Классификация медных сплавов. Латуни и бронзы, их состав, марки, свойства, применение.

^{т п}, в которых при охлаждении из твердого раствора выделяются вторичные

кристаллы A ^{тB п}. При этом степень упрочнения тем выше, чем больше масса вторичных кристаллов и равновесном сплаве (рис.б).

Рассмотрим для примера сплав I состава точки С который в равновесном состоянии имеет двухфазную структуру, состоящую из кристаллов твердого раствора ^а концентрации точки а и относительно крупныхвторичных кристаллов A _тB_п. Сопротивление движению дислокаций подрастает по мере уменьшения расстояний между частицами упрочняющей фазы, т. е. сплав I станет прочнее, когда и место немногочисленных крупных включений образуется большое количество мелких. Наибольшее препятствие для движения дислокаций создают включения, отстоящие друг от друга на 25-50 межатомных расстояний. В большинстве стареющих сплавов желательная дисперсная структура образуется в результате термической обработки, состоящей из двух операций закалки и старения. При закалке сплавы нагревают до температур, обеспечивающих распад вторичных кристаллов. Для рассматриваемого сплава I такой будет температура, несколько превышающая ^t (см. рис. а). Быстрым охлаждением с температуры закалки полностью подавляют процесс выделения вторичных кристаллов и в результате получают одно-

фазный сплав - перенасыщенный компонентом В твердый раствор. Перенасыщение твердого раствора относительно мало сказывается на повышении твердости и прочности, незначительно изменяется и пластичность сплавов.

Пересыщенный твердый раствор представляет собой неравновесную структуру с повышенным уровнем свободной энергии. Поэтому, как только подвижность атомов окажется достаточно большой, твердый раствор будет распадаться - начнется процесс старения. Старение, происходящее при повышенных температурах, называют искус­ственным. В сплавах на основе низкоплавких металлов старение может происходить при температуре 20-25 С в процессе выдержки после закалки; такое старение называют естественным. При старении уменьшается концентрация пересыщающего компонента в твердом растворе; этот компонент расходуется на образование выделений. Тип выделений (кристаллическая структура), их размер и характер сопряженности с решеткой твердого раствора зависят как от вида сплава, так и от условий старения т. е. от температуры и времени выдержки.

В общем случае при распаде перенасыщенных твердых растворов могут возникать образования следующих типов (они перечисляются и порядке возрастания энергии активации зарождения):

1) зоны Гинье-Престона;

2) кристаллы метастабильной фазы;

3) кристаллы стабильной фазы.

Зоны Гиньс-Престона (зоны ГП) представляют собой весьма малые
(субмикроскопические) обьемы твердого раствора с резко повышенной концентрацией
растворенного компонента, сохраняющие решетку растворителя. Скопление
растворенных атомов вызывает местное изменение периода решетки твердого раствора.
При значительной разнице в размерах атомов А и В, как это, например, наблюдается в
сплавах Al-Cu, зоны ГП имеют форму дисков, толщина которых (учитывая искажения
решетки) составляет несколько межатомных расстояний (рис. а), диаметр 10-50 нм.
Диски закономерно ориентированы относительно пространственной решетки
растворителя. При небольшом различии в атомных диаметрах компонентов, как,
например, в сплавах Al-Zn, обогащенные зоны имеют форму сфер. ____

Метастабильные фазы имеют иную пространственную решетку, чем твердый раствор, однако существует сходство в расположении атомов в определенных атомных плоскостях той ил иной решетки, что вызывает образование когерентной {или полу когерентной) границы раздела. Когерентная граница при некотором различии кристал­лической структуры приводит к появлению переходной зоны с искаженной решеткой (рис.,6). Для метастабильных фаз характерна высокая дисперсность, что значительно повышает сопротивление движению дислокаций.Стабильная фаза ^{т п}, имеет сложную пространственную решетку с пониженным числом элементов симметрии и е большим числом атомов в элементарной ячейке. Вторичные кристаллы со стабильной структурой в большинстве сплавов выделяются в виде достаточно крупных частиц. Значительное различие кристаллической структуры твердого раствора и стабильных кристаллов приводит к образованию некогерентной границе раздела(рис. в) и, соответственно, к минимальным искажениям решетки твердого растворавблизи границы. Упрочнение сплава при образовании стабильных кристаллов оказывается меньшим, чем при образовании зон ГП и мета стабильных когерентных кристаллов. Кривые старения (рис.) принят строить в координатах твердость (прочность)-длительность старения (при постоянной температуре). Условно примем, что максимальное упрочнение сплава I (см. рис. 5.4) достигается при выделении зон ГП.

Температура tO выбрана настолько невысокой, что распада пересыщенного твердого раствора не происходит и, соответственно, не наблюдается изменения твердости (прочности) закаленного сплава. Старение при температуре tl, вызывает повышение прочности вследствие образования зон ГП; если данная температура недостаточна для того, чтобы активировать зарождение метастабильных кристаллов, то твердость (прочности) достигнет максимального значения и в дальнейшем не будет изменяться сколь угодно длительное время (рис. 5.6, сплошная линия). Если температура tl достаточная для зарождения метастабильных кристаллов, то твердость после достижения максимального значения начнет понижаться, сплав будет "перестариваться" (рис. 5.6, штриховая линия).