合金的脱溶沉淀与时效.pptVIP

* 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，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 知识扩散 长程扩散 分布在晶界上，胞状结构 分散于晶粒内部，较均匀 再结晶 不伴生再结晶 非连续脱溶 连续脱溶 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。