зерна, где концентрация вакансий не ниже некоторой критической величины Су.

; Если кривая / на рие. 146 характеризует распределение концентрации вакансий по сечению зерна матричного раствора в закаленном сплаве, то при температуре старения в приграничной зоне шириной оЬу распада не произойдет, так как здесь концентра-; ция вакансий ниже Су. При более низкой температуре старения Г>г пересыщенность раствора легирующим элементом больше, чем при температуре Ту, и распад его может идти при более низкой концентрации вакансий (критическая концентрация вакансий С\ <. Су). Соответственно свободная от выделений зона при более низкой температуре старения должна быть уже: оЬ <оЬу.

С повышением температуры нагрева под закалку возрастает равновесная концентрация вакансий и становится резче ее градиент вблизи стока - границы зерна (кривая 2 на рис. 146). Поэтому при одинаковой температуре старения и соответственно одинаковой критической концентрации вакансий зона нераспав-шегося раствора с повышением температуры закалки сужается {obi < oby).

Если замедлить охлаждение при закалке, то на границу зерна успевает стечь больше вакансий (сравните кривые 2 и 5) и свободная от выделений зона оказывается шире (оЬ. > оЬ).

Таким образом, для сужения приграничных зон, свободных от выделений, следует повышать температуру закалки, ускорять закалочное охлаждение и понижать температуру старения. Пластическая деформация закаленного сплава перед старением, способствуя распаду пересыщенного раствора, может полностью предотвратить появление этих зон.

Рассмотренные закономерности влияния разных факторов на ширину зон, свободных от выделений неоднократно устанавливались при изучении алюминиевых и титановых сплавов. Роль этих зон при эксплуатации состаренных сплавов во многих случаях окончательно не ясна.

Чаще всего считают, что зоны, свободные от выделений, вредны, так как из-за меньшего предела текучести в них локализуется пластическая деформация, приводящая к межзеренному разрушению. Согласно одной из гипотез, внутри слабой зоны легко генерируются дислокации, которые скользят вдоль границы зерна и образуют плоские скопления вблизи тройных стыков, где и зарождаются межзеренные трещины.

Пластически деформированная зона, свободная от выделений, является анодом по отношению к остальному зерну и служит причиной ускоренного межзеренного разрушения при коррозии под напряжением.

Однако имеется и другая точка зрения, согласно которой рассматриваемые зоны полезны, так как в них полнее релаксируют напряжения, которые концентрируются в месте остановки полосы скольжения границей зерна. Чем шире мягкая зона, тем полнее 264

Рис. 147. Колонии прерывистого распада в сплаве Ni -20% Сг -9% Nb. Старение при 850° С, 2 ч после закалки с 1180° С. Х 1350 (А. Г. Рахштадт, О. М. Ховова, Н. Н. Гевелинг)

проходит эта релаксация и со ответственно труднее зарождается и растет трещина.

Получить прямые доказательства роли зон, свободных от выделений, не просто, так как с изменением их щирины ври варьировании режима термообработки одновременно изменяются и другие структурные характеристики, влияющие на свойства сплава.

Прерывистый (ячеистый) распад

При прерывистом распаде в зернах исходного пересыщенного раствора зарождаются и растут ячейки (колонии) двухфазной смеси ai -f р, часто имеющие перлитообразное строение (рис. 147). У а-фазы внутри ячеек - та же решетка, что и у исходной фазы , но состав ее является равновесным при данной температуре распада или промежуточным между исходным и равновесным. Рассматриваемое превращение можно записать в следующей форме:

n >ai + P. (32)

Средний состав двухфазной смеси -f fi внутри ячейки такой же, как состав исходного раствора ап.

Распад развивается при продвижении фронта ячейки в исходный раствор вследствие кооперативного роста а- и -фаз аналогично росту перлитной колонии.

Во время превращения концентрация исходного раствора остается все время неизменной, пока этот раствор совсем не исчезнет. На границе ячейки и исходного раствора в узкой зоне происходит резкий скачок концентрации - от исходной в растворе п до концентрации раствора внутри ячейки. Поэтому распад и называют прерывистым в отличие от непрерывного, при котором в исходном растворе концентрация легирующего элемента плавно снижается, так как он постепенно высасывается в результате роста избыточной р-фазы.

Рентгенографически прерывистый распад впервые был обнаружен Н. В. Агеевым, М. Хансеном и Г. Заксом в 1930 г. на еплаве серебра с медью. При непрерывном распаде период решетки матричного раствора плавно изменяется из-за постепенного уменьшения его концентрации по всему объему и линии рентгенограммы

соответственно смещаются и размываются. При прерывистом-распаде на рентгенограмме отмечаются две системы линий: одна соответствует исходному раствору а с определенным периодом решетки, а другая - раствору с конечной концентрацией и своим периодом решетки. С развитием прерывистого распада линии рентгенограммы не смещаются, т.е. периоды решеток а-раствора двух составов не изменяются. Постепенно ослабляются интерференции от раствора с исходной концентрацией, так как количество его уменьшается, и усиливаются отражения от раствора с конечной концентрацией.

Прерывистый распад бывает только локализованным и начинается чаще всего от границ зерен. При малом межпластиночном, расстоянии в ячейках или сильной травимости превращенной области она выявляется под световым микроскопом в виде темных участков, обычно резко отличающихся от светлых зерен исходного пересыщенного раствора. На начальных стадиях прерывистого распада он выявляется в виде утолщенных границ зерен исходной фазы.

Кристаллографическая ориентация а-фазы внутри ячейки отличается от исходной ориентации ап-фазы в том зерне, в котором растет эта ячейка. Вместе с тем ориентация х-фазы внутри ячейки такая же, как в соседнем зерне по другую сторону от границы, где начался прерывистый распад. Таким образом, продвижение фронта ячейки прерывистого распада в сторону одного зерна сопровождается переориентацией кристаллической решетки матричной фазы и его можно трактовать как продвижение межзеренной границы в сторону поедаемого зерна. Это внешне похоже на образование выступов, языков при первичной рекристаллизации, когда отдельные участки высокоугловой границы выгибаются и продвигаются в сторону одного из зерен (см. рис. 16).

При прерывистом распаде избыточная фаза выделяется из матрицы позади межзеренной границы,продвигающейся в сторону соседнего зерна. Термодинамическим стимулом рассматриваемого продвижения межзеренной границы является разность объемных свободных энергий исходного пересыщенного раствора и двухфазной смеси внутри ячейки {Fy-F на рис. 137). Если состав фаз внутри ячейки и не достигает равновесных значений, то все равно образование этой смеси приводит к уменьшению объемной свободной энергии, хотя и не предельно возможному.

Механизм зарождения ячейки прерывистого распада точно не выявлен. Одно из предположений, базирующееся на строении фронта превращения, сводится к следующему. Граница зерен мигрирует, растворенный элемент сегрегирует около нее и выделяется в виде частиц, локально закрепляющих границу. Продолжая мигрировать, граница выгибается между выделениями, а они удлиняются при росте, следуя за продвигающейся границей (рис. 148). Так формируется чередование участков а у и Р-фаз, т. е. зарождается перлитообразная ячейка позади мигрирующей 266