Эффективность применения НТМО определяется тем, какая фаза-упрочнитель выделяется при старении. Так, например, дополнительное упрочнение от введения деформации перед искусственным старением у сплавов Al — Cu — Mg (упрочнитель — фаза S) больше, чем у сплавов Al — Cu (упрочнитель — фаза θ´).
При нагреве под старение после холодной деформации рекристаллизация, как правило, не протекает, а развиваются процессы отдыха и полигонизации, несколько уменьшающие упрочнение от НТМО.
Следует иметь в виду взаимное влияние этих процессов и распада раствора: выделения тормозят полигонизацию, а полигонизация, если она успела пройти, изменяет плотность и характер распределения выделений.
Холодный наклеп не только ускоряет распад раствора и увеличивает плотность выделений. Он может вызвать появление фазы, которая без наклепа при том же режиме старения не выделяется, и даже способен изменить последовательность появления фаз при старении.
Например, в ненаклепанном сплаве Al — 4% Cu во время старения при 150 °С θ´-фаза рентгенографически обнаруживается через 15 дней, а 0фаза (CuAl2) вообще не появляется. После холодной прокатки с обжатием 90% во время старения при той же температуре сначала (через 5 мин) обнаруживается θ-фаза, а познее (через 30 мин) θ´-фаза.
Появление метастабильной фазы после выделения стабильной противоречит обычной последовательности образования фаз при распаде твердого раствора (смотрите Образование промежуточных метастабильных фаз, Структурные изменения при старении) и вызвано следующим. После холодной деформации с большим обжатием по всему объему кристаллов твердого раствора решетка искажена столь сильно, что полукогерентные выделения θ´-фазы зарождаться не могут.
Вместе с тем в сильно искаженных участках облегчено зарождение некогерентных выделений θ-фазы. Через некоторое время отдых и полигонизация, протекающие при температуре старения, делают решетку в отдельных участках кристаллитов настолько совершенной, что здесь уже могут зарождаться полукогерентные выделения θ´-фазы (при условии, что в этих участках еще не прошел распад раствора с образованием θ-фазы).
Образование при распаде сильно наклепанного твердого раствора некогерентных выделений стабильной фазы вместо полукогерентных выделений метастабильной фазы может обусловить уменьшение упрочнения при старении. Поэтому при больших степенях холодной деформации, несмотря на более высокий уровень прочности сплава перед старением, его прочность в состаренном состоянии может оказаться ниже, чем у слабее деформированного сплава.
Зависимость твердости сплава
Зависимость твердости сплава Al — 4% Cu от времени старения при 160 °С после НТМО по разным схемам (Наттинг):
1 — закалка холодная деформация (10%) старение при 160 °С;
2 — закалка → естественное старение (18 ч) → холодная деформация (10%) → старение при 160 °С.
Если твердый раствор претерпел частичный распад перед холодной деформацией, то это сказывается на кинетике окончательного старения и свойствах сплава. На рисунке показано, что в случае холодной деформации свежезакаленного сплава Al — 4% Cu максимум твердости во время старения при 160 °С достигается через 20 — 30 ч (кривая А, а если ту же деформацию проводить после естественного старения, то максимальное упрочнение во время старения при 160 °С достигается через 8 — 10 ч.
Это ускорение искусственного старения можно объяснить тем, что при пластической деформации естественно состаренного сплава дислокации останавливаются зонами ГП и при последующем старении вблизи дислокаций уже имеются обогащенные медью участки, в которых облегчено зарождение θ´-фазы. Следовательно, в данном случае для ускорения искусственного старения выгодно деформировать сплав после естественного старения.
Предстарение (перед пластической деформацией) может не только ускорять заключительное старение, но и усиливать упрочнение от него. Возможно, что одной из причин этого является формирование при пластической деформации предварительно состаренного сплава более оптимальной субструктуры, характеризующейся высокой плотностью равномерно распределенных дислокаций.
В связи со сказанным для естественно стареющих алюминиевых сплавов необходимо регламентировать перерыв между закалкой и холодной деформацией при НТМО. Так, например, при НТМО листов и труб из сплава АД31 для получения максимального упрочнения такой перерыв должен составлять не менее 2 ч.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков