на максимальную прочность (смотрите соотношение) и выбрать для экспериментального опробования составы сплавов вблизи границы растворимости при температуре закалки.

Чем больше разница в предельной растворимости при эвтектической (перитектической) и комнатной температурах (C5 — C1 на рисунке Схема зависимости), тем большее упрочнение следует ожидать при закалке и старении сплавов, так как при закалке можно получить большую пересыщенность твердого раствора.

Квазибинарные разрезы в тройных системах указывают области составов, в которых из пересыщенного раствора должны выделяться соединения.

Если эти соединения — эффективные упрочнители при старении, то, зная (или делая предположение) о существовании квазибинарного разреза, можно ускорить поиск высокопрочных стареющих сплавов.

Заметим, что состав сплава с максимальным упрочнением не обязательно находится точно на квазибинарном разрезе.

Если уже известно, что в тройной системе А — В — С сплавы из двухфазной области α + β сильно упрочняются при старении, то в другой системе А — В — D термически упрочняемые сплавы следует прежде всего искать в области составов, где из α-раствора может выделяться β-фаза. Такой подход существенно облегчает поиск высокопрочных стареющих сплавов, ориентируя исследователя на определенные фазовые области диаграммы состояния.

«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…