Что такое естественное старение металла
Старение металлов
Полезное
Смотреть что такое «Старение металлов» в других словарях:
Старение металлов — – изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, протекающее либо самопроизвольно, в процессе длительной выдержки при комнатной температуре (естественное старение), либо при нагреве (искусственное старение).… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Старение металлов — изменение свойств металлов, протекающее либо самопроизвольно при нормальных условиях (естественное старение), либо при нагреве (искусственное старение) и приводящее к увеличению их прочности и твердости одновременно с уменьшением пластической и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Старение металлов — изменение свойств металлов, протекающее либо самопроизвольно при нормальных условиях (естественное старение), либо при нагреве (искусственное старение) и приводящее к увеличению их прочности и трудности одновременно с уменьшением пластической и… … Официальная терминология
СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — явление, заключающееся в том, что многие металлы, подвергшиеся холодной или горячей обработке, вследствие рекристаллизации и др. причин меняют свою структуру и свойства. В целях восстановления структуры и свойства изделий в работе металлические… … Морской словарь
СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — [aging] 1. Изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов в процессе вылеживания при комнатной температуре (естественное старение) или при нагреве (искусственное старение), а также при выдержке и эксплуатации при… … Металлургический словарь
Старение металлов — [aging] 1. Изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов в процессе вылеживания при комнатной температуре (естественное старение) или при нагреве (искусственное старение), а также при выдержке и эксплуатации при… … Энциклопедический словарь по металлургии
старение металлов — способ термической обработки, обеспечивающий получение комплекса требуемых механических и физических свойств изделий из металлов и сплавов. Старение является основным способом упрочнения сплавов на основе алюминия, магния, меди, никеля.… … Энциклопедия техники
ЕСТЕСТВЕННОЕ СТАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — смотри Старение металлов … Металлургический словарь
Старение материалов — медленное самопроизвольное необратимое изменение свойств материалов. Старение происходит под действием теплового движения молекул и атомов, светового и иного излучения, механических воздействий, гравитационных и магнитных полей и других факторов … Википедия
СТАРЕНИЕ — СТАРЕНИЕ, старения, мн. нет, ср. 1. Состояние по гл. стареть (книжн.). 2. Изменение форм и свойств вещества под действием различных физических условий (тех.). Старение металлов. Старение стали. Старение резины. Толковый словарь Ушакова. Д.Н.… … Толковый словарь Ушакова
Старение металла
Старение металла – это процессы, протекающие внутри металла и вызывающие изменения физических и механических свойств, внутренней структуры. Проистечение данных процессов может происходить естественным путем (при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С) и искусственным воздействием (термообработкой и пластическим деформированием).
Процесс старения
Старение в качестве температурной обработки используется как заключительная операция. Применима к тем металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и самопроизвольно распадаться.
После проведения процедуры старения у металла увеличиваются твердость с прочностью, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, но эти значения сохраняются на протяжении срока работы.
Старение стали производится для изменения внутренней структуры после закалки. Полученный твердый раствор феррита пресыщенный углеродом и азотом при нагревании распадается. В зависимости от количества содержания углерода в сплаве внутренняя структура может приобретать форму:
Искусственное старение металла (термообработка) применяется к тем сплавам, в которых растворяемость одного элемента в твердом состоянии значительно снижена. Это проявляется при снижении температуры.
Во время искусственного старения в сталях с низким содержанием углерода, не выше 0,05%, распадается пресыщенный твердый альфа раствор. При этом выделяются избыточные фазы. Такая метаморфоза приводит к тому, что снижается пластичность, но приводит к увеличению твердости и прочности.
На рисунке показана модель Орована, которая иллюстрирует перемещение дислокаций. Максимального эффекта добиться возможно при естественном старении, но время затраченное на это будет значительным. Увеличить скорость протекания процесса можно искусственным старением, но при этом прочностные характеристики будут снижены.
