Кинетика и последовательность образования выделений при старении (способы)

Запись процесса распада пересыщенного раствора в виде схемы α → ГП → β´ → β указывает лишь на временную (при постоянной температуре) или температурную (при постоянной выдержке) последовательность появления разного типа выделений. Эту запись не следует трактовать так, что всегда зоны ГП превращаются вследствие перестройки решетки в β´-фазу, а β´-фаза — в β-фазу.

Возможны три способа образования более стабильных выделений.

Первый способ — указанное прямое превращение менее стабильных выделений в более стабильные, т. е. изменение типа решетки, аллотропический переход в пределах объема выделения без участия матрицы. Этот путь может реализоваться только при небольшой разнице в структуре выделений и поэтому встречается редко.

При исследовании стареющих сплавов Al — Cu получены экспериментальные данные, которые можно трактовать как прямую перестройку зон ГП в выделения θ˝-фазы, которые поэтому и были названы зонами ГП2.

Второй способ — зарождение β´-фазы на зонах ГП и рост выделений β´ в матрице и, аналогично зарождение β-фазы на выделениях β´ и рост частиц β в матрице.

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

Выше температуры сольвуса промежуточной фазы стабильная β-фаза может выделяться только из матрицы. Каковы будут места ее предпочтительного зарождения при более низких температурах старения, когда ранее уже выделилась промежуточная фаза, заранее предсказать пока нельзя.

Например, в сплавах Al — Cu θ-фаза (CuAl2) на ранних стадиях распада зарождается на границах зерен матрицы, а на поздних — на границах раздела θ´-фазы с алюминиевым раствором. В этих же сплавах θ´-фаза на ранних стадиях распада выделяется на дислокациях, а на более поздних зарождается на выделениях θ˝-фазы. Некоторые исследования указывают, что θ˝-фаза образуется не перестройкой и развитием зон ГП, а прямо выделяется из матрицы.

Многочисленные данные показывают, что в сплавах системы Al — Zn — Mg выделения η´-фазы при искусственном старении зарождаются на зонах ГП, образовавшихся при естественном старении. Это явление используют при разработке режимов старения (смотрите Выбор режима старения).

В Образовании промежуточных метастабильных фаз 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 Сα—гп (смотрите рисунки Зависимость свободной энергии от состава и Диаграмма состояния с линиями сольвуса). После образования промежуточной β´-фазы на границе с ней устанавливается концентрация раствора Сα—β´ . Следовательно, в матрице возникает градиент концентраций Сα—гп — Сα—β´.

Выравнивающая диффузия в матрице в направлении этого градиента создает пересыщение раствора относительно β´-фазы и делает его ненасыщенным по отношению к зонам ГП. В результате выделения β´-фазы будут расти вследствие одновременного растворения зон ГП.

Аналогично после образования стабильной β-фазы концентрация раствора на границе с ней Сα—β < Сα—β´ и выделения Р будут расти вследствие одновременного растворения β-фазы.


Структура сплава Al — 15% Ag

Структура сплава Al — 15% Ag

Структура сплава Al — 15% Ag закаленного с 520 °С и состаренного при 160 °С, 10 дней. Электродная микроскопия, фольга (Кларк).


На рисунке видны серые области с ранее образовавшимися сферическими зонами ГП и позднее выделившиеся иглы γ´-фазы, около которых светлые поля — это участки матрицы, где зоны ГП растворились при одновременном подрастании игл γ´.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

x
Для удобства пользования сайтом используются Cookies.
This website uses Cookies to ensure you get the best experience on our website. Ознакомлен(а) / OK