Вход
Регистрация Зарегистрируйтесь, чтобы получить расширенные возможности...

Старение материалов

Старе́ние материалов — изменение физико-химических и механических свойств и структуры материалов при эксплуатации и длительном хранении. Происходит в материалах с повышенным уровнем внутренней энергии.
Старение является одним из видов термической обработки — низкотемпературный нагрев закаленных пересыщенных твердых растворов материалов с целью изменения фазового состояния, структуры и свойств и приближения к равновесному состоянию. Пересыщенный твердый раствор удается зафиксировать при быстром охлаждении материала из высокотемпературной однофазной области, когда металлы и сплавы полностью или частично сохраняют структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В области высоких температур растворимость собственных точечных дефектов и примесей значительно выше. После закалки фиксируется «высокотемпературное» неравновесное (для низких температур) состояние. В сплавах могут сохраниться «высокотемпературные» фазы, неустойчивые при низких температурах.
Старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твердого раствора, играет важную роль в формировании свойств материала. Имеется большое число сплавов, для которых старение проводится как специальная операция термической обработки с целью получения комплекса важных механических или физических свойств. Старение часто используют для получения высоких прочностных свойств в сплавах на основе алюминия, меди, никеля и др.
Начальные стадии старения в металлических сплавах, связанные с образованием предвыделений или очень дисперсных выделений второй фазы, сопровождаются повышением коэрцитивной силы и электросопротивления, приростом прочностных свойств, в частности твердости, и падением пластичности. Старение заключается в образовании путем диффузии внутри зерен твердого раствора участков, обогащенных растворенным элементом и (или) дисперсных частиц избыточных фаз, чаще всего химических соединений. Эти зоны и дисперсные частицы выделившихся фаз тормозят скольжение дислокаций, чем и обусловлено упрочнение при старении. Стареющие сплавы называют поэтому дисперсионно-твердеющими. С повышением температуры старения и увеличением размера выделяющихся частиц эффект упрочнения уменьшается. Процессы распада твердых растворов могут приводить и к нежелательным изменениям свойств сплавов, например к ухудшению пластичности и возрастанию хрупкости низкоуглеродистой котельной стали, к увеличению коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание электротехнического железа.
«Деформационное старение» — ускорение процесса распада пересыщенных твердых растворов в материале, подвергшемуся слабой холодной пластической деформации, за счет ускорения процессов размежевания компонентов твердого раствора, которые приводят к образованию сегрегатов (а затем выделений) возле дислокаций. Это явление резко ухудшает вязкость и пластичность сплавов, что особенно нежелательно для материалов, подвергаемых глубокой штамповке (например, листовая сталь для автомобилестроения). Специальным легированием и термической обработкой можно существенно снизить вредные эффекты старения.
Старение твердых растворов на основе полупроводников приводит к уменьшению концентрации носителей заряда и понижению их подвижности. Прочность кристаллов на стадии предвыделений обычно растет. В тех случаях, когда старение сопровождается выделением крупных частиц второй фазы, может произойти повышение пластичности, т.е. эффект противоположному тому, который имеет место в металлических сплавах.
Исходное состояние материала, в котором происходит процесс старения, термодинамически неравновесно. Старение обусловлено постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов и сопровождается изменением механических, физических и химических свойств материалов.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика