Старение

Как сказано выше, закаленный сплав находится в метастасильном состоянии. Пересыпанный твердый раствор стремится к равновесному состоянию путем выделения избыточной фазы.

Операция термической обработки, при которой происходит распад закаленного пересыщенного твердого раствора, называется старением.

Распад пересыщенного твердого раствора происходит самопроиз­вольно, с выделением скрытой теплоты превращения, b некоторых сплавах этот процесс, хотя и неполно, протекает даже при комнатной температуре. В этом случае старение называется естественным. Одна­ко в большинстве случаев диффузионная подвижность атомов при ком­натной температуре недостаточна для обеспечения необходимой сте­пени распада в приемлемое время, и тогда сплав подвергают искус­ственному старении при повышенных температурах.

Основными параметрами, определяющими степень распада пересы­щенного твердого раствора, являются температура и время, скорость нагревания и охлаждения практически не играет роли.

Рассмотрим более подробно изменения структуры и свойства при закалке и старении алюминиевых сплавов типа дуралюмин.

Термообработка дуралюмина

Основой упрочняющей термообработки дуралюминов служит пере­менная растворимость меди в алюминии (0,1% при комнатной темпе­ратуре и 5,7 при температуре эвтектики).

Сплавы, содержащие около 5 % алюминия, при комнатной темпе­ратуре состоят из α- твердого раствора и соединения CuAl₂

(так называемой θ - фазы. После закалки от температур выше линий сольвус получается пересыщенный твердый раствор меди в алюми­ний, склонный к распаду при старении.

На процесс выделения избыточных фаз большое влияние оказы­вает упругая деформация решетки основного твердого раствора. Именно влияние упругой энергии определяет сложность и много стадийность процесса распада с образованием метастабильных фаз.

1. Уже при комнатной температуре в пересыщенном твердом растворе образуется участки с повышенной концентрацией меди, называемые кластерами. Вначале размер кластеров очень мал, а со вре­менем они вырастает, и их можно выявить методами рентгеноструктур­ного анализа. Такие крупные кластеры называется зонами Гинье -Престона (сокращенно ЗГП).

Большая разница в атомных радиусах меди и алюминия обуслов­ливает значительную упругую деформацию решетки, поэтому 5ГП имеют

тонко пластинчатый дискообразную форму. По этой же причине в мес­тах, обогащенных медью, изменяется межплоскостное расстояние.

Размер ЗГП зависит от температуры и продолжительности ста­рения и имеет величину порядка 100 А.

Зоны Гинье-Престона не имеют четкой границы с основным твердым раствором, т.е. являются полностью когерентными выделе­ниями. Иногда их даже трактуют как стадию пред выделениями при старении.

2. При повышенных температурах старения выделяются мета ­ стабильные фазы, которые по составу совпадают с CuAl₂

решетка их когерентна решетке твердого раствора и отличается от решетки стабильной CuAl_2. Размеры таких выделений могут достигать 1500 А в диаметре и 100 А по толщине.

3. Конечным результатом старения является выделение стабильной фазы CuAl₂, дисперсность которой уменьшается с повышением температуры старения в результате процесса коагуляции частиц.