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

2. Ступенчатое старение

Старение с выдержкой вначале при одной, а затем при другой температуре называют ступенчатым. Как правило, температуру первой ступени выбирают ниже, чем второй. Основная цель

двухступенчатого (двойного) старения — создать большое число ьентров выделений на низкотемпературной ступени, когда пересыщенность твердого раствора велика (на рис. 165 степень пересыщенности Co/Ci растет с понижением температуры Тi), а затем на высокотемпературной ступени получить необходимую степень распада раствора и оптимальный размер выделений. В результа­ те достигаются более высокая плотность и однородность распре­ деления выделений, чем это возможно при одноступенчатом ста­ рении при повышенной температуре.

Допустим, что по условиям эксплуатации необходимо иметь искусственно состаренный сплав с выделениями промежуточной фазы. Если эта фаза при оптимальной температуре старения за­ рождается гетерогенно на дислокациях, границах зерен и субзе­ рен, то плотность ее выделений сравнительно низкая. Если при этом она способна зарождаться на зонах ГП, то предварительное низкотемпературное старение, в том числе и естественное, может резко увеличить плотность выделения промежуточной фазы и из­ мельчить её на высокотемпературной ступени старения. Приме­ ром являются сплавы на базе системы А1 — Zn-—Mg (типа 1915), старение которых при 150—175°С обеспечивает повышенную кор­ розионную стойкость. В этих сплавах зоны ГЦ, образующиеся на низкотемпературной ступени (100°С), увеличивают плотность выделений тр-фазы (см табл. 13) на высокотемпературной ступе­ ни (175°С), и в результате двойного старения достигается сочета­ ние повышенной прочности и сопротивления коррозии под напря­ жением. Роль низкотемпературной ступени здесь может выпол­ нять и естественное старение в течение одного месяца, но более эффективно проводить первое старение при 100°С в течение 10— 20 ч.

более широкий интерес, чем может показаться на первый взгляд.

331

находящихся на квазибинарном разрезе А1 — Mg2Si или недалека от него (сплавы типа авиаль). В этих сплавах при естественном старении образуются игольчатые зоны ГП, обогащенные магнием и кремнием, а при искусственном (170°С)—метастабильная |3'-фа-

пия показала, что это обусловлено огрублением структуры. Одно

рующими элементами. При нагревании до температуры искусст­ венного старения степень пересыщенности раствора еще больше снижается, так как возрастает равновесная растворимость (С’! на

структура получается грубой. Если же после закалки сплав сра­ зу подвергнуть искусственному старению, то в начальный его период пересыщениость раствора будет высокой и в нем гомоген­ но зарождается большое число мелких выделений (З'-фазы.

Предложено несколько способов предотвратить снижение свойств искусственно состаренных сплавов, обусловленное выле­

хранение изделий после закалки при пониженной температуре (в

время такого нагрева зоны ГП, образовавшиеся при естественном старении, полностью растворяются и сплав оказывается в состоя­

332

рогенно, на дислокациях, и структура получается грубой. Комнат­ ное предстарение, создавая зоны ГП, являющиеся центрами за­ рождения р'-фазы, измельчает структуру искусственно состарен­ ного сплава е 0,8% Mg2Si и делает более равномерным распределе­ ние выделений этой фазы.

Таким образом, ступенчатое старение в зависимости от соста­ ва сплава и температуры ступеней может быть полезным или вредным.

С ролью предстарения тесно связан вопрос о роли скорости нагрева при одноступенчатом старении. Обычно на скорость на­ грева до температуры старения не обращают внимания. Однако начальные стадии распада при замедленном нагреве могут влиять на свойства состаренного сплава. Так, например, замед­ ленный нагрев до температуры старения некоторых алюминиевых сплавов позволяет несколько повысить их прочность.

Т а б л и ц а 14

Режимы старения * и механические свойства состаренных сплавов на разной основе

333

В табл. 14 приведены типичные режимы старения сплавов на разной основе и их механические свойства.

О величине прироста прочностных свойств при старении про­

разность значений свойств состаренного и закаленного сплава от­ несена к значению свойства исходного закаленного сплава. Дан­

стемы А1 — Zn — Mg сильно упрочняются при старении, а магние­

для свежезакаленного состояния.

1 Его не следует смешивать с возвратом после холодной деформации.

334

Сущность явления возврата состоит в том, что зоны ГП, воз­ никшие при естественном старении, во время нагрева сплава ра­ створяются, метастабильные и стабильные фазы из-за короткой выдержки не успевают образоваться и быстрое охлаждение фик­

(рис.. 197). Так как при каждом нагреве до температуры возвра­ та все же успевает в не­

изделий в селитряной ванне. Если эта выдержка окажется короче оптимальной, то не все зоны ГП растворятся и разупрочнение будет неполным, а при передержке упрочнение произойдет из-за начавшегося фазового старения. По этой причине и из-за сниже­ ния коррозионной стойкости возврат после старения дуралюминов не нашел широкого применения.

разных условиях старения и определить температуру их раство­ рения.

Температура нагрева для полного возврата свойств (темпера­ тура растворения зон ГП) в общем случае не является констан­ той для данного сплава. Она зависит от стабильности зон, а зна­ чит, от температуры и времени их образования. Чем больше про­ должительность низкотемпературного старения, тем крупнее и стабильнее зоны ГП и тем выше должна быть температура нагре­ ва для их полного растворения. Начиная с некоторой выдержки при старении, температура полного возврата не зависит от време­

335