СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

        изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов. При быстром охлаждении от высоких температур (при закалке (См. Закалка) или после кристаллизации и горячей пластической 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 температур) концентрации вакансий (См. Вакансия) и наличии др. дефектов кристаллической структуры. В сплавах неравновесность структуры может быть связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких температурах. Наиболее важно старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твёрдого раствора (См. Твёрдые растворы). Состояние пересыщения твёрдого раствора возникает после охлаждения сплавов от высоких температур, поскольку обычно с повышением температуры растворимость примесей (или специально вводимых легирующих элементов) растет.
         Имеется большое число сплавов, для которых старение проводится как специальная операция термической обработки (См. Термическая обработка) и обеспечивает получение комплекса важных механических или физических свойств. Старение, или «дисперсионное твердение», — основной способ упрочняющей термическую обработки сплавов на основе Al (см. Алюминиевые сплавы), Mg, Cu, Ni. Кроме высокой прочности, стареющие сплавы могут приобретать и др.ценные свойства, например 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 называется 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 которого должен идти путём образования и роста зародышей новой фазы, а процесс зарождения требует преодоления энергетического барьера. Этот барьер оказывается существенно пониженным при образовании когерентных частиц, т. е. частиц, у которых кристаллическая решётка упруго сопряжена с решёткой исходного твёрдого раствора. При сравнительно низких температурах распад твёрдых растворов часто останавливается на стадии образования зон — весьма дисперсных областей, обогащенных избыточным компонентом и сохраняющих кристаллическую 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 сферических частиц диаметром Старение металлов10Å , в сплавах Al — Cu — в виде пластин толщиной порядка периодов решётки (<10Å). Образование зон характерно для т. н. естественного старения, которое протекает при комнатных температурах в случае сплавов на основе Al, а также низкоуглеродистой стали или технического железа, где имеется твёрдый раствор (Феррит), пересыщенный углеродом или азотом. В некоторых случаях зоны можно рассматривать как зародыши фазы выделения.
         Понятию «естественное старение» противопоставляется «искусственное старение», которое в случае алюминиевых сплавов (исторически первых материалов, упрочняемых старением) проводилось при повышенных температурах (выше 100°С); в современной литературе вместо этих терминов чаще используются термины «низкотемпературное старение» и «высокотемпературное старение». В связи с различиями процесса распада в разных температурных интервалах для некоторых сплавов оптимальный комплекс свойств достигается после сложного старения в определенной последовательности при низкой и при более высокой температурах.
         Различают 2 основных механизма распада пересыщенного твёрдого раствора: непрерывный, который идёт путём образования и роста отдельных зародышей — частиц фазы, содержащей избыточный компонент твёрдого раствора, и прерывистый (или ячеистый), при котором возникают и растут ячейки или колонии, состоящие обычно из равновесных фаз — новой фазы, обогащенной 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 кристаллического строения (дислокаций (См. Дислокации) и др.), которые 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, например к ухудшению пластичности и охрупчиванию низкоуглеродистой котельной стали, к увеличению коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание электротехнического железа. Некоторые сплавы склонны к т. н. «деформационному старению». Сравнительно слабая холодная пластическая деформация, сама по себе не очень сильно меняющая свойства материала, существенно ускоряет процессы размежевания компонентов твёрдого раствора, которые 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 термической обработкой можно существенно снизить вредные эффекты старения.
         Лит.: Скаков Ю. А., Старение металлических сплавов, в сборнике: Металловедение (Материалы симпозиума), М., 1971; Захарова М. И., Атомно-кристаллическая структура и свойства металлов и сплавов, М., 1972; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, М., 1974: Тяпкин Ю. Д., Гаврилова А. В., Старение сплавов, в сборнике: Итоги науки и техники. Серия Металловедение и термическая обработка металлов, т. 8, М., 1974.
         Ю. А. Скаков.

Смотреть больше слов в «Большой Советской энциклопедии»

СТАРЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ →← СТАРЕНИЕ МАГНИТНОЕ

Смотреть что такое СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ в других словарях:

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ, изменение механич., физич. и химич. свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамич. неравновесностью исходного состояния и... 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: 214