ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние состава сплава на старение из "Теория термической обработки металлов " На рис. 195 линия Атпр схематично показывает, как влияет содержание легирующего элемента в двойном сплаве на прирост твердости при старении по режиму, обеспечивающему максимальное упрочнение. Подобный график может характеризовать влияние состава и на прирост предела прочности или предела текучести при старении. [c.323] В оплаве Сз при прочих равных условиях можно получить более высокую плотность выделений, чем в сплаве Сг, из-за большего пересыщения твердого раствора. Следовательно, у сплава Ся можно получить большее упрочнение, чем у сплава Сг. [c.324] Теоретически эффект старения должен быть максимален у сплава s, состав которого отвечает точке (Предельной растворимости при эвтектической температуре. Практически же невозможно получить а-раствор состава С5, так как для этого потребовалось бы закаливать сплав точно с температуры плавления эвтектики. Так как температуру закалки во избежание пережога выбирают ниже температуры солидуса, то максимальная пересыщенность раствора и максимальное упрочнение при старении достигаются при концентрации легирующего элемента в сплаве несколько левее точки предельной растворимости, иапример в сплаве состава С4. [c.324] Уменьшение упрочнения на участке пр объясняется следующим. В сплавах Св и С7, закаленных с одной температуры, а-раствор имеет одинаковый состав (точка г). Следовательно, в этих сплавах плотность выделений в а-фазе после старения при одинаковой температуре будет одной и той же и прирост твердости а-ра-створа в обоих сплавах должен быть одинаковым. Но в закаленных сплавах Св и С7, кроме первичных а-кристаллов, находится еще и избыточная -фаза из эвтектики. В сплаве С7 ее больше, а а-фазы меньше, чем в сплаве Се (rs rq). Так как упрочнение при старении происходит в результате распада а-раствора, то из-за меньшего его количества прирост твердости сплава Су должен быть ниже, чем у сплава Сб. Иными словами, при одинаковом приросте микротвердости первичных а-кристаллов твердость всего сплава 1 7 при старении растет слабее из-за большего количества балластной -фазы, не участвующей в старении. [c.324] Из-за более высокой пересыщенности раствор распадается быстрее, следовательно, при меньшей продолжительности старения достигается максимум упрочнения и начинается перестаривание (см. на рис. 192 смещение максимума по оси времени ппи пепруп-де от сплава с 2% Си к сплаву с 4,57о Си). [c.325] 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 рис. 196) и при более низкой температуре, например комнатной (пунктирные линии), можно предсказать, возможно ли вообще старение в любом интересующем нас сплаве, а для сплавов из одной фазовой области,—где следует ожидать большего упрочнения. Например, сплав 1 не способен к старению, так как он при комнатной температуре находится в однофазной области. Сплавы 2, 3, 6, и 7, составы которых находятся на одной коноде, по эффектам при старении аналогичны сплавам Сг, Сз, Се и Ст в двойной системе на рис. 195. [c.325] Несмотря на определенные ограничения, диаграм1ма состояния все же необыкновенно ценна при выборе состава и режима термической обработки стареющего сплава. Она указывает, в области каких составов следует искать стареющие сплавы, позволяет выбрать интервал закалочных температур (см. 31), температурный уровень старения на максимальную прочность [см. соотношение (37)] и выбрать для экспериментального опробования составы сплавов вблизи границы растворимости при температуре закалки. Чем больше разница в предельной растворимости при эвтектической (перитектической) и комнатной температурах (С5— i на рис. 195), тем большее упрочнение следует ожидать при закалке и старении сплавов, так как при закалке можно получить большую пересыщенность твердого раствора. [c.326] Квазибинарные разрезы в тройных системах указывают области составов, в которых из пересыщенного раствора должны выделяться соединения. Если эти соединения—эффективные упрочни-тели при старении, то, зная (или делая предположение) о существовании квазибинарното разреза, можно- ускорить поиск высокопрочных стареющих сплавов. [c.326] Заметим, что состав сплава с максимальным упрочнением ге обязательно находится точно на квазибинарном разрезе. [c.326] Если уже известно, что в тройной системе А—В—С сплавы из двухфазной области a+ сильно упрочняются при старении, то в другой системе А— В—D термически упрочняемые сплавы следует прежде всего искать в области составов, где из а-раствора может выделяться -фаза. Такой подход существенно облегчает поиск высокопрочных стареющих сплавов, ориентируя исследовате ля на определенные фазовые области диаграммы состояния. [c.326] 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. [c.327] Влияние добавок, пря1Мо связанное с образованием новой фазы, ниже не рассматривается, так как такая добавка действует как обычный компонент сплава. Механизмы влияния малых добавок, не вызывающих качественного изменения фазового состава, могут быть разными. Добавка может характеризоваться высокой энергией связи с вакансиями, и ее атомы в твердом растворе действуют как ловушки для вакансий. Такое действ ие оказывают добавки С(1, 1п, 5п и Ве в алюминиево-медном растворе. [c.327] Захват вакансий примесными атомами приводит к уменьшению их участия в транспортировке атомов основного легирующего элемента (меди в сплавах А1—Си) к зонам ГП. Малые добавки С(1, 1п, 8п и Ве задерживают образование и укрупнение зон ГП в сплавах А1—Си и упрочнение при старении замед 1яется. [c.327] Добавка может оказаться горофильной и сегрегировать на границу раздела матрицы с выделением, уменьшая здесь поверхностную энергию. Так, в сплаве А1 — 4% Си на границе 9 -фазы с алюминиевым раствором 7=1530 эрг/см , а в том же сплаве, но с добавкой 0,1% С(1 7=260 эрг/см . При уменьшении поверхностной энергии сокращается в соответствии с формулой (20) размер критического зародьгаа выделения, т. е. растет плотность выделений. В соответствии с формулами (34) и (35) при уменьшении поверхностной энергии замедляется коагуляция выделений. Например, малая добавка кадмия в пять раз снижает скорость коагуляции выделений 0 -фазы в сплаве А1—Си. Торможение коагуляции особенно ценно для стареющих жаропрочных сплавов, в которых таким путем затрудняется разупрочнение во время эксплуатации изделия при повышенных температурах. [c.327] Одна добавка может неодинаково влиять на старение при разных температурах. Например, малая добавка кадмия задерживает образование зон ГП в сплавах А1—Си и замедляет упрочнение при естественном старении и она же повышает плотность выделений 0 -фазы, усиливая упрочнение при искусственном старении. [c.327] Еще один механизм влияния малой добавки связан с вхождением ее в состав зон ГП и стабилизацией зон. Примесь 0,25% З в сплаве АК4-1 (система А1 — Си —Mg — Ее — N1) увеличивает плотность выделений 5 пфазы и измельчает эти выделения при 190°С, повышая тем самым прочность сплава. Предполагается, что атомы кремния входят в состав зон ГП, делают зоны стабильными до более высоких температур так, что на них, а не на дислокациях зарождается 5 -фаза при 190°С. Так как плотность распределения зон ГП, зарождающихся гомогенно, очень высокая, то плотность выделений 5 -фазы оказывается повышенной. [c.327] Кроме увеличения плотности выделений, важное назначение малых добавок—подавление прерывистого распада (см. 42). [c.328] Введение малых добавок и регулирование содержания примесей является одним из наиболее эффективных путей управления процессами старения. [c.328] Вернуться к основной статье