В 1906 г. немецкий инженер Альфред Вильм открыл явление естественного старения, обнаружив, что вылеживание закаленного сплава алюминия с медью и магнием (дуралюмина) три комнатной температуре приводит к повышению твердости.
Вильм получил патент на способ облагораживания дуралюминов, заключающийся в закалке сплавов с последующим естественным старением, в результате которого повышаются твердость, пределы прочности и текучести.
В 1919 г. американские исследователи Мерика, Вальтенберг и Скотт опубликовали знаменитую статью, в которой впервые был дан анализ природы старения дуралюмина. Мерика выдвинул гипотезу, согласно которой старение дуралюмина связано с переменной растворимостью соединения CuAl2 в алюминии.
При нагревании сплава соединение CuAl2 переходит в твердый раствор и не успевает обратно выделиться во время быстрого охлаждения (закалки), а последующее вылеживание сплава при комнатной температуре приводит к постепенному выделению из пересыщенного раствора очень дисперсных и потому невидимых под микроскопом частиц CuAl2, которые и вызывают упрочнение. Эта гипотеза просто и убедительно объясняла имевшиеся к тому времени экспериментальные данные.
Отсутствие упрочнения во время выдержки закаленного образца при — 1180 °С было объяснено низкой скоростью образования выделений, а появление упрочнения при повышении температуры вылеживания до комнатной и до 100 °С связывалось с тем, что подвижность атомов становилась достаточной для выделения CuAl2 в дисперсной форме.
Рост твердости во время старения при 200 °С, достижение максимума упрочнения и дальнейшее снижение твердости были объяснены образованием частиц CuAl2 с определенной степенью дисперсности, соответствующей максимальной твердости, и последующей коагуляцией этих частиц.
Увеличение эффекта упрочнения при старении в результате повышения температуры нагрева под закалку легко было связать с более полным растворением CuAl2 при нагревании, образованием более пересыщенного раствора при закалке и соответственно появлением при старении большего числа дисперсных выделений из такого раствора.
Джеффрис и Арчер в 1921 г. развили гипотезу дисперсионного твердения Мерика и предложили общую теорию упрочнения сплавов дисперсными частицами любого происхождения. Согласно этой теории, твердые дисперсные частицы, действуя как «шипы», «заклинивают» плоскости скольжения и вызывают упрочнение сплава.
При коагуляции частиц, когда суммарный их объем не изменяется, а лишь уменьшается число, многие плоскости скольжения освобождаются от «шипов» и происходит разупрочнение. Максимуму твердости и прочности соответствует некоторая критическая степень дисперсности твердых частиц. Такая степень дисперсности легко достигается при распаде пересыщенных твердых растворов.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков
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…
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,…
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…
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…
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…
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…
Специальные добавки и случайные примеси, содержащиеся в сплаве в тысячных — десятых долях процента, иногда сильно «влияют на кинетику распада раствора, структуру и свойства состаренного сплава. Влияние добавок, прямо связанное…
Влияние состава в двойных системах На рисунке линия Атпр схематично показывает, как влияет содержание легирующего элемента в двойном сплаве на прирост твердости при старении по режиму, обеспечивающему максимальное упрочнение. Подобный…
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…
Величина упрочнения зависит от типа выделений, их строения, свойств, размера, формы, характера и плотности распределения, степени несоответствия решеток матрицы и выделения и температуры испытания. Благодаря гомогенному зарождению плотность распределения зон…
Учитывая роль выделений разного типа в упрочнении и последовательность стадий распада пересыщенного раствора (смотрите Структурные изменения при старении), можно проанализировать влияние продолжительности старения при разных температурах на механические свойства сплава….
Стабильная фаза обычно выделяется на стадии перестаривания. Если сплав должен эксплуатироваться в максимально упрочненном состоянии, то появление стабильной фазы обычно нежелательно. В связи с этим следует указать на условность понятия…