Эндотаксия при старении сплавов

из "Ориентированная кристаллизация"

Взаимная растворимость металлов А В часто увеличивается с ростом температуры. Если быстро охладить однофазный твердый раствор А — В, равновесный при некоторой температуре Г Гкомн, то образуется пересыщенный твердый раствор. Выдержка закаленного сплава при комнатной или повышенной температуре 7 2( комн 2 7 1) приводит к изменению его механических и физических свойств вследствие структурных изменений. Этот процесс называется старением и широко используется как один из весьма эффективных способов обработки сплавов. Старение при комнатной температуре называется естественным, прн повышенной — искусственным. [c.347]
Уже в первых работах по старению сплавов было высказано предположение, что изменение свойств, особенно заметное на начальных стадиях процесса, связано с распадом пересыщенного гомогенного твердого раствора. Этому естественному представлению, на первый взгляд, противоречили некоторые экспериментальные данные. В частности, рентгенографически было показано, что в течение длительного времени старения изменение свойств не сопровождается изменением параметров решетки твердого раствора. Эта стадия процесса получила название подготовительного (инкубационного) периода. Далее, долгое время ни рентгеновский анализ, ни микроскопия не давали определенных указаний на появление при естественном старении новой, отличной от твердого раствора, фазы и отмечали появление такой фазы прн искусственном старении. В связи с этим у некоторых исследователей слож илось представление, что следует различать низкотемпературное и высокотемпературное старение, как два процесса, имеющих различную природу. [c.348]
Естественное старение представлялось как некоторый аструктурный процесс, заключающийся в перераспределении атомов компонентов в твердом растворе без изменения кристаллической решетки, а искусственное старение — как процесс распада твердого раствора с выделением второй фазы. В последнее время большинство авторов рассматривают процессы старения как смену одних структурных изменений другими. Естественное старение отличается от искусственного меньшим количеством завершенных стадий и отсутствием выделения новой фазы. [c.348]
Исходя из общих энергетических представлений, можно сделать вывод, что при искусственном старении выделяющиеся частицы должны иметь форму, близкую к сферической. Однако, как показал Набарро [94], вследствие различия удельных объемов фазы выделения и матрицы, упругая энергия на границе выделения может быть уменьшена при образовании пластинчатых (или игольчатых) зародышей. Ниже показано, что в некоторых случаях образуются также и равноосные частицы новой фазы. [c.349]
Когда частицы новой фазы выделяются вдоль некоторых кристаллографических плоскостей твердого раствора с сохранением регулярного сопряжения, возникают напряжения. Они увеличиваются с ростом размеров частиц до критического значения, когда возникает пластическая деформация, ведущая к потере регулярности и к образованию фазовых границ. При этом энергия деформации сменяется энергией дислокаций и других нарушений на границах раздела частиц с матрицей. Нарушение регулярного сопряжения энергетически облегчается при образовании частиц равновесной фазы. Критический размер выделе-нпя, при котором осуществляется потеря регулярности, связан со значением пределов упругости материала матрицы и выделения п с величиной межфазной поверхностной энергии. [c.349]
Перестройка в плоскостях (100) приводит к структуре 0 регулярно сопряженной с матрицей (рис. 111,6). Петров [86] и Багаряцкий [101] полагают, что процесс естественного старения сплавов Си — Л1 состоит в перераспределении атомов Си в решетке закаленных образцов и приводит к неоднородному напряженному состоянию. [c.352]
В настоящее время экспериментальные данные еще не позволяют определить, происходит ли последовательная смена структур по типу аллотропических превращений из одного типа выделений к другому нли путем независимого образования зародышей. Не исключено, что в зависимости от пересыщения возможны оба механизма. Хотя в большинстве случаев появлению Г. П. [2] предшествует Г. П. [1], имеются примеры, когда Г. П. [c.352]
