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 и стабильные фазы из-за короткой выдержки не успевают образоваться и быстрое охлаждение фиксирует пересыщенный твердый раствор. Температура обработки дураюмина на возврат (~ 250 °С) далека от температуры нагрева под закалку (~ 500 °С), необходимого для растворения стабильных фаз.

После обработки на возврат дуралюмин, как и после обычной перезакалки, способен упрочняться при естественном старении. Повторная обработка на возврат вновь его разупрочняет и т. д. (рисунок Диаграмма состояния с линиями сольвуса). Так как при каждом нагреве до температуры возврата все же успевает в небольшой степени пройти необратимое фазовое старение (особенно по границам зерен), то с каждым циклом свойства несколько отклоняются от свойств свежезакаленного сплава. В частности, усиливается склонность дуралюмина к межкристаллитной коррозии.

Обработку на возврат применяют, когда требуется восстановить пластичность дуралюмина перед гибкой, отбортовкой и т. п., а перезакалка нежелательна из-за коробления.

Основной технологический недостаток обработки на возврат — необходимость строгого (с точностью до 10 с) регулирования времени выдержки изделий в селитряной ванне.

Если эта выдержка окажется короче оптимальной, то не все зоны ГП растворятся и разупрочнение будет неполным, а при передержке упрочнение произойдет из-за начавшегося фазового старения. По этой причине и из-за снижения коррозионной стойкости возврат после старения дуралюминов не нашел широкого применения.

В теории старения явление возврата играет большую роль, так как позволяет оценить стабильность зон ГП, полученных в разных условиях старения и определить температуру их растворения.

Температура нагрева для полного возврата свойств (температура растворения зон ГП) в общем случае не является константой для данного сплава. Она зависит от стабильности зон, а значит, от температуры и времени их образования. Чем больше продолжительность низкотемпературного старения, тем крупнее и стабильнее зоны ГП и тем выше должна быть температура нагрева для их полного растворения.

Начиная с некоторой выдержки при старении, температура полного возврата не зависит от времени старения. Такая критическая температура возврата характерна для сплава, состаренного при определенной температуре, и она растет с повышением температуры старения из-за увеличения стабильности зон ГП. Максимально возможная, предельная температура, до которой наиболее стабильные зоны ГП могут существовать в данном сплаве, отвечает точке кривой сольвуса зон на диаграмме метастабильных равновесий (смотрите рисунок Диаграмма состояния с линиями сольвуса).

Из сказанного следует, что нельзя определять температуру сольвуса зон ГП, нагревая, например, естественно состаренный сплав. В таких опытах определяют не максимально возможную, предельную температуру существования зон ГП в данном сплаве, а какую-то более низкую температуру растворения зон, образовавшихся за определенное время при комнатной температуре.


Изменение предела прочности дуралюмина

Изменение предела прочности дуралюмина

Изменение предела прочности дуралюмина при естественном старении и
двукратной обработке на возврат после старения (Д. А. Петров).


Линия сольвуса зон ГП, показанная на рисунке Линии сольвуса зон ГП, фактически сольвусом не является, так как она указывает температуры растворения зон, образовавшихся в течение 10 дней комнатного старения. Линия истинного сольвуса зон ГП в системе Al — Cu должна проходить выше, чем это изображено на рисунке Линии сольвуса зон ГП. Например, у сплава Al — 4% Cu максимальная температура существования зон ГП равна не 180 °С, а ~275 °С.

Возврат можно наблюдать не только после старения с образованием зон ГП и не только в алюминиевых сплавах. Обработкой на возврат в принципе можно растворять и зоны ГП, и выделения метастабильных фаз в сплавах на разной основе. Для каждого сплава и режима старения необходимо подбирать свою температуру (tв) и время выдержки (τв) при обработке на возврат.

Например, для естественно состаренных дуралюминов рекомендуются следующие режимы:

  Д1 Д16 Д19
tв, °С 240 — 250 265 — 275 270 — 280
tв, с 20 — 45 15 — 30 10 — 15

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

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…

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…