Диффузионный отжиг (гомогенизация). Основные требования к жаропрочным сплавам. Методы исследования процессов старения Аl–Сu–Мg сплавов, страница 12

Центры стержней могут либо совпадать с узлами обратной решетки исходного твердого раствора, либо при одинаковом взаимном расположении воспроизводить решетку с несколько иной периодичностью. В обоих случаях структура зон и твердого раствора одинакова, однако во втором случае межатомные расстояния внутри зон и в твердом растворе различны. Эффект двумерной дифракции здесь объясняется различием рассеивающей способности твердого раствора и зон, для которых имеет место обогащение атомами растворенного элемента.

Когда в обратном пространстве, кроме стержней, совпадающих с узлами твердого раствора, имеются промежуточные узлы, то это говорит о возникновении сверхструктуры внутри зон.

Если центры стержня обратной решетки зон располагаются иначе, чем узлы обратной решетки твердого раствора, то это свидетельствует о различии структур зон и твердого раствора.

При использовании монохроматического излучения Ю. А. Багаряцкий получил данные, позволяющие решить спорные вопросы о механизме естественного и низкотемпературного старения в сплаве А1 —4% Сu. Он. установил, что при низкотемпературном старении двумерные зоны Гинье — Престона не возникают (как это происходит при высокотемпературном старении). Наблюдаемое распределение интенсивности двумерной дифракции хорошо согласуется с вычисленным в предположении, что атомы меди собираются в областях, содержащих две-три атомные плоскости (001) при некотором изменении межплоскостных расстояний.

Расстояния между атомами меди и алюминия уменьшаются вследствие образования направленных связей между ними, поэтому в решетке возникают напряжения, очень неоднородные по всему объему кристалла. Эти напряжения способствуют ускоренной диффузии еще оставшихся в твердом растворе атомов меди к местам их сегрегации.

Рис.8. Принцип построения обратного пространства для монокристалла состаренного сплава

После отжига в течение 19 ч при 170° С (после предварительного естественного старения до максимума твердости) сплав оказывается в очень неоднородном состоянии. На ренгенограммах наблюдаются:

1) эффекты, характерные для естественного старения;

2) эффекты, обусловленные наличием в областях, обогащенных медью, сверхструктуры с периодом 2а_а (а_а — период решетки твердого раствора);

3) первые следы появления отражений со смешанными индексами, указывающими на образование в сплаве метастабильной q'-фазы;

4)  эффекты одномерной дифракции, обусловленные сопряженностью решетки появляющейся фазы выделения с решеткой твердого раствора.

Анализ рентгенографических данных позволяет сделать вывод о механизме старения в сплаве Аl — Сu. При повышении температуры отпуска ослабляются связи между атомами Сu и Аl в образовавшихся после старения зонах Гинье – Престона, ослабляется и общее напряженное состояние решетки, поэтому становится возможным более равномерное распределение атомов меди по решетке. После рассасывания зон Гинье — Престона в решетке вновь образуются сегрегации, но со значительно меньшей концентрацией атомов меди (примерно состава СuАl₂); атомы меди располагаются упорядочение в решетке твердого раствора. Когда эти прослойки достигают 6 а_а (≈24 Ǻ), становится возможной перестройка решетки внутри них в тетрагональную решетку q'-фазы, сопряженную с твердым раствором и имеющую слегка увеличенный период по оси с (с = 3а_а/2 = 6,06 Ǻ) относительно нормального 5,80 Ǻ. На такую первоначальную толщину прослоек q'-фазы указывает эффект расширения пятен этой фазы на рентгенограммах. При дальнейшем отпуске прослойки q'-фазы растут, сопряженность их с твердым раствором нарушается и твердость падает, несмотря на наличие выделений q'-фазы.

Таким образом, первый подъем твердости при искусственном старении соответствует появлению в сплаве прослоек со сверхструктурой, а второй, главный максимум—наличию в сплаве сопряженных выделений q'-фазы. При повышении температуры отпуска до 300°С образуется устойчивая решетка q-фазы (тетрагональная ячейка а = 6,057 Ǻ; с — 4,873 Ǻ, состав СuАl₂). Эта фаза уже не имеет сопряженности с решеткой матрицы, что приводит к разупрочнению сплава.