合金的脱溶沉淀与时效

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1、第七章合金的脱溶沉淀与时效§7.1脱溶过程和脱溶物的结构一、对比钢的淬火+回火后HRC变化曲线和Al-Cu合金的时效强化曲线二、名词解释1.固溶：将某一成分的合金加热到单相区（α相），经足够时间保温，使合金元素（溶质元素）充分溶解入固溶体中，然后予以速冷，以抑制这些元素重新析出，致室温下获得一个过饱和固溶体。2.脱溶析出：从过饱和固溶体中析出（沉淀相）或形成溶质原子聚集区及亚稳定相的过程，称为脱溶析出或沉淀，是溶解的逆过程。3.时效：合金在脱溶过程中，其力学、物理、化学性能均随之发生变化的现象。4.时效硬化（沉淀强化）：时效析出过程中，合金中的

2、强度、硬度逐渐升高的过程。三．时效析出过程与亚稳定平衡相图过饱和固溶体→α过+溶质原子聚集区→α过+亚稳相→α+平衡相典型：Al-Cu合金（4%Cu）过饱和固溶体→α过+GP区→α过+θ"相→α过+θ´相→α+θ（CuAl2）四、过渡相、平衡相的形成及其结构1.G·P区的形成及其结构：Cu原子要Al基固溶体{100}面上偏聚。结构：与α基体相同，与基体共格―引起畸变，强化。形状：小圆片状2θ“的形成与结构：结构：正方点阵，a=b=4.04Å,c=7.68Å，与基体共格，形态：小圆片状，直径140~150Å，厚度8~20Å3.θ´相形成与结构：结

3、构：正方点阵，a=b=4.04Å,c=5.80Å，半共格。形态：圆片状，直径100~600Å，厚度100~150Å，光学显微镜下可见。4.平衡相形成：θ´相继续长大，其周围基体中的应力、应变增大，应变能增大，弹性应变能越来越大，共格关系破坏（为降低应变能），完全从α相中脱溶，形成平衡相θ。结构：正方点阵，a=b=6.07Å,c=4.87Å，和基体是非共格关系。形状：块状，光学显微镜下可见§7.2脱溶的热力学和动力学一、脱溶的热力学从相变驱动力大小来看应形成θ相，为什么形成GP区？因为形成GP区相变阻力小（因为界面能小），浓差小，易形核。二．脱溶

4、动力学及影响因素（一）动力学特点具有C曲线的形式形成GP区、过渡相、平衡相需要孕育期；温度越高，过饱和度下降；例：T1温度：GP区→β´→βT2温度：β´→βT3温度：β（二）影响脱溶动力学因素1.晶体缺陷：空位、位错、层错、晶界2.合金成分影响：（1）相同温度下时效，合金熔点越低，脱溶速度越快（2）溶质浓度的影响（3）微量元素3.固溶处理工艺的影响：温度、时间、冷速§7.3脱溶后的显微组织一、连续脱溶及其显微组织二、非连续脱溶及其显微组织§7.4合金时效时的性能变化1.硬度变化2.时效硬度变化因素（1）时效过程中固溶体脱溶，过饱和度下降，固

5、溶强化降低；（2）基体发生回复与再结晶；（3）新相的析出。二．时效硬化机制1.内应变强化2.位错切过析出相位错切过析出相要消耗的能量：粒子与基体错配度引起的应力场；位错切过粒子的，粒子被滑移成两部分，增加表面能；位错切过粒子时，改变了溶质与溶剂的相邻关系，产生化学硬化。所以能量增加，引起强化。3.位错绕过析出相位错绕过析出相所需的切应力：其中：G：切变模量；b:柏氏矢量；L：相邻析出相颗粒间距L越小，所需切应力越大，所以随时效时间延长，析出相聚集长大，硬度下降。三、回归现象许多时效硬化合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线以下某一温度加

6、热，时效强化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶状态，这种现象称为回归。合金回归以后，再次进行时效仍可重新发生时效，但时效速度下降，其余变化不大。四．影响时效强化效果的因素1.化学成分（1）能否形成固溶体：如Fe、Ni基本不溶于固态铝，不能时效强化；（2）固溶浓度随温度变化程度（3）析出相结构（4）淬火空位2.固溶工艺：温度、时间、冷速3.时效工艺：温度、时间、时效方式§7.5铁基合金的脱溶与时效一．马氏体时效钢的脱溶及性能变化1.马氏体时效钢：C%<0.03%，18%Ni，20%Ni，25%Ni，因碳极低，所以为铁基合金。特点：淬透性极高，空

7、冷或炉冷均可得到板条马氏体。强度、硬度较低（HRC30，因C量低），成型性能好。时效强化效应，时效后屈服强度为：1400~3500MPa.二．铁基合金中的淬火时效1.铁素体中合金K脱溶2.奥氏体钢淬火时效现象§7.6合金的调幅分解调幅分解定义：由过饱和固溶体分解产生两种结构相同，成分不同的固溶体（但一个为溶质富化，一个为溶质贫化），这种分解按扩散---偏聚机构进行的固态相变。一．热力学条件成分在拐点之间的合金（G-C曲线下凹）换句话：只有在的范围内的合金才能进行调幅分解，即RKV范围内。二．调幅分解过程是纯扩散过程，一般脱溶分解是下坡扩散，即高

8、浓度向低浓度扩散，而调幅分解是上坡扩散，低浓度向高浓度扩散。三．组织、结构、性能1.结构特点：分解产物与母相晶体结构相同，仅成分不同，故新相与母相始终