ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Изменение свойств сплавов при старении из "Теория термической обработки металлов " Упрочнение при старении — результат торможения дислокаций теми выделениями, которые образовались при распаде пересыщенного твердого раствора. Молено указать при главных причины упрочнения 1) торможение дислокаций полем упругих напряжений в матрице вокруг выделений 2) химическое упрочнение при перерезании выделений дислокациями 3) упрочнение при обходе частиц дислокациями. [c.315] Модуль сдвига выделения обычно больше, чем у матрицы. Чем жестче выделение, тем труднее дислокации его перерезать. [c.316] Еще одна причина торможения дислокаций — образование выступов на перерезанном выделении (рис. 188) и соответственно увеличение его поверхности, с которой связан избыток энергии. [c.316] Величина упрочнения зависит от типа выделений, их строения, свойств, размера, формы, характера и плотности распределения, степени несоответствия решеток матрицы и выделения и температуры испытания. [c.316] Выделения стабильной фазы обычно некогерентны матрице, вокруг них нет полей упругих напряжений, а расстояния между выделениями достаточно велики, и дислокации под действием сравнительно небольших напряжений могут их обходить. Поэтому выделения стабильных фаз обычно вызывают значительно более слабое упрочнение при старении, чем зоны ГП и выделения метастабильных фаз. [c.317] Роль типа выделений проследим на примере сплавов А1—Си. На рис. 190 показаны кривые нарастания истинных напряжений течения при деформировании кристаллов пересыщенного твердого раствора А1—4% Си, в котором предварительным старением были получены выделения разного типа зоны ГП, 0 -, 0 - или 0-фаза. Рис. 190 позволяет сравнить значения начального (критического) напряжения течения и способность к деформационному упрочнению — нараста.нию напряжения течения с ростом степени деформации (по наклону кривых). [c.317] Сплав с зонами ГП и когерентными выделениями 0 -фазы отличается высоким начальным напряжением течения и малой величиной деформационного упрочнения. Наклон кривых истинных напряжений сплава с зонами ГП и 0 фазой небольшой. [c.318] Выделения 0 -фазы сильнее повышают уровень напряжений течения сплава А1— Си, чем зоны ГП, так как вокруг них в матрице выше упругие напряжения [см. структурное несоответствие решеток матрицы и 0 -фазы по плоскостям (010) и (100) на рис. 177]. Выделения 0 -фазы, сильнее отличающиеся по структуре от матрицы, ДОЛЖ.НЫ вызывать и большее химическое упрочнение, так как при перерезании их дислокациями возникает более сильное нарушение укладки атомов, чем при перерезании зон ГП. [c.318] Аналогичная картина наблюдается в сплаве с выделениями стабильной 0-фазы. Так как эти выделения полностью некогерентны матрице (см. рис. 177), а расстояние между ними еще больше (порядка 1 мкм), то начальное напряжение течения в сплаве со стабильной 0-фазой (СиАЬ) значительно ниже, чем в сплаве с зонами ГП или выделениями 0 - и 0 -фаз (рис. 190). Коэффициент же деформационного упрочнения (наклон кривых) у сплава с 0-фазой больше, чем у сплава с зонами ГП или 0 -фазой, из-за накопления дислокационных петель вокруг выделений. [c.319] Учитывая роль выделений разного типа в упрочнении и последовательность стадий распада пересыщенного раствора (см. 42 , можно проанализировать влияние продолжительности старения при разных температурах на механические свойства сплава. [c.319] В наиболее общем случае предел прочности, предел текучести и твердость сплава с увеличением продолжительности старения возрастают, достигают максимума и затем снижаются (см. кривые Гг и Гз на рис. 191). [c.319] Старение до достижения максимума прочностных свойств (восходящая ветвь кривых) называют упрочняющим, а правее максимума (нисходящая ветвь)—разупрочняющим старением у.ля перестариванием. При эгом подразумевается разупрочнение по сравнению со сплавом, который подвергался старению более короткое время. По сравнению же с исходным закаленным сплавом (начальная точка на оси ординат) перестаренный сплав может быть значительно прочнее. [c.319] Упрочнение с увеличением времени старения на восходящей ветви кривых может быть вызвано разными причинами. Во-первых, возможны случаи, когда на стадии упрочняющего старения плотность выделений столь велика, что дислокации не могут обходить выделения и перерезают их (при достаточно большом приложенном напряженни). Рост прочностных свойств с увеличением продолжительности старения в этих случаях обусловлен возрастанием химического упрочнения и торможения дислокаций полями упругих напряжений из-за укрупнения выделений (в частности, зон Ш, ам. рис. 175), увеличения плотности их распределения в матрице и появления трудно перерезаемых частиц более стабильной фазы (например, 0 в дополнение к 0 в сплавах А1—Си). [c.320] Во-вторых, возможны случаи, когда на стадии упрочняю1щего старения дислокации проталкиваются между выделениями. В этих случаях рост прочностных свойств с увеличением продолжительности старения обусловлен увеличением плотности выделений при развитии распада и соответственно ростом критического напряжения проталкивания дислокаций [см. формулу (36)]. [c.320] В разных сплавах и при разных температурах старения одного сплава максимум упрочнения соответствует разным структурным состояниям. Без экспериментов нельзя предсказать, какова должна быть в данном сплаве конкретная структура, обеспечивающая максимальное упрочнение. Ответ зависит от того, какие стадии распада возможны в этом сплаве при данной температуре старения, какова структура выделений, плотность выделений каждого типа, и от других факторов. Можно лишь указать, что чаще всего максимальное упрочнение достигается в сплаве, в котором внутри зерен пересыщенного раствора образовались зоны ГП и выпеления промежуточной метастабильной фазы или только выделения этой фазы (при высокой плотности их распределения). [c.320] В сплавах алюминия с 2 и 3% Си максимуму твердости после старения при 190°С соответствует структура с выделениями только 0 -фазы (рис. 192). Повышение твердости с увеличением времени старения этих сплавов при 190°С по всей видимости связано с ростом плотности выделений и их размера, а перестаривание — с увеличением расстояний между выделениями из-за сильной их коагуляции. [c.321] Если температура старения достаточно низка, то перестаривание не достигается и сплав упрочняется из-за повышения плотности когерентных выделений и их укрупнения, причем эти процессы и соответствующее упрочнение развиваются с затуханием (см. кривую Т на рис. 191). Так ведет себя, например, дуралюмин при комнатном старении (см. кривые при 18°С на рис. 1Ш,а, б). [c.322] Это эмпирическое соотношение нельзя рассматривать как формулу, позволяющую по точкам плавления точно рассчитывать значения температур старения на максимальную прочность. Оно позволяет оценивать лишь ориентировочный уровень таких температур, если сравнивать сплавы с сильно различающимися точками солидуса и, следовательно, с резко разной диффузионной подвижностью компонентов при одинаковой температуре (например, сплавы на базе разных металлов). [c.323] При повышении температуры старения прочность сплава может оказаться ниже, чем в исходном закаленном состоянии (рис. 194). Такое сильное перестаривание вызвано далеко зашедшей коагуляцией выделений и сильным уменьшением легированности матрицы. Соответствующую термообработку иногда неточно называют отжигом, хотя сущность процессов здесь та же, что и при обычном старении распад раствора и коагуляция выделений. [c.323] Вернуться к основной статье