8.2.3. Старение

Разница между терминами "отпуск" и "старение" состоит в том, что отпуск связан с нагревом и проходит с полиморфными превращениями в структуре стали, а старение – без них[12, 15]. Эти процессы роднит то, что при старении, так же, как и при отпуске, происходит изменение свойств закалённых сталей и сплавов. В отличие от отпускав результате старения увеличиваются прочность и твёрдость, снижается пластичность.

Главным процессом при старении является распад пересыщенного твёрдого раствора, полученного в результате закалки.

Следовательно, старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение происходит в результате дисперсных выделений при распаде пересыщенного твёрдого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений. Выделения компонентов структуры могут иметь следующие формы: тонкопластинчатую(дискообразную),равноосную(обычно – сферическую) икубическую.

Основное назначение старения – повышение прочности и стабилизация других свойств. Различают старение естественное,искусственноеипосле пластической деформации.

Естественное старение– это самопроизвольное повышение прочности (при одновременном снижении пластичности) закалённого сплава в процессе его выдержкипри нормальной температуренезависимо от того, используется деталь или хранится на складе.

Искусственное старениепроисходит в процессе выдержки закалённых деталей при повышенной температуре.

Деформационное старениенаблюдается в процессе пластической деформации закалённого сплава, имеющего структуру пересыщенного твёрдого раствора.

В практике использования закалённых сплавов имеют большое значение инкубационный период(время, в течение которого в сплаве протекают подготовительные процессы, но сплав сохраняет высокую пластичность) идисперсионное твердение(сложные подготовительные процессы отсутствуют).

Практическое значение старения сплавов очень велико. После старения повышается прочность и снижается пластичность сталей в результате дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов (очень важно учитывать эти процессы при длительной эксплуатации конструкций, машин и механизмов, рассчитанных на длительные сроки эксплуатации).

Старению стали способствует загрязнение её примесями, вошедшими в твёрдый раствор с железом (азот, кислород, фосфор, сера и др.), и неодинаковые размеры зёрен. Частицы нитридов (соединения азота с железом), цементита и других соединений, выделяющиеся с течением времени из твёрдого раствора, проникают в зёрна кристаллов металла, препятствуют сдвигам внутри кристаллов и, тем самым, повышают прочность и снижают пластичность и вязкость стали. Сдвиги в кристаллических зёрнах, образующиеся при холодной деформации, облегчают выделение частиц из твёрдого раствора, поэтому старение особенно интенсивно развивается после наклёпа. Вибрационная нагрузка также способствует старению. Нагрев деформированного в холодном состоянии металла (после наклёпа) до температуры 100-250^оС ускоряет процесс старения. Введение присадок, связывающих азот и углерод, снижает эффект старения. Для связыванияуглеродаприменяюттитаниливанадий, а для связывания азота–алюминий,цирконий,титан.

В последнее время в машиностроении постоянно расширяется сфера применения мартенситостареющих сплавов.

Старение является основным способом упрочнения алюминиевых сплавов, некоторых сплавов на медной основе, жаропрочных и других сплавов. Например, при сборке корпусных элементов конструкции самолёта (фюзеляж, крылья, стабилизатор) заклёпки, используемые для соединения деталей (обшивка, шпангоуты, лонжероны, стрингеры), можно использовать только в течение нескольких часов после термообработки; после начала старения они становятся твёрдыми и хрупкими, их пластические свойства удаётся восстановить только путём повторного нагрева. Зато спустя некоторое время после сборки конструкции заклёпки приобретают необходимые для дальнейшей эксплуатации самолёта прочностные свойства.