что такое старение стали

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.

Источник

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.

Источник

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.

Источник

Старение стали

Старение стали — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0,25 % С). При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз и феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.

Термическое старение

При ускоренном охлаждении с 650—700 °C в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется перенасыщенный раствор (феррит). При последующей выдержке стали при нормальной температуре или при повышенной 50-150 °C происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твёрдого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Старение технического железа (стали) также может быть вызвано выделением твёрдых частиц нитрида Fe₁₆N₂ или Fe₄N.

Механическое старение

Механическое или деформационное старение — это процесс, протекающий после пластической деформации, если она происходит ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15-16 суток при комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe₁₆N₂ или стабильного нитрида Fe₄N. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Старение стали» в других словарях:

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 (термообработка) — Aging (heat treatment) Старение (термообработка). Изменения в свойствах некоторых металлов и сплавов, возникающие при комнатной температуре или при умеренном нагреве после предварительной термообработки (старение стали после закалки, естественное … Словарь металлургических терминов

старение — 3.9 старение: Процесс накопления необратимых изменений в изоляции провода в результате воздействия одного или совокупности эксплуатационных факторов, приводящих к ухудшению свойств изоляции или ее отказу. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Старение металлов — изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной… … Большая советская энциклопедия

Старение человека — У этого термина существуют и другие значения, см. Старение. Старение человека как и старение других организмов, это биологический процесс постепенной деградации частей и систем тела человека и последствия этого процесса. Тогда как… … Википедия

старение материалов — изменение физико химических и механических свойств и структуры материалов при эксплуатации и длительном хранении. Наиболее заметно в материалах с повышенным уровнем внутренней энергии. * * * СТАРЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ СТАРЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ, 1) изменение… … Энциклопедический словарь

старение — ГОСТ Р 54480 2011 старение Показатель, используемый применительно к электротехнической стали для оценки степени ухудшения ее магнитных свойств за установленный (продолжительный) период времени или за относительно малый промежуток времени при… … Металлургия. Терминология ГОСТ

ГОСТ Р 54480-2011: Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической изотропной стали. Технические условия — Терминология ГОСТ Р 54480 2011: Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической изотропной стали. Технические условия оригинал документа: 3.15 адгезия покрытия: Прочность сцепления электроизоляционного покрытия с поверхностью… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 53934-2010: Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической анизотропной стали. Технические условия — Терминология ГОСТ Р 53934 2010: Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической анизотропной стали. Технические условия оригинал документа: 3.14 адгезия покрытия: Прочность сцепления электроизоляционного покрытия с поверхностью… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Виды и режимы старения металла

Особенности процесса старения металлов: определение, способы, виды. Отличия естесственного старения от искусственного. Нюансы проведения операций, двойное старение, основные параметры.

Старение металла может происходить в результате длительной эксплуатации, при возникновении форс-мажорных обстоятельств, при нарушении технологии изготовления конструкции и выполняться специально. В первом и втором случае теряются первоначально заложенные свойства – материал физически изнашивается, и, как правило, требуется его полная замена. В третьем случае при выполнении гибочных, монтажных, сварных и других операций снижаются эксплуатационные свойства, что в некоторых случаях недопустимо. Поэтому особо ответственные изделия проверяют на склонность к деформационному старению по определенным методикам. Специально выполняемая операция по старению металла, имеющая второе название – дисперсионное твердение – разновидность заключительной термической обработки, которая проводится с целью получения необходимых физических, химических и механических свойств. Может выполняться естественным путем, искусственным способом (термообработкой) и пластическим деформированием. Используется для сплавов и металлов, у которых пересыщенный твердый раствор выделяет избыточный компонент и самопроизвольно распадается. В результате проведения операции любым способом у материалов увеличиваются такие показатели, как прочность и твердость, которые сохраняются на протяжении срока эксплуатации, но снижаются показатели пластичности и вязкости.

Виды старения металла

Выделяют 2 вида старения металла: термическое и механическое. Термический вид является разновидностью искусственного старения металла, которое выполняют с подогревом до определенной температуры, выдержкой и охлаждением на воздухе. В процессе операции изменяется растворимость углерода в альфа-железе в зависимости от температуры, до которой была нагрета заготовка. Режимы проведения операции зависят от марки стали, чугуна, цветного металла или сплава и указываются в технологическом процессе по выполнению операции. Различают следующие виды искусственного старения металлов:

Кроме того, операция может выполняться за насколько стадий, так называемое ступенчатое или двойное старение. Вначале нагрев осуществляют при более низкой температуре, а затем – при высокой. На первом этапе создаются многочисленные центры выделений твердого раствора, а на втором – обеспечивается их распад. Таким образом получается однородность и плотность распределения выделений в материале.

При естественном старении материал выдерживается при комнатной температуре определенное время, что приводит к повышению твердости, прочности и текучести. Процесс этот длительный. Обычно занимает 15 и больше дней (зависит от материала), когда изготовленные детали и заготовки хранятся на открытом воздухе. Чтобы ускорить процесс получения качественного материала и получить те же результаты, выполняют операцию искусственного старения в специальных печах по определенной технологии.

Механический вид называют деформационным, осуществляют путем пластической деформации при нагреве ниже температуры рекристаллизации материала. Обычно это 20 °C. Возможен вариант совмещения механического и термического старения. Такой способ применяют для легированных сталей.

Режимы старения

Операция может выполняться без предварительной закалки заготовок или деталей и с ней. И тут важно правильно подобрать температуру нагрева: она должна быть ниже той, при которой происходила закалка. В любом случае это оговаривается в технологическом процессе по изготовлению той или иной детали, который разрабатывают специалисты на производстве с учетом применяемого оборудования и режимов старения.

Скорость нагрева до температуры, с какой производится операция, особой роли не играет. Однако для алюминия и его сплавов лучше выполнять медленный нагрев. Это повысит прочность изделия.

Старение черных, цветных металлов и их сплавов является распространенным технологическим процессом, позволяющим добиться нужных свойств. Операция должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей марки металла на качественном оборудовании, специально предназначенном для проведения искусственного старения. Такие печи выпускают отечественные и зарубежные производители в широком ассортименте. Они соответствуют современным требованиям к энергосбережению и безопасности, простоты в управлении и обслуживании. Работают на разных температурных режимах. Многие из моделей могут встраиваться в конвейерные линии, что позволяют повысить производительность труда. Различаются такие печи объемом садки, производительностью, мощностью и наличием дополнительных функций, которые упрощают выполнение такого вида термообработки.

Просим тех, кто занимался вопросами старения и выполнял такие операции, поделиться опытом в комментариях к тексту.

Источник