合金的脱溶沉淀与时效.ppt

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1、合金的脱溶沉淀与时效定义：从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程为脱溶或沉淀。条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度的降低而减少。将双相组织加热到固溶度线以上某一温度保温足够时间，将获得均匀的单相固溶体a相，这种处理称为固溶处理。合金的脱溶沉淀与时效若将经过固溶处理后的C0成分合金急冷，抑制a相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和固溶体，若将此固溶体长期在室温或较高温度下等温保持时，也将属性脱溶，这将提高合金的强度和硬度，称为沉淀强化或时效强化。在时效过程中，材料的机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变

2、化。根据时效温度的不同，可将时效分为自然时效和人工时效。脱溶过程和脱溶物的结构以Al-4%Cu合金为例，其室温平衡组织为a相固溶体和θ相。但是在时效过程中，加热时效，胶溶顺序为：1、G.P.区的形成及其结构在若干原子层范围内的溶质原子聚集区即称为G.P.区。它所具有的特点：在过饱和固溶体的分解初期形成，且形成速度很快，通常为均匀分布。其晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相保持共格关系；在热力学上是亚稳定的。脱溶过程和脱溶物的结构由于G.P.区与母相保持共格，故其界面能较小，而弹性应变能较大，因此，G.P.区的形状与溶质和溶剂的原子半径差有关。根据计算，当析

3、出物体积一定时，其周围的弹性应变能按球状→针状→圆盘状的顺序依次减小。一般认为，当溶质与溶剂的原子半径差小于3％时析出物呈球状，当原子半径差大于5％时析出物呈圆盘状。脱溶过程和脱溶物的结构2、过渡相的形成及其结构θ”的形成与结构G.P.区形成以后，当时效时间延长或时效温度提高时，将形成过渡相。（两种方式：原位形核和独立形核）θ”相与基体完全共格，仍为薄片状，随着长大，周围基体的应力和应变也增大。在铝铜合金中，随着时效过程的进展，片状θ”相周围的共格关系部分遭到破坏，转变为新的过渡相θ’相。θ’相与基体部分共格。脱溶过程和脱溶物的结构3、平衡相的形成及结构在铝铜

4、合金中，随着θ’相的成长，其周围基体中的应力和应变不断增大，弹性应变能也会增大，则变得不稳定，将转变为稳定相θ（与基体完全不共格）。脱溶热力学与动力学合金在脱溶时的动力也是新相与母相的自由能差，阻力是新相的界面能和应变能。脱溶过程和脱溶物的结构从上图可以看出，形成G.P.区进的相变驱动力最小，而析出平衡相时的相变驱动力最大。尽管形成θ相时相变驱动力最大，但由于θ相与基体非共格，形核和长大时的界面能较大，所以不易长大。脱溶动力学及影响因素时效温度越高，固溶体的过饱和度就越小，脱溶过程的阶段也就越少；而在同一时效温度下合金的溶质原子浓度越低，其固溶体过饱和度就越小

5、，则脱溶过程阶段也越少。脱溶过程和脱溶物的结构影响因素：晶体缺陷的影响；（空位、位错、层错）合金成分的影响；（合金的熔点、浓度）时效温度的影响；脱溶后的显微组织1、连续脱溶：在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度变化为连续的即称为连续脱溶。均匀脱溶非均匀脱溶（多数脱溶）脱溶后的显微组织2、非连续脱溶（胞状脱溶）因其脱溶物中的a相和母相a之间的溶质浓度不连续而称为非连续脱溶。脱溶过程和脱溶物的结构胞状组织和珠光体组织的区别在于：由共析转变形成的珠光体中两相（γ＝α+Fe3C)与母相在结构和成分上完全不同，而由非连续脱溶所形成的胞状物的两相（α0＝α1+β）中

6、必有一相的结构与母相相同，只是其溶质原子浓度不同而已。脱溶过程和脱溶物的结构以连续脱溶非连续脱溶不伴生再结晶再结晶分散于晶粒内部，较均匀分布在晶界上，胞状结构长程扩散知识扩散脱溶过程中显微组织的变化：连续非均匀脱溶加均匀脱溶；非连续脱溶加连续脱溶；仅发生非连续脱溶；脱溶过程和脱溶物的结构脱溶时效时的性能变化时效硬化：随时间的延长，硬度将进一步升高，称为时效硬化。冷时效：在较低温度下进行的时效；温时效：在较高温发生的时效；脱溶过程和脱溶物的结构以时效硬化机制时效硬化是由于母相中的位错与析出相之间的交互作用引起的，可以按位错通过析出相的方式不同将时效硬化机制分为以

7、下三类：脱溶时效时的性能变化以内应变强化：由于在析出相周围产生不均匀畸变区，即形成不均匀应力场。切过析出相颗粒强化当位错切过颗粒时，不仅需要克服析出相颗粒所造成的应力场，还由于切过之后增加的表面能。绕过析出相强化按此方式向前移动进所需的切应力τ为过时效的本质是什么？回归现象：时效型合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线以下某一温度加热，时效感化现象会立即消除，硬度恢复到固溶处理状态。脱溶时效时的性能变化回归现象的实质：通过时效形成的G.P.区在加热到稍高于G.P.区固溶度曲线的温度时，G.P.区发生溶解，而过渡相和平衡相则由于保温时间过短而来不及形成，

8、再次快冷至室温后仍获得过饱和固溶体。回