СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ, изменение механич., физич. и химич. свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамич. неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов. При быстром охлаждении от высоких темп-р (при закалке или после кристаллизации и горячей пластич. деформации) металлы и сплавы полностью или частично сохраняют атомную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В чистых металлах неравномерность этой структуры состоит в избыточной (для низких темп-р) концентрации вакансий и наличии др. дефектов кристаллич. структуры. В сплавах неравновесность структуры может быть связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких темп-pax. Наиболее важно старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твёрдого раствора. Состояние пересыщения твёрдого раствора возникает после охлаждения сплавов от высоких темп-р, поскольку обычно с повышением темп-ры растворимость примесей (или специально вводимых легирующих элементов) растёт.

Имеется большое число сплавов, для к-рых старение проводится как спец. операция термической обработки и обеспечивает получение комплекса важных механич. или физич. свойств. Старение, или "дисперсионное твердение",- осн. способ упрочняющей термич. обработки сплавов на основе Al (см. Алюминиевые сплавы), Mg, Cu, Ni. Кроме высокой прочности, стареющие сплавы могут приобретать и др. ценные свойства, напр, высокую коэрцитивную силу.

При достаточно большой степени пересыщения твёрдый раствор оказывается полностью нестабильным и его расслоение идёт во всей массе материала с образованием сначала неоднородного твёрдого раствора с непрерывно меняющимся составом, а затем периодически расположенных частиц с чёткими границами раздела. Распад такого типа наз. спинодальным и наблюдается в ряде технически важных сплавов (сплавы для постоянных магнитов типа кунифе). Более общим для стареющих сплавов является метастабильное состояние твёрдого раствора, распад к-рого должен идти путём образования и роста зародышей новой

фазы, а процесс зарождения требует преодоления энергетич. барьера. Этот барьер оказывается существенно пониженным при образовании когерентных частиц, т. е. частиц, у к-рых кристаллич. решётка упруго сопряжена с решёткой исходного твёрдого раствора. При сравнительно низких темп-pax распад твёрдых растворов часто останавливается на стадии образования зон - весьма дисперсных областей, обогащённых избыточным компонентом и сохраняющих кристаллич. структуру исходного раствора, впервые обнаруженных по эффектам диффузного рассеяния рентгеновских лучей (зоны Гинье - Престона). С помощью электронной микроскопии зоны Гинье - Престона наблюдали в сплавах Al - Ag в виде сферич. частиц диам. ~ 10А, в сплавах Al - Cu - в виде пластин толщиной порядка периодов решётки (<10А). Образование зон характерно для т. н. естеств. старения, к-рое протекает при комнатных темп-pax в случае сплавов на основе Al, а также низкоуглеродистой стали или технич. железа, где имеется твёрдый раствор (феррит), пересыщенный углеродом или азотом. В нек-рых случаях зоны можно рассматривать как зародыши фазы выделения.

Понятию "естественное старение" противопоставляется "искусственное старение", к-рое в случае алюминиевых сплавов (исторически первых материалов, упрочняемых старением) проводилось при повышенных темп-pax (выше 100 °С); в совр. лит-ре вместо этих терминов чаще используются термины "низкотемпературное старение" и "высокотемпературное старение". В связи с различиями процесса распада в разных температурных интервалах для нек-рых сплавов оптимальный комплекс свойств достигается после сложного старения в определ. последовательности при низкой и при более высокой темп-рах.

Различают 2 осн. механизма распада пересыщенного твёрдого раствора: непрерывный, к-рый идёт путём образования и роста отд. зародышей - частиц фазы, содержащей избыточный компонент твердого раствора, и прерывистый (или ячеистый), при к-ром возникают и растут ячейки или колонии, состоящие обычно из равновесных фаз - новой фазы, обогащённой избыточным компонентом, и обеднённого (равновесного) твёрдого раствора. В первом случае частицы образуются по всему объёму и их рост сопровождается постепенным и непрерывным обеднением матричного твёрдого раствора. Во втором случае происходит движение границы раздела колония - непревращённая область твёрдого раствора. Колонии имеют обычно пластинчатое строение, зарождаются на границе зерна, и их движущийся фронт представляет собой подвижную высокоугловую границу с зерном исходного твёрдого раствора.

При распаде твёрдых растворов в условиях высокой концентрации дефектов кристаллич. строения (дислокаций и др. X к-рые создаются предварит, сильной холодной деформацией, получают особенно высокие значения прочности (см. Термомеханическая обработка металлов). Процессы распада твёрдых растворов могут приводить и к нежелательным изменениям свойств сплавов, напр, к ухудшению пластичности и охрупчиванию низкоуглеродистой котельной стали, к увеличению коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание электротехнич. железа. Некоторые сплавы склонны к т. н. "деформационному старению". Сравнительно слабая холодная пластич. деформация, сама по себе не очень сильно меняющая свойства материала, существенно ускоряет процессы размежевания компонентов твёрдого раствора, к-рые приводят к образованию сегрегатов (а затем выделений) возле дислокаций. Этот суммарный эффект деформации и старения ("деформационное старение") резко ухудшает вязкость и пластичность сплавов, что особенно нежелательно для материалов, подвергаемых глубокой штамповке (например, листовая сталь для автомобилестроения). Специальным легированием и термич. обработкой можно существенно снизить вредные эффекты старения.