Твердость в зависимости от времени старения
На графике отчетливо видно, что сокращение времени старения не позволяет получить высокую твердость.
Течение процесса старения во многом зависит от углерода и азота. Особенно это заметно в малоуглеродистых сталях. Азот с уменьшением температуры начинает хуже растворятся в альфа железе. Например, при температуре 590°С растворенного азота содержится 0,1%, но уже при 20°С его содержание снижается до 0,004%. При старении альфа раствор выделяет нитриды. Поэтому влияние азота менее выражено по сравнению с тем же углеродом при температурном воздействии.
При увеличении углерода в сталях увеличивается эффект изменения структуры, получаемый при термическом воздействии. Объем углерода, максимум которого может раствориться в альфа железе составляет 0,02-0,04%. При таком содержании закаленное изделие, подвергнутое естественному старению обладает твердостью в полтора раза выше чем после отжига.
Старение – это основной способ увеличения прочности жаропрочных сплавов (с высоким содержанием никеля). В эту же группу относятся сплавы на основе алюминия, меди, магния. Кроме того, измененная структура вышеперечисленных металлов и сплавов придает им коэрцитивную силу.
Алюминиевые и алюминисто-медные сплавы подвергаются деструкции при различных температурах (свыше 100°С) из-за различия в температуре распада структуры разных металлов. Так выделяют низкотемпературное и высокотемпературное изменение структуры.
Распад твердого раствора проходит по двум путям. В первом случае это образование и рост частиц фазы идет по всему объему. Во втором случае распад прерывистый (ячеистый). Во время него ячейки растут колониями. У колоний структура ячеистая, а рост идет от границы зерна и движется во внутрь, уменьшая размер.
Механическое и термическое старение
Существует два вида старения металла: термическое и механическое. Рассмотрим каждый из них более подробно.
Термическое старение
Фаза упрочняющая металл во время термического воздействия происходит в точке максимума. Здесь проходит метастабильный промежуток раствора в зоне Гинье-Престона. Такой вид упрочнения металлов и сплавов принято называть дисперсионным.
Зависимость прочности от времени и температуры старения
При более длительной выдержке начинается перестаривание, то есть снижение прочностных характеристик. На это влияют:
Виды термического старения металла:
Механическое старение металла
Деструкция стали при помощи деформирующих усилий происходит в диапазоне температур ниже процесса рекристаллизации. Обусловлено это образованием и движением дислокаций. При холодной пластической деформации увеличивает плотность дислокаций, которые далее еще больше увеличиваются при увеличении нагрузок.
Изменяющиеся механические свойства металла вызывает движение атомов углерода и азота к дислокациям, которые размещены в альфа растворе. Достигнув дислокаций атомы образуют облака (атмосферы Котрелла). Данные скопления препятствуют движению дислокаций, благодаря чему происходит изменение свойств. Появляются присущие состаренным термообработкой деталям свойства.
Если на эффект старения деформированием сильно влияют азот, никель и медь, то с добавками ванадия, титана и ниобия данный эффект полностью пропадает. Поэтому рекомендуется использовать сталь с содержанием алюминия 0,02-0,07%.
Рекомендуемые режимы для проведения старения
Температура нагрева и время выдержки подбирается индивидуально к каждой марке металла и к сплаву в зависимости от их состава.
Старение металла, виды, искусственное, естественное, как происходит и от чего зависит
Старение металлов достаточно медленный процесс, в результате которого происходят механические изменения, изменение физических и химических свойств.
На старение металлов оказывает влияние целый ряд факторов, среди которых:
Суть старения металла заключается в том, что происходит процесс равновесного состояния, при котором свойства металла отклоняются от нормы. А именно, материал может стать более мягким, хрупким, менее упругим и т.д.
Типы старения металлов
Различают естественное старение и искусственное.
Искусственное старение металла это когда металл, быстро приобретает тот состав и те свойства, которые необходимы. Достигается искусственное старение путем воздействия термообработкой и пластическим деформированием. Например, при получении дюралюминия его подвергают на несколько часов искусственному старению.
