Старение сплавов

Старение - это процесс термической обработки закаленного сплава, заключающийся в распаде пересыщенного твердого раствора с выделением частиц избыточной фазы. Данный процесс может протекать как при нормальной температуре - естественное старение, так и при повышенной температуре - искусственное старение.

Процессы старения свойственны как сталям, так и цветным сплавам. Кроме того, во многих цветных сплавах процесс старения протекает по типовой схеме.

После закалки без полиморфного превращения сплав состоит из α-пересыщенного твердого раствора, который находится в неустойчивом состоянии и при повышении температуры (или при нормальной температуре) начинает распадаться. На начальной стадии распада, в определенных местах кристаллической решетки, образуются зоны с повышенной концентрацией, растворенного при закалке, второго компонента. Эти зоны получили название зоны Гинье-Престона (зоны ГП или ЗГП), в честь имени французского (Гинье) и английского (Престон) ученых, обнаруживших данное явление в 1938 году. На начальном этапе ЗГП имеют небольшие размеры и называются зоны ГП-1. При дальнейшем развитии процесса эти зоны начинают расти и достигают размера 20-30 нм в диаметре. Эти зоны называются зонами ГП-2. Особой разницы между ними нет, кроме того, что в зонах ГП-2 атомы находятся в более упорядоченном положении.

Зонное и фазовое старение

Процесс образования и роста зон ГП-1 и ГП-2 называется зонным старением, когда в сплаве еще не выделяется вторая самостоятельная фаза. Образование ГП-1 и ГП-2 часто называют предвыделениями или подготовительной стадией образования (выделения) второй β-фазы. При дальнейшем развитии процесса, в сплаве начинает выделяться вторая фаза. Чаще всего она имеет промежуточные свойства и называется метастабильной β’-фазой. Данный процесс называется фазовым старением. На первоначальном этапе кристаллическая решетка β’-фазы когерентно связана с α-твердым раствором. Через некоторое время и/или при повышении температуры процесса эта когерентность нарушается и метастабильная β’ фаза становится стабильной β фазой, которая чаще всего представляет собой химическое соединение. Дальше происходит сфероидизация и коагуляция (укрупнение частиц) этой фазы. При коагуляции происходит снижение прочностных свойств сплава.

При старении прочность сплава повышается на этапе образования зон ГП и метастабильной β’ фазы, т.к. в этот период возникает максимальное искажение кристаллической решетки α-твердого раствора. Эти искажения, наряду с наличием зон ГП и β’ фазы, блокируют движение дислокаций в сплаве. Чем больше в сплаве зон ГП и β’ фазы, тем большей прочности удается достигнуть при старении. Такое упрочнение называют дисперсионным твердением

Во время сфероидизации и коагуляции β-фазы, прочность сплава снижается. Этот процесс называется перестариванием. Чаще всего целью старения является получение максимальной прочности сплава. Для этого делается полное старение. Когда необходимо получить комплекс прочностных и пластических свойств делается неполное старение на определенную структуру. Неполное старение регулируется температурой процесса и временем выдержки.

Изменение механических свойств сплава во время старения индивидуально и зависит от химического состава и предшествующей термической или пластической обработки. Пример изменения прочности дюралюминия при старении показан на схеме ниже*

Старение сплавов

Изменение прочности дюралюминия при различных температурах старения

*Источник фото: Учебник Материаловедение, Гуляев А.П., 1986 г., с.484

В общем случае старение сплавов - выделение избыточной фазы протекает по следующей схеме:

ГП1 - ГП2 - β’ - β

 

To Top