Отпуск и искусственное старение

Термин «отпуск» обычно используют применительно к сталям и дру­гим сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение (двухфазные алюминиевые бронзы, некоторые сплавы на основе титана и др.). Термин «старение» чаще всего используют применительно к сплавам, не претерпевающим при закалке полиморфного превращения (сплавы на основе алюминия, аустенитные стали, никелевые сплавы и др.).

Отпуск и искусственное старение металлов − термическая обработка закаленных сплавов (главным образом, стали), включаю­щая нагрев (ниже 0,4 t_пл), выдержку и охлаждение. Скорость охлаж­дения не влияет на структуру и свойства сплавов. Цель − достижение оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости.

При отпуске и искусственном старении в предварительно зака­ленных сплавах нагрев вызывает процессы распада пересыщенного твердого раствора (метастабильной фазы), в результате которых происходят фазовые превращения.

Механизм распада пересыщенного твердого раствора заклю­чается в следующем. На первой стадии внутри пересыщенного твер­дого раствора происходит направленная диффузия атомов пересы­щающего компонента и скопление их в определенных участках кри­сталлической решетки. На второй стадии в этих участках формируются очень малые области с новой кристаллической решет­кой, сопряженной (когерентной) с кристаллическими решетками ос­новного металла и пересыщающего компонента. На третьей стадии происходит отрыв одной решетки от другой и образование дисперс­ных частиц новой фазы. На четвертой стадии происходит коагуляция дисперсных частиц и переход метастабильной модификации новой фазы в стабильную модификацию. Выделение этой фазы возможно по всей кристаллической решетке на ее дефектах, ускоряющих про­цесс образования зародышей фазы. Границы зерен являются наибо­лее благоприятными местами для возникновения аномальной концен­трации диффундирующих атомов.

Коагуляция − укрупнение (слипание) частиц при их столкновении в процессах броуновского движения, перемешивания или диффузии в сило­вом (например, температурном или электрическом) поле.

Микроструктура сплавов, прошедших отпуск или искусственное старение, содержит выделения новой фазы, образовавшиеся за счет пересыщающего компонента в твердом растворе. Тип выделений (кристаллическая решетка), их размер и характер сопряженности с решеткой твердого раствора зависят как от природы сплава, так и от условий старения, то есть от температуры нагрева и времени выдержкипри этой температуре. С увеличением времени выдержки сплава при нагреве выделения новой фазы растут (коагуляция) и превраща­ются в сферические (сфероидизация).

Появление субмикроскопической неоднородности при диффузии пересыщающего компонента, когерентная связь двух различных решеток, выпадение дисперсных частиц приводят к упрочнению сплава (дисперсионное упрочнение), увеличению его твердости, повы­шению сопротивления пластической деформации и коррозии. Но обеднение твердого раствора пересыщающим компонентом, потеря когерентности решеток новой фазы и твердого раствора, коагуляция исфероидизация частиц новой фазы сопровождаются разупрочнени­ем сплава, повышением его пластичности и изменением электриче­ского сопротивления.

Отпуск и искусственное старение в 2-3 раза повышают такие свойства сплавов, как твердость, прочность, коэрцитивная сила, удельное электрическое сопротивление и др.