Естественное старение происходит соответственно естественным путем и не требует создания дополнительных условий. Хотя более интенсивно процесс идет при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С.
Применение процессов старения в металлургии и металлообработке
Старение в качестве дополнительной обработки применяется как заключительная операция. Используется к некоторым металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и распадаться самопроизвольно с течением времени. Особенно актуален метод для подготовки материалов при создании отдельных узлов и деталей, для которых описанный выше процесс будет критичен.
После старения у металла возрастают показатели твердости с прочности, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, однако важно отметить, что эти значения сохраняются на протяжении всего срока службы материала.
Старение стали выполняют для изменения внутренней структуры и применяется после закалки. Так, полученный твердый раствор феррита пресыщенный азотом и углеродом при нагревании распадается. В зависимости от объема включений углерода в «стареющем» материале, внутренняя структура приобретает формы:
Термообработка (искусственное старение металла) применяется к тем сплавам, в которых растворяемость одного элемента в твердом состоянии значительно снижена. Это свойство ярко проявляется при снижении температуры.
В сталях с низким содержанием углерода, не выше 0,05%, при искусственном старении, распадается пресыщенный твердый альфа раствор. Как результат выделяются избыточные фазы. После такой обработки снижается пластичность, но явно увеличивается твердость и прочность. А именно эти качества часто требуются в конечном продукте металлургии.
На показанном рисунке продемонстрирована модель Орована, наглядно иллюстрирующая перемещение дислокаций. Получить максимальный эффект можно при естественном старении, Однако на это дело потребуется большое количество времени, что не выгодно и не практично в случае с постоянным и объемным производством (это ведь не вино/коньяк в бочках отстаиватьJ). Поэтому существуют искусственные методы по ускорению этих естественных процессов (жаль такого не провернуть с вискарикомJ). Но стоит отметить, что при искусственном «старении» прочностные характеристики материала будут заметно снижены.
Твердость в зависимости от времени старения
Показанный график наглядно демонстрирует описанную выше проблему – сокращение времени старения металла не увеличивает его прочностных характеристик.
Течение процесса старения во многом зависит от углерода и азота. Особенно это заметно в малоуглеродистых сталях. Азот с уменьшением температуры начинает хуже растворятся в альфа железе. Например, при температуре 590°С растворенного азота содержится 0,1%, но уже при 20°С его содержание снижается до 0,004%. При старении альфа раствор выделяет нитриды. Поэтому влияние азота менее выражено по сравнению с тем же углеродом при температурном воздействии.
Старение металла
При длительной эксплуатации, в результате воздействия внешних факторов или после определенных сознательных действий человека металл может терять или изменять первоначально заложенные в нем физические и химические свойства. То есть могут изменяться показатели твердости, вязкости, прочности, упругости, пластичности и т.д. Этот процесс называют старением металла. Итак, старение металла – это отклонение свойств материала от нормы, изменение его характеристик.
В естественной среде это достаточно длительный процесс, на который влияют следующие факторы:
Типы старения металлов
Различают естественное и искусственное старение металлов. Естественное старение происходит постепенно, самопроизвольно, не требуя создания специальных условий. Обычно достаточно выдержать металл длительное время при комнатной температуре. При этом заготовленный прокат или детали хранятся на открытом воздухе. Следствием процесса становится повышение прочности, твердости и текучести материала. Одним из недостатков естественного процесса является то, что к внутренним процессам при этом может добавляться ухудшение поверхностного слоя за счет износа материала, коррозии и проч.
Искусственное старение металла – это производственная операция, проводимая по специальным технологиям, для быстрого придания материалу необходимых свойств.
Старение используется в качестве дополнительной обработки металла, это заключительная процедура для создания отдельных узлов и деталей. После операции показатели твердости и прочности значительно возрастают, мягкость и пластичность снижаются. Важно, что данные характеристики сохраняются на протяжении всего срока службы металла.
