Стадии распада раствора при дисперсионном твердении

Образование зон Гинье — Престона

У дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов и бериллиевых бронз при комнатной температуре сразу после закалки растет электросопротивление.

Это объясняют образованием в пересыщенном твердом растворе скоплений атомов легирующих элементов — кластеров, рассеивающих электронные волны.


Зависимость прироста электросопротивления

Зависимость прироста электросопротивления

Зависимость прироста электросопротивления ∆ρ сплава Al — (1,2% (ат.)
Mg2Si от продолжительности старения (Т) при 30 °С после закалки
с 520 °С (Бэба и Такашима).


Возможно, что часть кластеров успевает образоваться уже в период закалочного охлаждения. Вначале размер кластеров очень мал и структурные методы их не выявляют. Через некоторое время кластеры могут вырасти настолько, что они вызывают дифракционные эффекты на рентгенограммах монокристаллов и электронограммах при просвечивании фольг.

Кластеры, обнаруживаемые структурными методами, называют зонами Гинье — Престона (сокращенно — зоны ГП).

У них та же кристаллическая решетка, что и у матричного раствора, но из-за различия в атомных диаметрах металла
— основы и легирующего элемента скопление легирующего элемента вызывает местное изменение межплоскостных расстояний.


Модель строения твердого раствора меди

Модель строения твердого раствора меди

Модель строения твердого раствора меди в алюминии
с зоной ГП (по Герольду).


На рисунке изображена предложенная Герольдом модель строения зоны ГП в алюминиевомедном сплаве. Атомы меди занимают одну из плоскостей {100} , а по обе стороны от нее параллельные плоскости состоят только из атомов алюминия. Так как атомный диаметр у меди меньше, чем у алюминия, то плоскости, заполненные атомами алюминия, смещены в сторону плоскости, состоящей из атомов меди.

Смещение атомных слоев из нормальных положений при удалении от центра зоны ГП уменьшается и, согласно этой модели, четырнадцатые атомные слои по обе стороны от центральной плоскости остаются несмещенными. Из-за большой разницы в атомных диаметрах меди и алюминия, обусловливающей значительную упругую деформацию решетки, форма зон ГП в алюминиевомедных сплавах — тонкопластинчатая, дискообразная (смотрите Структурные изменения при старении). 

В сплавах Al — Ag и Al — Zn разница в размерах атомов добавки и алюминия мала, упругая деформация решетки невелика и форма зон ГП — сферическая (смотрите таблицу Форма зон Гинье — Престона в разных системах). Атомы серебра и цинка образуют сферические кластеры, вокруг которых раствор обеднен легирующим элементом.

Размер зон ГП зависит от состава сплава, температуры и продолжительности старения и составляет величину порядка 101 — 102 А̊. Так, например, дискообразные зоны ГП в сплавах Al — Cu имеют диаметр порядка 100 А̊.

Образование кластеров
— диффузионный процесс, связанный с перемещением атомов легирующего элемента в решетке твердого раствора. Важнейшей особенностью кинетики образования кластеров является необычайно высокая диффузионная подвижность атомов растворенных элементов. Кластеры образуются даже три отрицательных температурах (в сплавах Al — Zn — при минус 100 °С).

«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