Джеффрис и Арчер в 1921 г. развили гипотезу дисперсионного твердения Мерика и предложили общую теорию упрочнения сплавов дисперсными частицами любого происхождения. Согласно этой теории твердые дисперсные частицы, действуя как «шипы», «заклинивают» плоскости скольжения и вызывают упрочнение сплава. При коагуляции частиц, когда суммарный их объем не изменяется, а лишь уменьшается их число, многие плоскости скольжения освобождаются от «шипов», и происходит разупрочнение. Максимуму твердости и прочности соответствует некоторая критическая степень дисперсности твердых частиц. Такая степень дисперсности легко достигается при распаде пересыщенных твердых растворов.
Первоначальная теория, объяснявшая упрочнение дуралюмина при комнатном старении выделением из пересыщенного твердого раствора частиц CuAl2, уже в 20-е годы столкнулась с рядом противоречий. Выделение CuAl2 и соответственно обеднение твердого раствора медью должны были бы привести к снижению электросопротивления, а в действительности электросопротивление при естественном старении возрастало. Далее с выделением CuAl2 из твердого раствора должен был бы увеличиваться период его решетки из-за меньшего (чем у алюминия) атомного диаметра меди, растворенной по способу замещения. Однако рентгеновские исследования не обнаружили изменения периода решетки при достижении сплавом максимальной твердости, и только после перестаривания при повышенных температурах, когда происходило разупрочнение, период решетки возрастал, что прямо указывало на выделение CuAl2 из пересыщенного раствора.
Учитывая эти противоречия и большое число других новых экспериментальных факторов, Мерика в 1932 г. предложил следующее объяснение упрочнения при старении, явившееся развитием его первоначально гипотезы. Упрочнение при любых температурах старения происходит во времени. Выдержка необходима для развития диффузионных процессов, лежащих в основе распада пересыщенного твердого раствора. При повышенных температурах диффузия атомов меди обеспечивает собственно выделение частиц CuAl2, «заклинивающих» плоскости скольжения. При комнатной температуре диффузионные процессы лишь подготавливают твердый раствор к образованию кристаллов CuAl2, сами же частицы CuAl2 не выделяются. Мерика высказал предположение, что вследствие диффузии в пересыщенном твердом растворе образуются скопления, сегрегаты атомов меди, не обособленные от решетки матрицы поверхностями раздела. Строение этих областей в алюминиевом твердом растворе получается таким, какое необходимо для последующего возникновения здесь частиц CuAl2 или же некоего промежуточного метастабильного соединения. Из-за скоплений атомов меди должно происходить местное сжатие решетки, и такие сильно искаженные участки твердого раствора затрудняют скольжение при пластической деформации, вызывая упрочнение.
Эти предсказания блестяще оправдались. В 1935 г. немецкие исследователи Вассерман и Виртс на стадии максимального упрочнения сплавов А1-Сu рентгенографически обнаружили образование в пересыщенном растворе промежуточной фазы (которую теперь обозначают как θ′ в отличие от равновесной фазы θ′-CuAl2), а в 1938 г. Гинье во Франции и Престон в Англии независимо друг от друга истолковали эффекты диффузного рассеяния на лауэграммах естественно состаренных монокристаллов А1-Сu как результат образования в пересыщенном растворе малых областей, обогащенных медью. Позднее эти области были названы зонами Гинье-Престона (сокращенно – зоны ГП).
Таким образом, исходное положение теории Мерика о том, что старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате образования дисперсных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора, в основе своей оказалось правильным и исключительно плодотворным, хотя это первоначальное положение со временем претерпело ряд существенных уточнений и было позднее дополнено представлениями о роли предвыделений и промежуточных фаз.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.