Виды искусственного старения
Термическое старение выполняют методом подогрева до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением. Производится процедура однократно или многократно, в зависимости от вида материала и конечных целей процесса. Для различных марок стали, чугуна, цветных металлов или сплавов разработаны определенные режимы технологических циклов.
Механическое старение (его еще называют деформационным) осуществляется методом пластической деформации. Механическая деформация производится при определенной температуре и приводит к внутренним химическим изменениям. Для обработки легированных сталей совмещают термическое и механическое старение.
Выделяют следующие виды данного процесса:
Особенности процедуры старения различных видов проката
Как уже отмечалось, выбор технологического режима старения зависит от вида и марки металла. Для качественного упрочнения необходимо достигнуть термической точки максимума для данной заготовки. В режимные характеристики, кроме температуры нагрева, входит также время выдержки.
Объем углерода в металле влияет на форму приобретаемой в процессе старения внутренней структуры. Она может стать кубической, сферической, пластинчатой или игольчатой.
Операция термического старения проводится на специальном оборудовании, так называемых, старящих печах. Они просты в управлении и обслуживании, полностью соответствуют требованиям безопасности и энергосбережения. Печи могут монтироваться отдельно или встраиваться в конвейер, работать на разных температурных режимах. Отличаются печи объемом садки, мощностью, производительностью и наличием дополнительных функций. Производить старение можно без предварительной закалки и после нее, при этом максимальная температура нагрева не должна превышать температуру закалки.
Механическое старение происходит при температуре ниже той, при которой начинается процесс рекристаллизации. Механическое воздействие на металл катализирует движение атомов углерода и азота к дислокациям, их скопление мешает дальнейшему движению дислокаций, что приводит к изменению свойств металла. Добавки азота, никеля и меди значительно ускоряют процесс старения при деформировании, а вот наличие добавок ванадия, титана и ниобия практически исключает возможность механического старения.
3.1. Настоящая Политика конфиденциальности устанавливает обязательства Администрации сайта по неразглашению и обеспечению режима защиты конфиденциальности персональных данных, которые Пользователь предоставляет при заполнении любой формы на Сайте.
3.2. Персональные данные, разрешённые к обработке в рамках настоящей Политики конфиденциальности, предоставляются Пользователем путём заполнения регистрационной формы на Сайте и включают в себя следующую информацию:
3.2.1. фамилию, имя, отчество Пользователя.
3.2.2. контактный телефон Пользователя.
3.2.3. адрес электронной почты (e-mail).
3.3. Любая иная персональная информация неоговоренная выше подлежит надежному хранению и нераспространению, за исключением случаев, предусмотренных п. 2.5. настоящей Политики конфиденциальности.
4.1. Персональные данные Пользователя Администрация сайта может использовать в целях:
4.1.1. Установления с Пользователем обратной связи, включая направление уведомлений, запросов, касающихся использования Сайта, оказания услуг, обработка запросов и заявок от Пользователя.
4.1.2. Осуществления рекламной деятельности с согласия Пользователя.
4.1.3. Регистрации Пользователя на Сайтах Организации для получения индивидуальных сервисов и услуг.
4.1.4. Совершения иных сделок, не запрещенных законодательством, а также комплекс действий с персональными данными, необходимых для исполнения данных сделок.
5.1. Обработка персональных данных Пользователя осуществляется без ограничения срока, любым законным способом, в том числе в информационных системах персональных данных с использованием средств автоматизации или без использования таких средств.
5.2. При утрате или разглашении персональных данных Администрация сайта информирует Пользователя об утрате или разглашении персональных данных.
5.3. Администрация сайта принимает необходимые организационные и технические меры для защиты персональной информации Пользователя от неправомерного или случайного доступа, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, распространения, а также от иных неправомерных действий третьих лиц.
6.1. Пользователь обязан:
6.1.1. Предоставить информацию о персональных данных, необходимую для пользования Сайтом.
