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

3. Влияние малых добавок и примесей

Специальные добавки и случайные примеси, содержащиеся в сплаве в тысячных — десятых долях процента, иногда сильно вли­ яют на кинетику распада раствора, структуру и свойства состарен­ ного сплава.

Влияние добавок, прямо связанное с образованием новой фа­

бавок, не вызывающих качественного изменения фазового соста­ ва, могут быть разными. Добавка может характеризоваться высо­ кой энергией связи с вакансиями, и ее атомы в твердом растворе действуют как ловушки для вакансий. Такое действие оказывают добавки Cd, In, Sn и Be в алюминиево-медном растворе.

Захват вакансий примесными атомами приводит к уменьше­ нию их участия в транспортировке атомов основного легирующе­ го элемента (меди в сплавах А1—Си) к зонам ГП. Малые добав­

границу раздела матрицы с выделением, уменьшая здесь поверх­

рость коагуляции выделений О'-фазы в сплаве А1—Си. Торможе­ ние коагуляции особенно ценно для стареющих жаропрочных сплавов, в которых таким путем затрудняется разупрочнение во время эксплуатации изделия при повышенных температурах.

Одна добавка может неодинаково влиять на старение при раз­ ных температурах. Например, малая добавка кадмия задержива­ ет образование зон ГП в сплавах А1—Си и замедляет упрочнение при естественном старении и она же повышает плотность выде­ лений 0'-фазы, усиливая упрочнение при искусственном старении.

Еще один механизм влияния малой добавки связан с вхожде­ нием ее в состав зон ГП и стабилизацией зон. Примесь 0,25% Si

что атомы кремния входят в состав зон ГП, делают зоны стабиль­ ными до более высоких температур так, что на них, а не на дис­ локациях зарождается S '-фаза при 190°С. Так как плотность распределения зон ГП, зарождающихся гомогенно, очень высо­ кая, то плотность выделений S '-фазы оказывается повышенной.

Концентрирование атомов малой добавки в выделяющейся фазе может так понизить ее объемную свободную энергию, что

327

Введение малых добавок и регулирование содержания приме­ сей является одним из наиболее эффективных путей управления процессами старения.

§45. ВЫБОР РЕЖИМА СТАРЕНИЯ

1.Выбор температуры и продолжительности старения

После предварительной оценки температурного уровня старе­ ния по соотношению (37) или по аналогии с другими сплавами на базе того же металла экспериментально отрабатывают режим старения, строя графики, подобные рис. 191 и 194.

Как известно, старение подразделяют на естественное, проис­ ходящее при комнатной температуре, и искусственное, требую­ щее нагревания до определенной температуры.

В большинстве стареющих сплавов вылеживание при комнат­ ной температуре после закалки не дает такого изменения свойств, которое можно было бы практически использовать. Механические свойства закаленных медных, никелевых и многих других спла­ вов вообще не изменяются при комнатной температуре, так как она слишком низка для развития в них диффузионных процессов.

В алюминиевых сплавах (дуралюминах и др.) образование зон ГП при естественном старении приводит к сильному упрочне­ нию, что широко используют в промышленности.

Понятия «естественное» и «искусственное» старение характе­ ризуют условия его проведения, но однозначно не определяют ха­ рактер структурных изменений в пересыщенном твердом раство­ ре. Если исключить из рассмотрения легкоплавкие сплавы, у ко­ торых естественное старение протекает при высокой гомологиче­

зависимости от его температуры и продолжительности распад ра­ створа останавливается или яа зонной стадии, или на стадии вы­ деления промежуточных фаз либо доходит до коагуляции выделе­ ний стабильной фазы.

328

жет быть естественным и искусственным и заканчивается на ста­ дии образования зон ГП. Фазовое старение алюминиевых спла­ вов, как правило, бывает искусственным. Исключение составля­

щим (перестраивание)'. Для упрочняющего фазового старения ха­

мере условно. Во-первых, условно само подразделение выделений на зоны ГП и промежуточные фазы (см. § 42), что нашло отра­ жение в двойственном названии зоны ГП2-фаза 0". Во-вторых, при распаде раствора зоны ГП заменяются выделениями промежуточ­

кривых изменения свойств.

Без прямых структурных исследований, измеряя только свой­ ства, нельзя однозначно сказать, с каким структурным состояни­ ем мы имеем дело. Однако подразделение старения на зонное и фазовое, несмотря на его условность, полезно, так как позволяет ориентироваться в выборе режима старения для получения опре­ деленного комплекса свойств.

Оптимальный режим старения часто назначают, исходя из тре­ бования достигнуть максимальную прочность. Но для многих из­ делий критерием оптимальности режима старения служит не максимальная прочность, а сочетание разных свойств.

В зависимости от режима, структурных изменений и получае­ мого комплекса свойств искусственное старение можно подраз­ делить на полное, неполное, перестаривание и стабилизирующее

329