Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Дисперсионное твердение — это процесс упрочнения металлических сплавов за счёт выделения мелкодисперсных вторичных фаз из пересыщенного твёрдого раствора при последующем старении. Метод позволяет повысить прочность сплава в 2–4 раза без потери пластичности и считается базовым приёмом упрочняющей термообработки алюминия, меди, никеля и ряда специальных сталей.
Дисперсионное твердение, или старение сплава, — это вид термической обработки, при котором металл сначала закаливают с фиксацией пересыщенного твёрдого раствора, а затем выдерживают при определённой температуре. Во время выдержки из раствора выделяются дисперсные частицы упрочняющей фазы, что и обеспечивает рост твёрдости и прочности.
Эффект открыт Альфредом Вильмом в 1906 году при работе с дюралюминием — сплавом Al–Cu–Mg. Сегодня технология применяется ко всем сплавам, у которых растворимость легирующего компонента в основе резко падает с понижением температуры.
Физическая суть дисперсионного твердения — торможение движения дислокаций наноразмерными частицами выделяющихся фаз. Каждая частица содержит от 100 до 1000 атомов и создаёт вокруг себя поле упругих напряжений, через которое дислокация не может пройти без затрат дополнительной энергии.
Для сплавов системы Al–Cu последовательность распада выглядит так: SSSS → зоны Гинье–Престона (ГП) → θ″ → θ′ → θ (CuAl₂). Каждая последующая фаза термодинамически более стабильна, но менее эффективна с точки зрения упрочнения после определённого момента.
Это области в матрице, обогащённые легирующим элементом, размером порядка 1–10 нм. В сплавах Al–Cu они выглядят как пластины толщиной в несколько атомных слоёв, в сплавах Al–Ag — как сферические скопления диаметром около 10 Å. Зоны ГП когерентны с матрицей и дают значительный прирост прочности.
Дислокация преодолевает мелкие когерентные частицы перерезанием, а крупные некогерентные — огибанием по механизму Орована с образованием петли. Максимум прочности достигается на границе перехода между этими механизмами, когда размер частиц оптимален.
Происходит при комнатной температуре (обычно 18–25 °C) в течение 4–5 суток, причём около 90 % прироста твёрдости приходится на первые сутки. Характерно для дюралюминов Д1, Д16, сплавов 2024 и низкоуглеродистых сталей с пересыщенным ферритом. Распад останавливается на стадии формирования зон Гинье–Престона.
Проводится при повышенных температурах: для алюминиевых сплавов — 120–200 °C, для бериллиевых бронз — 300–350 °C, для мартенситностареющих сталей — 480–500 °C. Распад идёт глубже, формируются промежуточные и стабильные фазы. Прочность выше, но пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем при естественном старении.
Перестаривание — нежелательное состояние, возникающее при чрезмерной длительности или температуре старения. Частицы коагулируют, расстояние между ними растёт, и прочность падает. Этим эффектом сознательно пользуются при стабилизирующем старении для снятия остаточных напряжений.
Дисперсионное твердение — основной способ упрочнения цветных сплавов и ряда специальных сталей. Применяется в авиастроении, ракетной технике, приборостроении, электронике и инструментальном производстве.
Дюралюмины Д16, Д1, сплавы серий 2ххх, 6ххх, 7ххх (включая высокопрочный В95 / 7075) — основа авиационных конструкций. Закалка проводится с 495–505 °C, охлаждение в холодной воде, далее — естественное или искусственное старение по режиму T6.
Сплав БрБ2 (ГОСТ 18175-78) после закалки с 760–780 °C и старения при 310–330 °C в течение 3 часов достигает предела прочности 1200–1400 МПа и твёрдости до 400 НВ. Применяется для пружин, контактов и неискрящего инструмента.
Сталь Н18К9М5Т отжигается при 820 °C, охлаждается на воздухе с образованием железо-никелевого мартенсита, затем стареет при 480–500 °C около 3 часов. Упрочняющие фазы — интерметаллиды Ni₃Ti и Ni₃Mo. Предел прочности достигает 1900–2100 МПа.
Жаропрочные сплавы типа Inconel 718, ЭП718 упрочняются выделениями γ′-фазы Ni₃(Al, Ti) и γ″-фазы Ni₃Nb. Применяются в лопатках газовых турбин и камерах сгорания, где требуется работоспособность до 700–750 °C.
Преимущества:
Недостатки:
Дисперсионное твердение — управляемый и хорошо изученный способ многократного повышения прочности сплавов через выделение наноразмерных фаз из пересыщенного твёрдого раствора. Правильный выбор температуры закалки, среды охлаждения и режима старения позволяет получить требуемый комплекс прочности, пластичности и коррозионной стойкости. Для технолога это означает возможность точно настраивать свойства материала под конкретное изделие — от заклёпки самолёта до пружины датчика.
Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов. Конкретные режимы термообработки должны выбираться по технологическим картам производителя сплава и действующим стандартам. Автор не несёт ответственности за результаты применения изложенных сведений без надлежащей инженерной проработки.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.