6.1.2. Обновить, дополнить предоставленную информацию о персональных данных в случае изменения данной информации.
6.2. Администрация сайта обязана:
6.2.1. Использовать полученную информацию исключительно для целей, указанных в п. 4 настоящей Политики конфиденциальности.
6.2.2. Обеспечить хранение конфиденциальной информации в тайне, не разглашать без предварительного письменного разрешения Пользователя, а также не осуществлять продажу, обмен, опубликование, либо разглашение иными возможными способами переданных персональных данных Пользователя, за исключением случаев, указанных в п. 2.5. настоящей Политики Конфиденциальности.
6.2.3. Принимать меры предосторожности для защиты конфиденциальности персональных данных Пользователя согласно порядку, обычно используемого для защиты такого рода информации в существующем деловом обороте.
6.2.4. Осуществить блокирование и/или удаления персональных данных, относящихся к соответствующему Пользователю, с момента обращения или запроса Пользователя или его законного представителя либо уполномоченного органа по защите прав субъектов персональных.
7.1. Администрация сайта, не исполнившая свои обязательства, несёт ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации, за исключением случаев, предусмотренных п.2.5. и 7.2. настоящей Политики Конфиденциальности.
7.2. В случае утраты или разглашения Конфиденциальной информации Администрация сайта не несёт ответственность, если данная конфиденциальная информация:
7.2.1. Стала публичным достоянием до её утраты или разглашения.
7.2.2. Была получена от третьей стороны до момента её получения Администрацией сайта.
7.2.3. Была разглашена с согласия Пользователя.
8.1. До обращения в суд с иском по спорам, возникающим из отношений между Пользователем сайта и Администрацией сайта, обязательным является предъявление претензии (письменного предложения о добровольном урегулировании спора).
8.2. Получатель претензии в течение 30 календарных дней со дня получения претензии, письменно уведомляет заявителя претензии о результатах рассмотрения претензии.
8.3. При не достижении соглашения спор будет передан на рассмотрение в судебный орган в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.
8.4. К настоящей Политике конфиденциальности и отношениям между Пользователем и Администрацией сайта применяется действующее законодательство Российской Федерации.
Старение металла: сущность процесса и преимущества
Старение или дисперсионное отвердение – вид термической обработки закаленных сплавов/металлов без полиморфного превращения при диффузной подвижности атомов. Процесс протекает под световым / тепловым излучением, воздействием гравитационных/ магнитных полей и обусловлен выделением из пересыщенных твердых растворов дисперс¬ных частиц (0,01–1 мкм). После завершения фазовых превращений металлы/сплавы с железом, титаном, молибденом обретают равновесные состояния и новые качества.
Свойства материалов после старения
Термодинамическая неравновесность влияет на конкретные физико-химические свойства. Движение атомов углерода и азота к дислокациям – линейным дефектам кристаллической решетки приводит к сдвигу напряжения и необратимой деформации в сталях. Процесс улучшает характеристики, присущие металлам, состаренным термообработкой.
При закалке и после кристаллизации стали и сплавы сохраняют атомную структуру, свойственную для высокотемпературной среды. При фазовом превращении в условиях предварительной холодной деформацией повышаются показатели прочности и твердости, вызванной перестройкой кристаллической структуры. В низкоуглеродистой котельной стали возникает охрупчивание, возрастает коэрцитивная сила.
В низколегированной после распада пресыщенного твердого раствора снижаются вязкость и пластичность, зато усиливаются твердость и прочность. Эти свойства важны для производства металлургического проката. При содержании углерода от 0, 07% позитивные показатели в 1,5 выше.
Виды старения
Различают природное, искусственное, деформационное дисперсионное отвердение. Под естественным или низкотемпературным понимают потерю начальных свойств и приобретение новых в условиях нормальной среды. Речь идет о физическом износе материалов. Плотность усиливается самопроизвольно при показателях от + 20 °С. Процесс протекает непрерывно с затуханием во времени, и обусловлен выделением избыточных дисперсных частиц, стремящихся к равновесному состоянию.
