другие структурные характеристики зависят от температуры и продолжительности старения и, конечно, от природы сплава, его химического состава по основным компонентам. Кроме того, на структуру состаренного сплава влияют примеси, температура нагрева и скорость охлаждения при закалке, пластическая деформация после закалки (перед старением), продолжительность вылеживания закаленного сплава при комнатной температуре перед искусственным старением и многие другие факторы.

Зависимость структуры состаренного сплава от большого числа факторов и многостаднйность процесса распада пересыщенного твердого раствора в сочетании с высокой дисперсностью выделений, особенно на начальных этапах распада, весьма осложняют изучение структурных изменений при старении. Основные методы изучения строения состаренных сплавов - электронная микроскопия и рентгеноструктурный анализ.

Кроме того, полезные данные получают, изучая изменение механических и физических свойств, особенно электросопротивления, при старении. Это изучение свойств позволяет делать предположения, а в отдельных случаях и выводы о характере и последовательности структурных изменений, прежде всего на ранних стадиях распада раствора, когда возможности прямых структурных методов ограничены.

1. Типы выделений

В зависимости от строения поверхности раздела между выделением и матрицей различают три типа выделений: полностью когерентные, частично когерентные и некогерентные (рис. 139).

У полностью когерентного выделения вся поверхность раздела с матрицей когерентная, и решетка матрицы вокруг выделения упруго искажена (рис. 139, а). У частично когерентного выделе-ления хотя бы одна из границ с матрицей когерентная, а остальные могут быть полукогерентными (рис. 139, б) или даже некогерентными. Некогерентное выделение не имеет ни одной когерент-

Рис 139.. Схема йоеичя-матрщцы с полнестью когерентным (й), частично когерентным (б) й некогерентным (в) выделениями

ной границы с матрицей (рис. 139, в). В стареющих сплавах А1-Си примером полностью когерентных выделений являются зоны ГП и 6 -фаза, частично когерентных 0-фаза и некогерентных CuAlj (их структура рассмотрена ниже, см. рис. 152).

2, Форма и пространственное расположение выделений

Форма выделений

В стареющих сплавах выделения из твердого раствора встречаются в следующих основных формах: тонкопластинчатой (обычно дискообразной), равноосной (обычно сферической или кубической) и игольчатой.

Форма выделений определяется двумя конкурирующими факторами - поверхностной энергией и энергией упругой деформации, стремящихся к минимуму. Требование минимума поверхностной энергии обусловливает стремление к равноосной форме выделений и к появлению граненых форм с наименьщим поверхностным натяжением на всех гранях. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в форме тонких пластин. В зависимости от того, какой из указанных двух факторов преобладает, форма выделений ближе к равноосной или тонкопластинчатой.

У полностью и частично когерентных выделений упругая деформация, обеспечивающая плавную Сопряженность рещеток на когерентной границе, распространяется от нее в глубь матрицы и выделения (рис. 139, а, б). Энергия упругой деформации решеток матрицы и выделений тем больше, чем больше структурное несоответствие этих решеток. При разнице в атомных диаметрах компонентов твердого раствора, не превышающей 3%, форма корегентных выделений определяется требованием минимума поверхностной энергии и близ-

ТАБЛИЦА б

ка к сферической, а при разнице > 5% решающим фактором является повышен-

Форма зон Гинье-Престона

Рис. 140. Зависимость энергии упругой деформации матрицы Е от соотношения осей-с/а некогерентного выделения, имеющего форму сфероида (На-барро)

ная энергия упругих искажений и образуются тонкопластинчатые (чаще всего дискообразные) выделения- Иногда когерентные выделения имеют иглообразную форму, которая отвечает большей энергии упругой деформации, чем дискообразные выделения, но меньшей, чем равноосные. Примеры разных форм зон fHHbe-Престона (когерентных выделений) приведены в табл. 6.

При образовании некогерентного выделения касательные напряжения не возникают, но всегда появляются нормальные напряжения, так как из-за разницы в удельных объемах матрицы и выделения неизбежно возникновение гидростатического (всестороннего) сжатия или растяжения (на рис. 139, в не показанного). Это легко себе представить, мысленно поместив в полость податливой упругой матрицы жесткое включение с размером больше, чем полость: вокруг такого включения в матрице должна появиться область всестороннего сжатия.

Расчет, выполненный для некогерентногс) включения в виде сфероида с полуосями а и с при условии, чт<? вся упругая деформация сосредоточена в матрице, показал следующее (рис. 140). При образовании сферического выделения (с1сг = 1) энергия упру-той лефотмаадй M.axt;j .uH ткстадьта, ии, аб1?а.шаан.и,и. вы.д,еае-ния в форме тонкого диска (с/а < 1) она минимальна, а при игольчатой форме {с1а > 1) имеет промежуточное значение.

Модулированные структуры

Стремление к минимуму энергии упругих искажений влияет не только на форму, но и на взаимное расположение выделений. Требование минимума упругой энергии при распаде твердого раствора обусловливает образование в ряде сплавов так называемых модулированных [или периодических) cmpyicmyp, для которых характерно закономерное пространственное расположение когерентных выделений на определенном расстоянии одно от другого, называемом периодом модуляции структуры (рис. 141 и 142).

Так как период модуляции обычно не превышает нескольких сотен межатомных расстояний, то под световым микроскопом модулированная структура не выявляется. Наилучший метод ее изучения - электронномикроскопический анализ тонких фольг.

В одних сплавах модулированная структура возникает на самых ранних стадиях распада, например при спинодальном распаде, в других она появляется через некоторое время после начала распада.

Модулированные структуры в разных сплавах и в зависимости от режима термической обработки отличаются разной морфологией. В одних случаях видны тонкие пластины выделений, расположенные на одинаковом расстоянии одна от Другой и параллель-iHbie определенной кристаллографической плоскости, в других- -периодически расположенные стержнеобразные выделения, кото-: рые могут образовывать трехмерную сетку взаимоперекрываю-9 и. и. Новиков 257