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 температурax после холодной пластической деформации (деформационное старение). Старение обусловлено термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенного приближения структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузионной подвижности атомов. В чистых металлах неравномерность исходной структуры состоит в избыточных (для низких температур) концентрациях вакансий и др. дефектов кристаллической решетки, а в сплавах и металлах технической чистоты, содержащих определенные примеси, - в сохранении пересыщенных твердых растворов.
2. Заключительная операция термической обработки специальных классов конструкционных материалов - стареющих (или дисперсионно-твердеющих) сплавов. Приводит к увеличению твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и ударной вязкости. Известно много стареющих сплавов на основе AJ, Mg, Cu, Ni и др. В принципе старение применимо к любому сплаву, в котором имеется пересыщенный твердый раствор. Такой раствор стремится к самопроизвольному распаду - выделению из него избытка растворенного компонента. Процесс вьщелачивания является типичным диффузионным превращением, ускоряющимся с ростом температуры. Структурные изменения при старении проходят в несколько стадий. На 1 -и стадии образуются в пересыщенном твердом растворе скопления атомов легирующего элемента - кластеры. Вначале размер кластеров столь мал, что структурные методы их не выявляют. С увеличением времени старения кластеры растут и вызывают дифракционные эффекты на рентгенограммах. Кластеры, обнаруживаемые структурными методами, называют зонами Гинье-Престона (Г-П.) по имени франц. и англ. 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 распределены в зернах твердого раствора. Следующая стадия старения - собственно выделение второй фазы. В большинстве промышленных сплавов при старении выделяется метастабильная фаза со структурой, более близкой к структуре матричного раствора и меньшими межфазной энергией и размером критического зародыша. Такая метастабильная фаза выделяется быстрее, чем стабильная фаза. Заключительная стадия - 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, обусловленном действием двух факторов. Во-первых, коагуляцией выделений метастабильной фазы, а во-вторых, частичной заменой когерентных выделений метастабильной фазы некогерентным выделением стабильной фазы. Режим старения выбирают, ориентируясь на достижение максимальной прочности (жаропрочности) или оптимальное сочетания прочности, пластичности и коррозионной стойкости. Если при старении на максимальной прочности (полное старение) пластичность оказывается недопустимо низкой, то проводят неполное старение, при котором потеря возможного прироста прочности компенсируется меньшим снижением пластичности.

* * *

- изменение строения и свойств металлов и сплавов, протекающее либо самопроизвольно в процессе длительной выдержки при нормальной температуре (естественное старение металлов или естественный отпуск), либо при нагреве (искусственное старение металлов или искусственный отпуск). Обычно старение металлов приводит к увеличению прочности и твердости металлов при уменьшении пластичности и ударной вязкости. Старение металлов стабилизирует размеры и форму литых изделий. Смотри также Дисперсионное твердение.