Осадочное твердение
Дисперсионное твердение , также называемое старением или твердением частиц , представляет собой метод термической обработки , используемый для повышения предела текучести ковких материалов , включая большинство конструкционных сплавов алюминия , магния , никеля , титана , а также некоторых сталей и нержавеющих сталей . Известно, что в суперсплавах он вызывает аномалию предела текучести , обеспечивая превосходную жаропрочность.
Дисперсионное твердение основано на изменении растворимости твердого вещества в зависимости от температуры с образованием мелких частиц примесной фазы , которые препятствуют движению дислокаций или дефектов в кристаллической решетке . Поскольку дислокации часто являются доминирующими носителями пластичности , это служит для упрочнения материала. Примеси играют ту же роль, что и вещества частиц в композиционных материалах, армированных частицами. Подобно тому, как образование льда в воздухе может привести к образованию облаков, снега или града, в зависимости от термической истории данной части атмосферы, осадкив твердых телах могут образовываться частицы самых разных размеров, обладающие совершенно разными свойствами. В отличие от обычного отпуска , сплавы необходимо выдерживать при повышенной температуре в течение нескольких часов, чтобы произошло осаждение. Эта временная задержка называется «старением». Обработка раствором и старение иногда обозначаются аббревиатурой «STA» в спецификациях и сертификатах на металлы.
Две различные термообработки с участием осадков могут изменить прочность материала: термообработка на твердый раствор и термообработка с осаждением. Упрочнение твердого раствора включает образование однофазного твердого раствора путем закалки. Осадительная термообработка включает в себя добавление частиц примесей для увеличения прочности материала. [1]
Этот метод использует явление перенасыщения и включает в себя тщательный баланс движущей силы для осаждения и энергии термической активации, доступной как для желательных, так и для нежелательных процессов.
Зарождение происходит при относительно высокой температуре (часто чуть ниже предела растворимости), так что кинетический барьер поверхностной энергии может быть легче преодолен и может образоваться максимальное количество частиц осадка. Затем этим частицам позволяют расти при более низкой температуре в процессе, называемом старением . Это осуществляется в условиях низкой растворимости , так что термодинамика определяет больший общий объем образования осадка.
Экспоненциальная зависимость диффузии от температуры делает дисперсионное упрочнение, как и все термообработки, довольно деликатным процессом. Слишком маленькая диффузия ( при старении ), и частицы будут слишком малы, чтобы эффективно препятствовать дислокациям; слишком много ( перестарение ), и они будут слишком большими и рассеянными, чтобы взаимодействовать с большинством дислокаций.
