Старение металлов

[aging] — 1. Изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов в процессе вылеживания при комнатной температуре (естественное старение) или при нагреве (искусственное старение), а также при выдержке и эксплуатации при разных температураx после холодной пластической деформации (деформационное старение). Старение обусловленно термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенно приближающей структуры к равновесному состояию в условиях достаточной диффузионной подвижности атомов. В чистых металлах неравномерность исходной структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации вакансий и других дефектов кристаллической решетки, а в сплавах и металлах технической чистоты, содержащих определенные примеси — в сохранности пресыщенного твёрдого раствора. 2. Заключительная операция термической обработки специальных классов конструкционных материалов — стареющих (или дисперсионно-твердых) сплавов; приводит к увеличению твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и ударной вязкости. Известно много стареющих сплавов на основе Al, Mg, Cu, Ni и др. В принципе старение применимо к любому сплаву, в котором имеется пересыщенный твёрдый раствор. Такой раствор стремится к самопроизвольному распаду — выделению из него избытка растворенного компонента. Процесс выделения является типичным диффузионным превращением, ускоряющимся с ростом температуры. Структурные изменения при старении проходят в несколько стадий. На 1-й стадии образуются в пересыщенном твердом растворе скопления атомов легирующего элемента — кластеры. Вначале размер кластеров столь мал, что структурные методы их не выявляются. С увеличением времени старения кластеры растут и вызывая дифракционные эффекты на рентгенограммах. Кластеры, обнаруженные структурными методами, называем зонами Гинье-Престона (Г-П.) по имени французского и англиского ученых, имеют размеры порядка 1-10 нм, у них та же кристаллическая решетка, что и у матричного раствора. Для зон Г-П. характерно гомогенное зарождение, и они равномерно распределяются в зернах твердого раствора. Зоны Г. — П. часто называют предвыделениями, но их можно рассматривать и как полностью когерентные выделения. Следующая стадия распада пресыщенного твёрдого раствора при старении — собственно выделение второй фазы. В большинстве промышленных сплавов при старении выделяется метастабильная фаза β' со структурой, более близкой к структуре матричного раствора α и, соответственно, меньшими межфазной энергией и размером критического зародыша. Такая метастабильная фаза β' выделяется быстрее, чем стабильная фаза β. С увеличением времени старения наблюдается такая последовательность стадий распада пересыщенного α-раствора. Заключительная стадия структурно изменяется при старении — коагуляция выделений. В общем случае с увеличением времени старения прочность сначала растет, а затем снижается. Упрочнение возникает на стадии образования зон Г-П. и метастабильной фазы. Такое упрочнение называется дисперсионным твердением. Разупрочнение при дальнейшем увеличении времени старения, называется перестариванием, обусловленным действием двух факторов. Во-первых, коагуляцией выделений метастабильной фазы, а во-вторых, частичной заменой когерентных выделений метастабильной фазы некогерентного выделения стабильной фазы. Режим старения выбирают, ориентируясь на достижения максимальной прочности (жаропрочности) или оптимального сочетания прочности, пластичности и коррозионной стоикости. Если при старении на максимальную прочность (полное старение) пластичность оказывается недопустимо низкой, то проводят неполное старение, при котором потеря возможного прироста прочности компенсируется меньшим снижением пластичности:

Смотри также:
— старение полимерных покрытий
— стабилизирующее старение
— магнитное старение
— искусственное старение
— естественное старение
— деформационное старение
— двухступенчатое старение
— полевое старение
— старение под напряжением