过饱和固溶体的分解

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1、§8-3过饱和固溶体的分解αα+βTT1T2wB/%C0MN具有脱溶转变的合金相图脱溶沉淀：由过饱和固溶体析出新相的过程。条件：固溶体的溶解度随温度的降低发生变化。方式：平衡析出时效析出时效析出时效处理固溶处理人工时效自然时效一.脱溶沉淀过程Al-Cu合金合金时效图（a）130℃（b）190℃时效：过饱和固溶体在等温过程中，硬度随等温时间的延长而升高的现象。以Al-Cu合金为例。Al-Cu合金相图名称实质形貌界面结构GP区溶质原子（Cu）的偏聚区Al〈100〉晶向弹性模量小，Cu偏聚在α相的{100}晶面，直径8nm，厚度0.3-

2、0.6nm。共格无明显界面θ”相介稳相立方点阵CuAl2，直径30-150nm，厚度2-10nm。惯习面：{100}α（001）θ”∥（001）α[101]θ”∥[100]α共格θ’相介稳相立方点阵CuAl2，直径100nm圆盘状惯习面与位相关系同上。半共格θ相平衡相立方点阵CuAl2非共格α0→α1+GP区→α2+θ”→α3+θ’→α4+θCuAl2相结构CuAl2相形貌（a）GP区（b）θ”相（c）θ’相（d）θ相一些合金的脱溶沉淀二.沉淀方式连续沉淀沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。特点：（1）生成相与母相结构、点

3、阵常数相近；（2）共格或半共格界面；（3）针状或条状。连续沉淀均匀沉淀局部沉淀：晶界、位错、孪晶界等2.不连续沉淀从过饱和固溶体析出沉淀相和饱和固溶体。特点：（1）晶界形核；（2）一侧共格或半共格界面，另一侧非共格；（3）胞状。αα’α’α’β3.沉淀过程中显微组织的变化母相过饱和固溶体（1）连续均匀沉淀加局部沉淀（2）连续沉淀加不均匀沉淀（3）不连续沉淀4.无析出区固溶处理的过饱和空位在晶界淹没，溶质原子难以扩散，第二相无法析出。AlGe合金三.脱溶沉淀热力学GG2G0G3G1Ax1x0x2x3xBABC脱溶沉淀热力学图αβ在一

4、定温度下：α0（x0）→α1（x1）+α2（x2）α0（x0）→α1（x1）+β（x3）∴BA段，ΔG>0∴AC段，ΔG<0四.脱溶沉淀动力学θ”θ′θGPTτ脱溶沉淀动力学图动力学特点：1.曲线呈C型；2.存在孕育期；3.反映温度、时间对脱溶沉淀过程的影响规律。五.调幅分解(Spinodel)调幅分解是单相固溶体分解为两相混合物的一种特殊方式，其特殊之点是在这一分解过程中不需要信相的形核。无限溶解固溶体：如果溶解时为吸热过程，温度较低时，自由能曲线中部有上凸，这时单一的固溶体的自由能不是最低，可以分解为结构相同而成分不同两个相混

5、合物。相图分解过程自发加大成分偏离的幅度，所以称为调幅分解。这种分解的过程和所得组织如图所示，调幅分解的组织呈布纹状，非常细小，只能的高倍的电子显微镜下才能观察得到。调幅分解的热力学条件GX1X2XΔG1ΔG2自由能成分曲线合金（X1）：ΔG1>0合金（X2）：ΔG2<0调幅分解的必要条件2.调幅分解的必要条件（1）梯度能：调幅分解时，固溶体中产生尺寸很小的溶质原子贫化区和富化区，随着分解的进行，在贫化区和富化区之间的浓度梯度越来越大，从而影响原子间的化学键，使原子的化学位升高，这部分能量称为梯度能。（2）弹性应变能：调幅分解时，

6、固溶体的点阵常数随化学成分变化而变化，如果贫化区和富化区保持共格，必然使点阵畸变而引起共格应变能。梯度能和弹性应变能都是调幅分解的阻力，驱动力必须大于阻力，才能发生调幅分解。六.沉淀相粗化αββCr2Cr1距离浓度沉淀相附近溶质原子浓度分布吉布斯-汤姆逊(Gibbs-Thompson)方程：可以看到：界面处母相浓度与曲率半径成反比。假定：r2Cr1所以：在浓度梯度的驱使下，溶质原子由沉淀相2向沉淀相1扩散。扩散的结果破坏了界面浓度平衡。为了保持平衡，沉淀相2溶解放出溶质原子，沉淀相1长大吸收溶质原子。结果：小颗粒

7、消失，大颗粒粗化。七.沉淀强化机制1.Mott,N.F.-Nabarro,F.R.N.理论沉淀颗粒引起的晶格畸变，增大位错滑移阻力。μ：沉淀相切变模量r：沉淀相半径f：沉淀相的体积分数ε：错配度函数b：柏氏矢量的模2.Kelly,A.-Nicholson,R.B.理论——切过理论颗粒强度较低时，位错切过沉淀相，增加界面面积，产生反向畴界能。位错切过模型3.Orowan,E.理论——绕过理论颗粒强度较高时，位错运动受阻，发生弯曲，直到相遇，分成一个位错环和一个与原位错相同的位错，即绕过沉淀相，增加位错数量，并对后续位错运动产生阻碍作

8、用，引起强化。位错绕过模型Thanks