Лит.: С к а к о в Ю. А., Старение металлических сплавов, в сб.: Металловедение (Материалы симпозиума), M., 1971; Захарова M. И., Атомнокристаллическая структура и свойства металлов и сплавов, M., 1972; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, M., 1974; Тяпкин Ю. Д., Гаврилова А. В., Старение сплавов, в сб.: Итоги науки и техники. Серия Металловедение и термическая обработка металлов, т. 8, M., 1974. Ю. А. Скакав.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

СТАРЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ →← СТАРЕНИЕ МАГНИТНОЕ

Смотреть что такое СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ в других словарях:

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

        изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояни... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

[aging] — 1. Изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов в процессе вылеживания при комнатной температуре (естественное старение) или при нагреве (искусственное старение), а также при выдержке и эксплуатации при разных температураx после холодной пластической деформации (деформационное старение). Старение обусловленно термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенно приближающей структуры к равновесному состояию в условиях достаточной диффузионной подвижности атомов. В чистых металлах неравномерность исходной структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации вакансий и других дефектов кристаллической решетки, а в сплавах и металлах технической чистоты, содержащих определенные примеси — в сохранности пресыщенного твёрдого раствора. 2. Заключительная операция термической обработки специальных классов конструкционных материалов — стареющих (или дисперсионно-твердых) сплавов; приводит к увеличению твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и ударной вязкости. Известно много стареющих сплавов на основе Al, Mg, Cu, Ni и др.В принципе старение применимо к любому сплаву, в котором имеется пересыщенный твёрдый раствор. Такой раствор стремится к самопроизвольному распаду — выделению из него избытка растворенного компонента. Процесс выделения является типичным диффузионным превращением, ускоряющимся с ростом температуры. Структурные изменения при старении проходят в несколько стадий. На 1-й стадии образуются в пересыщенном твердом растворе скопления атомов легирующего элемента — кластеры. Вначале размер кластеров столь мал, что структурные методы их не выявляются. С увеличением времени старения кластеры растут и вызывая дифракционные эффекты на рентгенограммах. Кластеры, обнаруженные структурными методами, называем зонами Гинье-Престона (Г-П.) по имени французского и англиского ученых, имеют размеры порядка 1-10 нм, у них та же кристаллическая решетка, что и у матричного раствора. Для зон Г-П. характерно гомогенное зарождение, и они равномерно распределяются в зернах твердого раствора. Зоны Г. — П. часто называют предвыделениями, но их можно рассматривать и как полностью когерентные выделения. Следующая стадия распада пресыщенного твёрдого раствора при старении — собственно выделение второй фазы. В большинстве промышленных сплавов при старении выделяется метастабильная фаза β' со структурой, более близкой к структуре матричного раствора α и, соответственно, меньшими межфазной энергией и размером критического зародыша. Такая метастабильная фаза β' выделяется быстрее, чем стабильная фаза β. С увеличением времени старения наблюдается такая последовательность стадий распада пересыщенного α-раствора. Заключительная стадия структурно изменяется при старении — коагуляция выделений. В общем случае с увеличением времени старения прочность сначала растет, а затем снижается. Упрочнение возникает на стадии образования зон Г-П. и метастабильной фазы. Такое упрочнение называется дисперсионным твердением. Разупрочнение при дальнейшем увеличении времени старения, называется перестариванием, обусловленным действием двух факторов. Во-первых, коагуляцией выделений метастабильной фазы, а во-вторых, частичной заменой когерентных выделений метастабильной фазы некогерентного выделения стабильной фазы. Режим старения выбирают, ориентируясь на достижения максимальной прочности (жаропрочности) или оптимального сочетания прочности, пластичности и коррозионной стоикости. Если при старении на максимальную прочность (полное старение) пластичность оказывается недопустимо низкой, то проводят неполное старение, при котором потеря возможного прироста прочности компенсируется меньшим снижением пластичности: <br><br>Смотри также:<br> — старение полимерных покрытий<br> — стабилизирующее старение<br> — магнитное старение<br> — искусственное старение<br> — естественное старение<br> — деформационное старение<br> — двухступенчатое старение<br> — полевое старение<br> — старение под напряжением<br>... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Старение металлов – изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, протекающее либо самопроизвольно, в процессе длител... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — явление, заключающееся в том, что многие металлы, подвергшиеся холодной или горячей обработке, вследствие рекристаллизации и др. п... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

"...Старение металлов - изменение свойств металлов, протекающее либо самопроизвольно при нормальных условиях (естественное старение), либо при нагреве ... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

старе́ние мета́ллов способ термической обработки, обеспечивающий получение комплекса требуемых механических и физических свойств изделий из металлов... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Старе́ние мета́ллов - способ термической обработки, обеспечивающий получение комплекса требуемых механических и физических свойств изделий из металлов и сплавов. Старение является основным способом упрочнения сплавов на основе алюминия, магния, меди, никеля.... смотреть

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

старі́ння мета́лів

T: 165