Дисперсионное твердение
Келли А., Никлсон Р.
Металлургия, 1966 г.
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ОБРАЗОВАНИЕ ВЫДЕЛЕНИЙ
Холодная деформация, предшествующая старению, часто оказывает существенное влияние на процесс выделения при старении сплавов. Обычно холодная деформация увеличивает максимальное значение твердости сплава, хотя (см. раздел. 7) приращение твердости в процессе старения может быть и ниже, чем у недеформированного сплава. На кинетику старения холодная деформация оказывает сложное влияние; при этом скорость упрочнения обычно оказывается повышенной, хотя Бергезен {260] -на алюминиевых сплавах высокой чистоты и обнаружил противоположный эффект. В некоторых случаях противоречивые результаты получались даже на одном и том же сплаве. Так, например, на системе Al — Cu Граф обнаружил, что после холодной деформации примерно на 30%, скорость образования зон Гинье—Престона увеличилась, однако Мураками и др. [261] определили, что увеличилась скорость выделения θ'-фазы, а скорость образования зон Гинье —Престона, наоборот, уменьшилась.
На основе полученных выводов (см. разделы 3, 4 и 7), можно объяснить влияние, которое обычно оказывает холодная деформация на процесс выделения при старении сплавов.
Влияние холодной деформации на образование зон Гинье — Престона.
Результаты исследования по определению удельного электросопротивления, рассмотренные в разделе 3, показывают, что холодная деформация ,не влияет на начальную скорость старения образцов, закаленных с высокой скоростью, однако, при этом скорость исчезновения вакансий оказывается повышенной и, следовательно, окончательная -степень распада твердого раствора становится ниже. Незначительное влияние холодной деформации на начальную скорость распада твердого раствора объясняется, по-видимому, тем, что концентрация вакансий, введенных с помощью интенсивного деформирования (10-5— 10-6), существенно ниже, чем концентрация вакансий, введенных с помощью закалки (около10-4). Дислокации, порождаемые в результате пластического деформирования, в процессе старения действуют как дополнительные места стоков для мигрирующих вакансий. Следовательно, скорость исчезновения вакансий в этом случае будет больше, чем у недеформированного образца. При медленном охлаждении образца, а также при ступенчатой закалке или закалке с обработкой на обратное растворение, холодная деформация часто увеличивает начальную скорость старения, приближая ее к скорости старения образцов, подвергнутых закалке с высокой скоростью охлаждения (см. рис. 7). По-видимому, это происходит в результате миграции части избыточных вакансий к временным стокам, которыми могут быть образовавшиеся скопления вакансий. Холодная деформация, предшествующая старению, может привести к уничтожению вакансионных скоплений и перераспределению вакансий. Она может воздействовать только на кинетику образования зон Гинье—Престона, поскольку в настоящее время еще нет экспериментального доказательства того, что дислокации действуют как участки предпочтительного зарождения этих зон. В большинстве случаев испытуемые образцы имеют слишком большое поперечное сечение, чтобы можно было обеспечить высокую скорость охлаждения. Поэтому основное влияние холодной деформации заключается в увеличении скорости образования зон Гинье — Престона. Однако при этом из-за неизбежного введения в металл дополнительных стоков для вакансий, ограничивается максимальный размер зоны.
Влияние холодной деформации на зарождение промежуточного выделения.
Многими исследователями обнаружено, что холодная деформация, предшествующая -старению, увеличивает скорость зарождения промежуточного выделения. Сил кок [124J детально исследовал влияние такого деформирования на последовательность процесса старения сплавов Al — Cu. Оказалось, что ориентация частиц θ'-фазы, определенная по рентгенограммам, зависит от количества активных систем плоскостей скольжения. В кристаллах, содержащих одну резко выраженную систему следов скольжения, было обнаружено лишь две из трех возможных ориентаций. Там, где направление скольжения расположено в плоскости (001) θ'-фазы, обнаружена промежуточная ориентация. Чатицы θ'-фазы всех трех ориентаций присутствовали в кристаллах, имеющих несколько ясно выраженных систем -следов скольжения. Эти результаты согласуются с данными проведенного анализа (см. раздел 4.4) и показывают, что зарождение θ'-фазы может совершаться на дислокациях, введенных в материал при пластическом деформировании, как при закалке, так и после нее. Очень сильное деформирование приводит к зарождению равновесной θ-фазы при комнатной температуре [125], преимущественно в участках решетки с очень большим искажением.
Предпочтительное зарождение промежуточной фазы на дислокациях объясняет некоторые из противоречивых результатов, полученные на деформированных перед старением образцах. В сплаве, который упрочняется в результате образования зон Гинье — Престона и разупрочняется вследствие образования промежуточных фаз (примером служат сплавы Al-Zn), предварительная холодная деформация вызывает при последующем старении быстрое снижение прочности. С другой стороны, если при образовании мелкодисперсных выделений промежуточной фазы сплав может быть упрочнен (это наблюдается в системе Al — Cu), то в результате деформации, предшествующей старению, произойдет быстрое, прогрессивное увеличение прочности в процессе старения.
Влияние холодной деформации на свойства сплавов с низкой концентрацией.
Холодная деформация может подавить выделение мелкодисперсных фаз в сплаве с низкой концентрацией легирующих компонентов (сплавы на основе разбавленных твердых растворов). В этом случае увеличение плотности дислокаций оказывается достаточным для собирания большинства растворенных атомов в примесные облака, окружающие дислокации, и, следовательно, степень пересыщения матрицы понижается. Такое явление было обнаружено в малоуглеродистых сталях [262], по своему характеру оно подобно вредному влиянию, оказываемому холодной деформацией на сплавы с малыми добавками легирующих элементов (см. раздел 7).
Можно сделать вывод, что влияние холодной деформации на мелкодисперсные выделения при старении представляет собой комбинированный эффект, слагающийся из большого количества конкурирующих явлений. В совокупности этих явлений особенно важно соотношение между увеличением скорости формирования зон Гинье — Престона и ростом скорости зарождения выделений промежуточных фаз. В одной из последних работ [263] предполагается, что большое значение имеет также и режим деформирования (циклическое нагружение или простое растяжение). Таким образом, конечный результат применения предварительного холодного деформирования, как правило, сложен. Выделение элементарных составляющих эффектов и изучение их природы потребует дальнейших исследований.