При искусственном старении сплавов А1 — Си большую роль играет ориентированный характер превращений. Несмотря на отсутствие достоверных сведений о структурах промежуточных выделений, можно утверждать, что Г. П. [1], Г. П. [2] и 6 регулярно сопряжены с матрицей. Более того, отсутствие границ раздела зон Гинье — Престона с исходным твердым раствором не позволяет рассматривать их как отдельные фазы. Широко распространено мнение, что возникновение метастабильной промежуточной 9 -фазы обусловлено как раз возможностью ее регулярного сопряження с матрицей. Состав 6, по-видимому, не отличается от состава стабильной фазы 6, но промежуточная фаза имеет искаженную тетрагональную решетку флюорита, параметры которой в плоскости (001) совпадают с соответствующими значениями для решетки твердого раствора при условии существования 45-градусной ориентировки. Структура стабильной 9-фазы такова, что, по крайней мере, для плотноупакованных плоскостей размерное соответствие единичных элементарных ячеек 6 -фазы и решетки твердого раствора неблагоприятно. Поэтому регулярное сопряжение выделяющейся фазы с матрицей полностью нарушается в момент перестройки 6 9. [c.353]
Возникновение метастабильной фазы при распаде пересыщенных твердых растворов, дающей регулярное сопряжение с матрицей, известно и в ряде других случаев старения, например в сплавах А — А (табл. 54). Первые сведения о распаде закаленного твердого раствора А1 — Ag получены Барреттом с сотрудниками [106—109]. Ими установлено существование промежуточной фазы у с гексагональной решеткой, регулярно сопряженной с решеткой твердого раствора по плоскостям И (табл. 54). В дальнейшем она сменялась равновесной у-фазой (А АЬ). [c.353]
Елистратов [116] на основании развитой им теории аномального рассеяния [123] связывает наблюдаемые рентгенографические эффекты не с формой и внутренним строением зон, а с деформационными явлениями в матрице — с возникновением выемок (или дырок ), представляющих собой микротрещины ( эффект формы ). Выемки могут совпадать по форме и размерам с выделениями новой фазы, но при значительных объемных изменениях могут быть намного больше этих выделений. [c.356]
Можно полагать, что промежуточные метастабильные фазы возникают при старении в тех случаях, когда регулярное сопряжение кристаллов стабильной фазы выделения с матрицей невозможно. Метастабильные фазы не возникают, например, в сплавах А1 — Мд — Си, Л1 — Мг— 51, у которых выделяющиеся из твердого раствора кристаллы имеют хорошее сопряжение с исходной решеткой, либо испытывают лишь небольшие искажения. [c.357]
Механизм искусственного старения сплавов Л1 — 3% Си — 1,15% Мд подробно исследован Багаряцким [124—128]. Данные других работ [129, 130] менее полны, а в определении структур фаз — менее достоверны. Равновесный сплав Л1 — 3% Си — 1,15%) Мд состоит при комнатной температуре из твердого раствора на основе алюминия — а-твердого раствора и 5-фазы (АЬСиМд) с ромбической решеткой. Структурные превращения при старении изучались на монокристаллических образцах, закаленных при 500° С. Отжиг проводился при температурах от 100 до 450° С и при разных временах выдержки. [c.357]
В связи с симметрией 5 и а возможно 12 кристаллографических эквивалентных ориентировок этого типа. [c.357]
Отметим, что аномальные механические свойства сплава после искусственного старения могут быть объяснены именно значительной разориентировкой как включений, так и блоков мозаики Е исходной решетке твердого раствора. При длительной выдержке вначале исчезает сопряженность о — а, пластинки 5-фазы выпрямляются, но сопряжение 8 — а сохраняется. Затем нарушается регулярное сопряжение и с кристаллами 5 -фазы. [c.359]
На рис. 113 показано расположение атомов в плоскости (ПО) Мдг51, наложенной на плоскость (100) твердого раствора А1. Как видно, в направлении [100] матрицы может быть достигнуто сопряжение плоских сеток с небольшими искажениями в структуре МдгЗ . Однако в перпендикулярном направлении [010] регулярное сопряжение плоских сеток невозможно. Последнее справедливо и для направления [001], нормального к плоскости рисунка. Таким образом, если при старении выделяется стабильная Р-фаза, то атомы g и 51 будут стремиться выстраиваться в цепочки вдоль эквивалентных направлений [100] и [010] матрицы (линейная регулярность). Возможно, что такие параллельные цепочки располагаются с определенными интервалами в направлении, перпендикулярном их длине, образуя упорядоченную структуру. [c.359]
Грюл и Вассерман [140] также пришли к выводу, что при температурах старения выше 325° С из твердого раствора непосредственно образуются равновесные выделения -фазы. Однако прп более низкой температуре образовывались регулярные выделения промежуточной у -фазы с упорядоченной объемноцентрированной тетрагональной решеткой. Ими найдено ориентационное соотношение (100) у II (100) а (010) у (011) а. [c.360]
Аналогичное соотношение для кристаллов у-фазы получено и в других работах [134—136, 139], за исключением исследования [141], в котором найдена текстура с осью [ПО], параллельной направлению [111] кристаллов матрицы. О наличии промежуточных структур у , у, у. сопряженных с матрицей вдоль плоскостей 10O , 112 и 111 , указывается в работе [142], однако эти данные требуют тщательной проверки. [c.360]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология