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 CuAl2. 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.