Механизм естественного старения

Закалка дуралюмина

Из диаграммы алюминий - медь (рис. 43) видно, что растворимость меди в алюминии изменяется от 0,5 % при 0 °С до 5,7 % при 548 °С. Это обстоятельство позволяет получить перенасыщенные твёрдые раство­ры меди в алюминии по механизму замещения.

Действительно, если нагреть сплав алюминия с 4 % меди до темпе­ратуры 500 °С, то фаза q (СuAl₂) после непродолжительной выдержки полностью растворится в твёрдом растворе. Быстрое охлаждение в воде зафиксирует пересыщенный твёрдый раствор меди в решетке алюминия. Атомы меди будут статистически равномерно распределены по объёму сплава. Это и есть закалка.

В отличии от стали закалка дуралюмина не изменяет существенно его твёрдости и прочности, а пластичность даже повышается. Это обусловлено типом твёрдого раствора. Искажения кристаллической решетки при замене атомов растворителя атомами растворяемого ве­щества хотя и существует, но не оказывает значительного влияния на движение дислокаций.

В 1906 г. А. Вильм установил, что вылёживание закалённого дуралюмина при комнатной температуре приводит к повышению его твердости.

Изменение свойств закаленных сплавов, происходящих при комнат­ной температуре без заметного изменения микроструктуры, называют естественным старением.

В зависимости от состава дуралюмина через 20 – 120 мин начи­нается заметное повышение твёрдости. Каких-либо изменений во внут­реннем строении сплава, используя оптический микроскоп, обнаружить не удаётся. И только рентгеноструктурный анализ указывает на обра­зование в состаренном сплаве областей твердого раствора, обогащен­ных медью. Эти области называются зонами Гинье - Престона (ГП). Зоны ГП имеют дискообразную форму диаметром 10,0 нм и когерентно связаны с матрицей (рис. 44).

Атомный диаметр меди на 10 % меньше, чем у алюминия, и потому плоскости, заполненные атомами алюминия, смещены в сторону плоскос­ти, состоящей из атомов меди, т.е. решетка упруго искажена. Зоны ГП образуются за счёт процессов диффузии.

Образование зон Гинье -Престона – процесс затухающий. Это свя­зано с аннигиляцией вакансий и искажением кристаллической решетки. Как правило, естественное старение завершается через 96 часов.

Рис. 43. Диаграмма состояний алюминий – медь

Дата добавления: 2014-11-25