Процесс старения стали

В низкоуглеродистой стали, в структуре которой преобладает феррит, известно изменение свойств при хранении (или в эксплуатации) после быстрого охлаждения от высоких температур (закалочное старение) или после пластической деформации (деформационное старение).

Старение обусловлено примесями внедрения (углеродом и азотом), растворенным в феррите. Они достаточно быстро диффундируют уже при комнатной температуре, а «носители» пластической деформации – дислокации – их притягивают и, «обрастая» сегрегациями примеси, закрепляются. После старения, пока «свободных» дислокаций мало, пластическая деформация идет лишь по мере рождения новых. По мере размножения дислокаций сопротивление течению с деформацией падает.

Появляется «зуб текучести». Пока «смягчённая» размножением зона распространяется на весь образец, сопротивление деформации не меняется. Старение длится дни и месяцы при комнатной температуры (часы и дни – при 100 ˚С) и проходит четыре стадии. На первой стадии вдоль дислокаций оседают сплошные в «одноатомные» цепочки атомов примеси, от чего растут предел текучести и деформация Людерса. На второй стадии длина площадки неизменна, но вместе и одинаково с пределом текучести поднимается вся диаграмма. На третьей стадии на дислокациях есть и частицы размером в несколько нанометров. Они упрочняют и сами по себе, так что подрастает предел прочности, но соответственно падают удлинение и работа разрушения. Иногда можно дождаться и четвёртой стадии – «перестарения» (медленного смягчения от укрепления частиц).

Старение вредно понижением пластичности (листа для холодной штамповки) или же охрупчиванием конструкции (зуб текучести означает большое сопротивление малым пластическим деформациям – местные перегрузки хуже «рассасываются»). Старение усиливает хладноломкость, отчего, например, несвязанный азот понижает ударную вязкость строительной стали.