Файл: Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов учебник.pdf

образовании промежуточной р'-фазы и зон ГП: ad> ac> ab. Одна­ ко это не означает, что при старении всегда больше вероятность образования стабильной фазы. На рис. 178 по оси ординат отло­ жены значения объемной («химической») свободной энергии. В § 21 было показано, что последовательность образования фаз ре­ гулируется не достигаемым уровнем объемной свободной энергии, а величиной энергетического барьера при зарождении новой фазы.

Энергетический барьер зарождения — работа образования кри­ тического зародыша (AFKp) без учета упругой составляющей рав­ на одной трети его поверхностной энергии [см. формулу (23)]. У зон ГП поверхностная энергия минимальна, а у некогерентных

шетки. Упругая деформация при зарождении полукогерентных вы­ делений (З'-фазы может быть больше, чем при зарождении некоге­

рентных выделений p-фазы. Тогда неравенство АГкр < А /гкР выполняется только в том случае, если выигрыш в поверхностной

Зоны ГП, промежуточная и стабильная фазы характеризуются своими С-кривыми (рис. 181). Верхние ветви С-кривых асимпто­ тически приближаются к соответствующим температурам соль-

307

зования критического зародыша минимальна, а затем выделяется фаза с большей величиной ДГкр. Например, при температуре ста­

тем меньше число промежуточных превращений. Выше это прави­ ло было продемонстрировано на примере одного сплава: степень пересыщенности раствора уменьшалась с повышением температу­ ры старения. Оно справедливо и для сплавов разного состава при постоянной температуре старения. Например, если взять сравни­ тельно малолегированный сплав с составом левее точки Са-гп на рис. 179, то при температуре старения Т\ зоны ГП в нем не мо­ гут образоваться.

В табл. 13 приведены примеры последовательности появления выделений в сплавах разных систем с ростом продолжительности старения или температуры старения (при постоянной выдержке). Табл. 13 демонстрирует не последовательность выделений при старении по промышленным режимам, а возможное для данного сплава число стадий выделений в широком диапазоне температур и времен выдержки при старении, в том числе и при режимах, не используемых в промышленности. Например, для большинства сплавов режим старения подбирают, так чтобы не выделялась стабильная фаза (см .§ 43 и 44).

Для теории и практики старения (см. § 45) очень важно знать, как зарождаются и растут более стабильные выделения, если имеются ранее образовавшиеся менее стабильные выделения

308

температуре) или температурную (при постоянной выдержке) по­ следовательность появления разного типа выделений. Эту запись не следует трактовать так, что всегда зоны ГП превращаются «следствие перестройки решетки в р'-фазу, а р'-фаза— в р-фазу.

Возможны три способа образования более стабильных выделе­ ний. Первый способ — указанное прямое превращение менее ста­ бильных выделений в более стабильные, т. е. изменение типа ре­ шетки, аллотропический переход в пределах объема выделения без

мую перестройку зон ГП в выделения 0"-фазы, которые поэтому и были названы зонами ГП2.

Второй способ — зарождение р'-фазы на зонах ГП и рост выде­ лений р' в матрице и, аналогично зарождение fl-фазы на выделе­ ниях р' и рост частиц р в матрице.

Третий способ — независимое зарождение более стабильной фазы в матрице вдали от выделений менее стабильной фазы, вда­ ли от зон ГП.

Выше температуры сольвуса промежуточной фазы стабильная p-фаза может выделяться только из матрицы. Каковы будут места ее предпочтительного зарождения при более низких температурах старения, когда ранее уже выделилась промежуточная фаза, зара­ нее предсказать пока нельзя. Например, в сплавах А1—Си 0-фаза

стадиях распада выделяется на дислокациях, а на более поздних

рении. Это явление используют при разработке режимов старения

(см. § 45).

В § 21 было доказано, что образование более стабильной фазы должно приводить к растворению менее стабильной фазы. При старении сплавов это правило играет важную роль. Около зон ГП концентрация матричного раствора равна С а-гп (см. рис. 178 и 179). После образования промежуточной р'-фазы на границе с

309

выделений, особенно если удельный объем при распаде раствора возрастает. Закалочные вакансии способствуют также диффузион­ ному росту зародышей новой фазы. Можно принять, что при неко­ торой пересыщенности раствора легирующим элементом, т. е. при определенной температуре старения Т1г распад за определенное время происходит только в той части тела зерна, где концентрация вакансий не ниже некоторой критической величины С\.

Если кривая 1 на рис. 185 характеризует распределение кон­ центрации вакансий по сечению зерна матричного раствора в за­ каленном сплаве, то при температуре старения Тi в приграничной зоне шириной ob\ распада не произойдет, так как здесь концентра­ ция вакансий ниже С\. При более низкой температуре старения Т2

С повышением температуры нагрева под закалку возрастает равновесная концентрация вакансий и становится резче ее гради­ ент вблизи стока — границы зерна (кривая 2 на рис. 185). Поэто­ му при одинаковой температуре старения и соответственно одина­ ковой критической концентрации вакансий зона нераспавшегося раствора с повышением температуры закалки сужается (оЬ^<СоЬ]).

Если замедлить охлаждение при закалке, то на границу зерна успевает стечь больше вакансий (сравните .кривые 2 и 3) и свобод­ ная от выделений зона оказывается шире (ob3> o b 4) .

Таким образом, для сужения приграничных зон, свободных от выделений, следует повышать температуру закалки, ускорять за­ калочное охлаждение и понижать температуру старения. Плас­ тическая деформация закаленного сплава перед старением, спо­ собствуя распаду пересыщенного раствора, может полностью предотвратить появление этих зон.

Рассмотренные закономерности влияния разных факторов на ширину зон, свободных от выделений неоднократно устанавлива­ лись при изучении алюминиевых и титановых сплавов. Роль этих зон при эксплуатации состаренных сплавов во многих случаях окончательно, не ясна. Например, по поводу их роли в высоко­ прочных сплавах на базе системы А1—Zn—Mg высказываются прямо противоположные точки зрения. Одно время усиленно под­ черкивали, что свободные от выделений зоны вредны. Во-первых, из-за меньшей прочности в них должны локализоваться пласти­ ческая деформация и начинаться преждевременное разрушение. Во-вторых, локализованное растворение пластически деформи­ рованных зон, являющихся анодом по отношению к остальному зерну, служит причиной ускоренного развития межзеренных тре­ щин при коррозии под напряжением. Однако получены экспери­ ментальные данные, показывающие, что с уширением свободных от выделений приграничных зон пластичность растет (при пони-

312