固态相变 教学课件 作者 刘宗昌第7章合金的沉淀与时效7.2 有色合金中的脱溶.ppt

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1、7.2有色合金中的脱溶过程序言随合金以及其它条件的不同，固溶体可以通过不同的序列或不同的途径进行脱溶，并可以在中途停止在不同的进程上。整个脱溶过程对合金的性能的变化来说是很剧烈的，很敏感的，各个阶段都对应于不同的性能。本节以Al-4%Cu合金的脱溶为例来进行讨论。一、Al－Cu合金的脱溶1.Al－Cu合金的脱溶相Al－4％Cu合金从过饱和α相中脱溶的贯序应为：G.P区→→→θ。Al-Cu相图左下角Cu在α-Al中的固溶度在共晶温度(548℃)时，Cu在α-Al中的最大固溶度约为5.65％，随着温度下降，固溶度

2、急剧降低，例如，500℃时约为4.05%;400℃时约为1.40％；300℃时约为0.45%；达到室温后则不足0.1％。新相颗粒的溶解度Thomson－Freundlich方程指出，新相颗粒的半径愈小，对溶剂的溶解度就愈大。不同半径（r∞＞r1＞r２＞r3）的β颗粒在α固溶体中的饱和度Al－Cu合金平衡相图的一角及过渡相和G.P区在α相中的溶解度曲线4％的合金在200℃，θ、、都达到过饱和，可析出。只有G.P区尚未达到饱和。G.P区颗粒太小，不能析出。选取合金A1-4%Cu加热到α区（例如520℃）使Cu完全

3、固溶于α相中，并使其均匀化，然后分别以不同的速度进行冷却，则α相中的固溶Cu将进行不同形式的脱溶。（1）平衡脱溶，局部脱溶。很缓慢地接近平衡的冷却，当冷至约500℃时，α便由未饱和态达到饱和态了，温度再略为下降，即进人到过饱和状态，如条件允许，跟着就应该不断地发生θ的生核和成长过程，同时，α的浓度将沿着固溶度线而逐步降低，至常温时，合金将由成分＜0.1％Cu的α与成分约为53.25％Cu的θ所组成。金相组织一般来说，在这种条件下，只能进行所谓局部脱溶，θ优先沿α的晶界生核和长大，最后形成θ沿晶界分布的网状组织

4、。平衡组织：α＜0.1％Cu＋θ53.25％Cu（2）固溶处理当冷却较快时，α将会由饱和进而达到过饱和，而且冷却越快，α达到的过饱和度就会越大。当冷却很快时，例如在水中激冷，可以将过饱和的α相一直保持到室温，并且在相当长的时间内，不会发生脱溶。如果将合金再放人干冰中，使其保持在一78℃，便几乎可以永远不再发生脱溶了。4％Cu过饱和α相、过渡相、平衡相4％Cu过饱和固溶体α相的起始态的晶格常数a=b=c=0.403nm；终了态平衡相θ（Cu-Al2）是正方晶系，a=b=0.606nm，c=0.487nm。GP区

5、、、代表脱溶的过渡相。随脱溶条件或合金成分的不同，α既可直接析出θ，也可以经过一个、两个或三个过渡阶段，再转化为θ。同时，脱溶过程也可停留在任何过渡阶段。2.G.P区的形成在AI－Cu合金中，G.P区代表Cu原子的偏聚区，为纪念Gunier及Preston的工作而得名。但现在这个词已成通用名词了，可用来泛指任何固溶体中的溶质原子偏聚区。G.P区大多在过饱和度较大或过冷度较大的条件下形成，例如，将Al-Cu合金由α区固溶后，在室温放置。或适当加热并保温，经过一定时间后，即可形成。G.P区是超显微结构G.P区属于

6、超显微领域，用光学显微镜无法观察。但是由于垂直G.P区方向上共格错排畸变，引起电子衍射强度的局部变化，故在电镜下有衬度变化，其形态如图所示。Al-4%Cu合金中的GP区形貌G.P区的形态G.P区的厚度随着时间和温度的变化很小。其直径随着时间的延长长大也是很小的，但是却随着温度的提高而明显增大，从室温到150℃，直径由5nm左右增大到50nm左右。G.P区是和母相完全共格的富Cu区，它呈盘状，盘面垂直于基体低弹性模量方向，也即方向。如图所示。这些盘状产物大约2个原子层厚，直径10nm,相互之间的距离约10nm.

7、G.P区的畸变Cu原子半径为0.128nm，Al原子半径为0.14319nm，显然，Cu原子半径比Al原子半径小，二者相差约10％。因此，可见图中Cu原子层周围晶格产生收缩畸变。假如，Cu原子在上偏聚，则在G.P区的上方、下方，紧相邻的第一排α－Al的原子面向G.P区方向收缩。造成弹性张应力。在G.P区片的周边则形成一个环状的弹性压应力区。溶质原子与空位的复合体试验表明，在GP区周界还吸附着相当数量的空位，即过饱和空位，受Cu原子的吸引而形成的一种溶质原子与空位的复合体。这些空位是由于淬火而冻结下来的超额空位

8、。空位在脱溶过程中有促进作用。GP区的分布，数量GP区大多是比较均匀地弥散分布在α基体中，平均来说，在单位体积的α中，可形成高达1018个GP区，即其密度可达到1018／厘米3。当在不同温度进行人工时效时，GP区的尺寸和密度都会随之而发生变化。一般来说，时效温度升高，GP区的尺寸会增大些，而其密度将减少。空位密度的影响GP区的大小和密度受淬火温度的高低和淬火速度的快慢等因素的影响，这些因素是通过改变