Главная Процесс термической обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 в табл. 7 приведены примеры последовательности появления выделений в сплавах разных систем с ростом продолжительности старения или температуры старения (при постоянной выдержке). Таблица демонстрирует не последовательность выделений при егареиии по промышленным режимам, а возможное для данного шлава число стадий выделений в широком диапазоне температур йгвремен выдержки при старении, в том числе и при режимах, не используемых в промышленности. Например, для большинства сплавов режим старения подбирают так, чтобы не выделялась стабильная фаза (см. § 43 и 44). Для теории и практики старения (см. § 45) очень важно знать, как зарождаются и растут более стабильные выделения, если имеются ранее образовавшиеся менее стабильные выделения. Запись процесса распада пересыщенного раствора в виде схемы а ГП Р -> р указывает лишь на временную (при постоянной температуре) или температурную (при постоянной выдержке) последовательность появления разного типа выделений. Эту запись не следует трактовать так, что зоны ГП всегда превращаются вследствие перестройки решетки в р-фазу, а р-фаза - в р-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 А1-Си получены экспериментальные данные, которые можно трактовать как прямую перестройку зон ГП в выделения 9 -фазы, которые поэтому и были названы зонами ГП2. . Второй способ - зарождение Р-фазы на зонах ГП и рост выделений р- в матрице и аналогично зарождение Р-фазы на выделениях Р и рост частиц р в матрице. ТАБЛИЦА 7 Стадии распада пересыщенного раствора в промышленных сплавах
Рис. !58. Структура сплава А!- 15% Ag, закаленного с 620°С и состаренного при 160° С, 10 дней. Электронная микроскопия, фольга. X22500 (Кларк) Третий способ - независимое зарождение более стабильной фазы в матрице вдали от выделений менее стабильной фазы и вдали от зон ГП. Выше температуры сольвуса промежуточной фазы стабильная р-()аза может выделяться только из матрицы. Каковы будут места её предпочтительного зарождения при более низких температурах старения, когда ранее уже выделилась промежуточная фаза, заранее предсказать пока нельзя. Например, в сплавах А1-Си 0-фаза (СиЛУ на ранних стадиях распада зарождается на границах зерен матрицы, а на поздних - на границах раздела в-фазы с алюминиевым раствором. В этих же сплавах Э-фаза на ранних стадиях распада выделяется на дислокациях, а на более поздних зарождается на выделениях 6 -фазы. Некоторые исследования указывают, что 9 -фаза образуется не перестройкой и развитием зон ГП, а прямо выделяется из матрицы. Многочисленные данные показывают, что в сплавах системы А1-Zn-Mg выделения т]-фазы при искусственном старении зарождаются на зонах ГП, образовавшихся при естественном старении. Это явление используют при выборе режимов старения (см. § 45). В бериллиевой бронзе у-фаза также зарождается на зонах ГП. В § 19 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 Са гп (см. рис. 154 и 155). После образования промежуточной р-фазы на границе с ней устанавливается концентрация раствора Са р. Следовательно, в матрице возникает градиент концентраций Са гп - Са р. Выравнивающая диффузия в матрице в направлении этого градиента создает пересыщение раствора относительно Р-фазы и делает его ненасыщенным по отношению к зонам ГП. В результате выделения Р-фазы будут расти вследствие одновременного растворения зон ГП. Аналогично после образования стабильной Р-фазы концентрация раствора на границе с ней Са-р < Са р и выделения р будут расти вследствие одновременного растворения Р-фазы. J На рис. 158 видны серые области с ранее образовавшимися Асферическими зонами ГП и позднее выделившиеся иглы 7-фазы, роколо которых светлые поля - это участки матрицы, где зоны ГП растворились при одновременном подрастании игл 7. у], Коагуляция выделений fc В процессе непрерывного распада твердого раствора суммар-щйя объем выделений увеличивается, а концентрация легирую-щето элемента в растворе снижается. Когда состав матричного piacTBopa становится близким к равновесному при температуре 1рения, суммарный объем выделений перестает изменяться, но fIfTpyKTypa состаренного сплава нестабильна - дисперсные выде-ения склонны к укрупнению, коагуляции. I Выделения в состаренном сплаве, отделенные одно от другого <решеткой матрицы, не могут укрупняться слиянием так, как >иваются капли ртути под действием сил поверхностного натя-. жения. { Движущей силой коагуляции является разность свободных .энергий более мелких и более крупных частиц. В состаренном ьсплаве из-за разных локальных условий роста размеры выделений разные. Чем мельче выделение, тем больше доля атомов, расположенных на его поверхности (по отношению ко всем атомам выде- ления), и тем, следовательно, выше средняя свободная энергия, приходящаяся на 1 г-атом выделения. На рис. 159 кривая свободной энергии мелких частиц Р-фазы (fp) расположена выше кривой свободной энергии крупных , частиц этой же фазы (Fp). Из схемы на рис. 159 видно, что кон-центрация а-раствора, находящегося в равновесии с мелкими выделениями Р-фаЗы (Си), должна быть выше, чем при разноверии с крупными выделениями (С). Этот же вывод следует из рравнения (30). Таким образом, в матричном растворе существует градиент энцентраций легирующего элемента между выделениями раз-joro размера (рис. 160). Этот градиент непосредственно и вызы-ает коагуляцию. Выравнивающая диффузия понижает концен-рацию раствора на его границе с мелким выделением, и оно рас-зряется, поддерживая равновесную концентрацию раствора ?а своей границе. Та же диффузия повышает концентрацию рас-эра на его границе с крупным выделением, раствор здесь пере-лшается и выделяет Р-фазу, поддерживая равновесную концентрацию Ск. Фаза Р выделяется на готовой поверхности крупной рйстицы, которая таким путем растет при одновременном растворении мелкого выделения вплоть до его полного исчезновения, iСледовательно, коагуляция выделений во время старения происходит вследствие переноса вещества через матричный раствор (из-за градиента концентраций) при растворении более мелких и росте более крупных выделений. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |