ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Старение материалов деталей машин из "Повышение надежности машин Изд.2 " Старение металлов и сплавов. Обычно старение обусловлено недостаточно стабильным (неравновесным) состоянием материала и постепенным его переходом в стабильное (равновесное) состояние. Этот переход может быть связан со структурными превращениями или представляет собой релаксационный процесс [66]. [c.8] При старении может происходить как ухудшение, так и улучшение физико-химических свойств материалов или нередко улучшение одних свойств при одновременном ухудшении других. В процессе производства применяют искусственное старение материалов для улучшения или стабилизации некоторых их свойств. [c.8] Старением металлов и сплавов следует считать процессы изменения их свойств в зависимости от времени, связанные с любыми превращениями металлов и сплавов в твердом состоянии. По данным Я. С. Уманского и других исследователей к основным видам превращений в твердом состоянии относятся полиморфное (аллотропическое) превращение, мартенситное превращение и распад мартенситной структуры, растворение в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупрочнение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоидной смеси и эвтектоидный распад. [c.8] Перечисленные виды превращений могут быть разделены на две группы 1) превращения, протекающие без изменения. химического состава образующихся ири изменении фаз (связанные только с изменением кристаллической структуры) 2) превращения, сопровождающиеся образованием фаз с измененным химическим составом. В первой группе превращений облегчается возникновение и рост зародышей новой фа.чы. Для этих зародышей не нужна флуктуация концентрации компонентов и диффузия одного из компонентов к возникшему зародышу. [c.8] Без изменения химического состава фаз протекают полиморфные превращения и превращения мартенситного типа (являющиеся особым случаем полиморфного превращения), а также упорядочение и разупрочнение твердых растворов. [c.8] Отдельные стадии других перечисленных превращений также протекают без изменения химического состава исходной и конечной фаз. [c.9] Указанные превращения могут происходить в широком диапазоне температур, включая температуры, характерные для обычных условий эксплуатации. Другие виды превращений происходят при определенных очень высоких или низких температурах, достигаемых не только при специальной термической обработке, но и при эксплуатации многих устройств (реактивных двигателей, газовых турбин, космических аппаратов и т. д.). [c.9] Большое практическое значение имеют процессы старения, связанные с распадом пересыщенных твердых растворов (процессы выделения) и распадом мартенситной структуры. [c.9] Такие процессы обусловлены неустойчивой (метастабиль-ной) структурой сплава, приобретаемой в результате технологической обработки (например, закалки, наклепа и др.) и связанной с появлением искажений кристаллической решетки или с образованием такой кристаллической структуры, которая не свойственна данному сплаву при данной температуре. Такое метастабильное состояние характеризуется повышенным по сравнению со стабильным состоянием уровнем внутренней (свободной) энергии. [c.9] Используемое в промышленности естественное и искусственное старение сплавов, сопровождающееся выделением кристаллов новых фаз, является одним из основных методов улучшения определенных свойств некоторых сплавов, например повышения механической прочности алюминиевых, медных и никелевых сплавов, повышения жаропрочности никелевых, увеличения коэрцитивной силы медных сплавов и т. д. [c.9] Упрочнение при старении сопровождается одновременным уменьшением пластичности (повышением хрупкости) процессы старения, протекающие в сталях и сплавах, могут оказывать значительное отрицательное влияние на их свойства. Для устранения отрицательных влияний применяют специальные малоуглеродистые стали (легированные титаном, алюминием, цирконием), которые не стареют. Старение, обусловленное распадом пересыщенных твердых растворов, имеет особое значение для многих термически обрабатываемых сплавов на железной, алюминиевой, медной, магниевой, никелевой и кобальтовой основе. [c.9] Деформация оказывает существенное влияние на ппоцесс распада твердых растворов, резко сокращая подготовительный (инкубационный) период. Так, в деформированных сплавах А1 — Si, AI — Си, Mg — А1 уже во время деформации при комнатной температуре начинается распад, тогда как на недефор-мированных образцах этих сплавов при комнатной температуре процесс ограничивается одним лишь подготовительным периодом. Дислокации также являются областями, благоприятными для образования зародышей. [c.12] Процесс распада пересыщенного твердого раствора, сопровождающийся изменением объема, вызывает появление напряжений в зернах. Эти напряжения в некоторых случаях не превышают предела упругости матричной фазы, в других — приводят к пластической деформации. Упругие напряжения, возникающие в результате распада, могут иногда тормозить процесс распада. В связи с этим распад некоторых твердых растворов, сопровождающийся увеличением объема сплава (примерно на 3%), начинается с поверхности образца. [c.12] Старение, обусловленное распадом пересыщенных твердых растворов, вызывает изменение механических и физических свойств сплава прочности, твердости, электросопротивления, коэрцитивной силы, стойкости против коррозии и др. Процессы, протекающие на первых стадиях старения (появление субмикро-скопической неоднородности в распределении атомов растворенного компонента в пересыщенном твердом растворе, когерентная связь двух различных решеток, выпадение весьма дисперсных частиц), приводят к упрочнению сплава, увеличению его твердости, повышению сопротивления сплава пластической деформации, связанному с тем, что изменения структуры сплавов на этих стадиях старения затрудняют перемещение дислокаций при пластической деформации. [c.12] Однако четвертая стадия — коагуляция дисперсных частиц — всегда связана со снижением прочности наряду с коагуляцией частиц разупрочнение обусловлено потерей когерентности решеток новой фазы и твердого раствора, обеднением твердого раствора растворенным компонентом в процессе выделения. Вследствие этого изменение прочности, а также электрического сопротивления и коэрцитивной силы пересыщенного твердого раствора в процессе его старения характеризуется кривой с максимумом. При достаточно больших интервалах времени прочность снижается до значений, присущих сплаву до старения, и меньших. [c.12] При распаде пересыщенных твердых растворов снижается сопротивляемость сплава коррозии. Частицы выделяющейся новой фазы, отличающиеся по составу и структуре от основного твердого раствора, приобретают аномальную электрохимическую активность вследствие разницы в потенциалах растворения. Если частицы выделений — анодные, то они стремятся раствориться в присутствии электролита если катодные, то они защищены от коррозии, но матрица стремится раствориться вокруг них. [c.14] При старении в сплавах часто наблюдается коррозионное растрескивание под напряжением, связанное с локализованным выделением по границам зерен. Присутствие даже небольшого количества локализованных выделений может повести к возникновению растрескивания по границам зерен на участке образца, подвергнутого большим напряжениям. [c.14] Мартенситное превращение и распад мартенситной структуры. Для получения высокой твердости и прочности сталей сплавам необходимо придать мартеиситиую структуру. Мартенсит-ная структура — специфическая игольчатая микроструктура металлических сплавов (сталей, сплавов Си — А1, Си — Zn, Си — Sn и др.), некоторых металлов и даже неметаллических материалов, образующаяся в результате мартенситного превращения. К мартенситным превращениям относят также, вследствие особенностей их кинетики и кристаллогеометрии, полиморфные превращения в безуглеродистых сплавах железа с хромом, никелем, марганцем, а также полиморфные превращения в кобальте, титане, цирконии и в сплавах на основе титана и циркония. [c.14] Мартенситиая структура в сталях, образующаяся в процессе закалки стали из переохлажденного аустенита, представляет собой метастабильиый однофазный твердый раствор углерода в а-железе с кубической объемно-центрированной решеткой вследствие внедрения в решетку а-железа избыточных атомов углерода она искажается и становится тетрагональной. [c.14] Вернуться к основной статье