Obraz17 (2)

238 10. Umocnienie materiałów

Rys. 10.3. Mechanizm poślizgu dyslokacji między wydzieleniami: a) A « r, b) A ss r, c) A»r

Umocnienie roztworowe w odmienny sposób tłumaczy teoria Cottrella, przyjmująca obecność atmosfer atomów obcych (pierwiastka rozpuszczonego w roztworze) skupionych w pobliżu jąder dyslokacji. Wzajemne oddziaływanie przyciągające dyslokacji i atmosfery hamuje poślizg, bowiem poślizg dyslokacji jest szybkim ruchem bezdyfuzyjnym, natomiast atmosfera porusza się powoli ruchem dyfuzyjnym.

Umocnienie roztworowe nie wymaga specjalnych zabiegów, ponieważ jest rezultatem składu stopu. Efektywność tego sposobu jest w poszczególnych stopach bardzo zróżnicowana. Był on wykorzystywany już w początkowym okresie rozwoju cywilizacji, odkąd metal jako narzędzie lub broń wyeliminował krzemień. Człowiek bowiem prędko przekonał się, że brąz (stop Cu-Sn) ma większą twardość od miedzi.

10.1.3. Umocnienie wydzieleniowe

Umocnienie wydzieleniowe jest efektem przemian zachodzących w stopach metali podczas zabiegów obróbki cieplnej przesycania i starzenia (utwardzania dyspersyjnego). Sposób umocnienia jest bardzo efektywny — w konkretnych przypadkac zapewnia prawie dwukrotny wzrost wytrzymałości, przy stosunkowo niezłej ciągi¹' wości — ale praktycznie ograniczony do nielicznych stopów: Cu-Be (brązy beryl⁰' we), Al-Cu (stopy duraluminium), Ni-Cr (stopy typu „nimonic”), Fe-Ni (niekt°^re wysokostopowe stale niklowe, tzw. martenzytyczne starzone).

Wspomnianym zabiegom utwardzania dyspersyjnego podlegają stopy, ^w rych występuje zmniejszanie się rozpuszczalności jednego składnika w drug^lin

zawartość

Rys. 10.4. Przesycanie roztworu stałego

z obniżaniem temperatury (rys. 10.4). Stop o składzie x powyżej temperatury nasycenia t_n ma jednofazowy budowę roztworu stałego a. Powoli chłodzony do temperatury otoczenia podlega przemianie wydzielania składnika przesycającego w postaci stosunkowo dużych ziarn fazy (3, skupionych głównie na granicach ziarn fazy oc. Ten sam stop szybko ochłodzony do temperatury otoczenia ma budowę jednofazową przesyconego roztworu stałego oc, ponieważ składnik przesycający nie zdąży się wydzielić. Przesycenie roztworu nadaje mu niewielką wytrzymałość

1    twardość, ale znaczną ciągliwość.

Stop, w którym chwilowo zostało wstrzymane wydzielanie się składnika przesycającego, jest w stanie metastabilnym. Po dostatecznie długim czasie w temperaturze otoczenia lub nieznacznie wyższej następuje powrót do stanu stabilnego, tzn. wydzielenie się z roztworu składnika przesycającego. Zmniejszenie w roztworze stałym zawartości składnika przesycającego odbywa się w wyniku tworzenia się szeregu faz metastabilnych, których skład chemiczny silnie zależy od temperatury i czasu jej działania. W pewnych warunkach starzenia w strukturze może powstać ostatecznie faza równowagowa. Stan ^ten jest jednak niekorzystny, ponieważ wiąże się z utratą silnego umocnienia wydzieleniowego i jest określany jako przestarzenie. Zmiany struktury w czasie starzenia są ^d°ść dobrze poznane dla stopów z układu Al-Cu.

W przesyconym roztworze stałym x stopu Al-Cu, w temperaturze otoczenia w ciągu 4 4- 8 dni tworzą się sprzężone z fazą macierzystą skupienia atomów Cu tkalne segregacje Cu), w kształcie dysków grubości rzędu 1 nm i średnicy do lOnm, tzw. strefy Guiniera-Prestona GPI. W temperaturze powyżej 100°C tworzą ^Sl? również dyskowe wydzielenia grubości do 10 nm i średnicy do 150 nm. Ze ^Względu na strukturę tetragonalną można je traktować jako wydzielenia odrębni fazy, półsprzężone z fazą macierzystą, tzw. strefy GPU. W temperaturze powyżej 200°C tworzą się wydzielenia fazy 0' o strukturze regularnej, półsprzężone

²    fezą macierzystą, o wzorze stechiometrycznym zbliżonym do Al_{3 6}Cu₂. Wreszcie ^^ugotrwałe wygrzewanie prowadzi do przemiany wydzieleń 0' w równowagową fazę