Холодная пластическая деформация
Она подразумевает изменение начальных характеристик материалов после длительного хранения в естественных условиях и кратковременных нагревов до 99- 299 °С. При холодной деформации меняется форма частиц.
Они вытягиваются и формируют строчечную микроструктуру, ускоряют размежевание частиц твердого раствора. Это стимулирует сегрегацию, ухудшает вязкость, что нежелательно для листовой стали и металлов для штамповки.
Искусственное старение
При принудительном нагревании физико-механические свойства меняются за 1-2 часа. Результат достигается термообработкой пластически деформированных твердых растворов. Воздействие горячей среды стимулирует диффузионные процессы, выпадение из растворов вторичных фаз. Корректные режимы для углеродистых сталей:120°С-150°С с протеканием физико- химических процессов 25-28 часов. Для цветных сплавов достаточно 60 минут при 250°С.
Дисперсионное отвердение сплавов
Способ необходим для повышения жаропрочности и коэрцитивной силы составов с алюминием, медью, другими добавками. При тепловом расширении в диапазоне температур 190-200 °С возрастает внутреннее напряжение. Изменение положения частиц и перегруппировка атомов приводит к пластическому сдвигу. Из-за нарушения связей выпадают кристаллы CuAl2 и формируют промежуточные структуры. При остывании твердые растворы из-за выделения фаз в разное время снова упрочняются.
Особенности состаривания стали
Металл подвергают термической обработке с целью трансформации структуры. При нагревании раствор феррита с азотом и углеродом распадается из-за фазовых превращений. Кристаллическая решетка принимает:
Следом выделяются карбиды и интерметаллические соединения. Старение происходит намного сложнее из-за особенностей конфигураций их решеток. В сталях с добавками вместе с Fe3C образуются тугоплавкие соединения:
Упрочнение достигается при малом размере частиц (0,01-0, 05 мкм), равномерном распределении их в структуре. Они не подвержены коагуляции в агрессивной среде и относятся к композиционным материалам.
Перестаривание
Прочностные характеристики сплавов после достижения максимума снижаются. При коагуляции фаз и укрупнения дисперсных частиц, сокращения их количества часто случается структурное разупрочнение материала. К перестариванию приводит замена метастабильных частиц некогерентными. При низких температурах такого не происходит.
Декоративное состаривание в домашних условиях
Придать визуальный эффект меди или сделать поверхность шершавой можно самостоятельно, приобретя специальный раствор. Концентрат разводят 1:10, затем окунают в него изделия до получения декоративного результата. Остатки ополаскивают кипятком, поверхность протирают. Другой способ: в емкость с деревянным бруском наливают аммиак, не доходя до краев. Кладут деталь, закупоривают тару крышкой и оставляют на 2-4 часа.
Алюминий
Серебристо-белый металл натирают двууглексилой содой. Декоративности придают керосин и копоть, смесь из части воды и соли. Жидкость наносят кистью несколько раз, контролируя эффект. Процедура занимает до двух дней.
Латунь
Многокомпонентный сплав реагирует на яблочный уксус и соль. Ингредиенты соединяют в соотношении 3:1. Смесь заливают в пульверизатор и орошают деталь 30 минут. На конечном этапе полируют парафином. Медь и латунь обрабатывают слабым концентратом серной/ азотной кислоты тампоном на деревянном стержне. При контакте металл меняет оттенок от интенсивно зеленого до темно- коричневого. Для испарения токсичных остатков деталь нагревают и моют горячей водой.
Железо
Поверхность покрывают более агрессивным составом с серной кислотой. Сначала детали очищают, смазывают олифой, раскаляют в печи или паяльной лампой. Для получения светлых оттенков подходит раствор азотной кислоты. При контакте с токсичными составами соблюдают технику безопасности: надевают перчатки, защищают лицо респиратором и очками. Работы проводят на воздухе.