11.1-2 脱溶、热力学、动力学.ppt

第三篇 材料固态相变原理 第十一章 脱溶沉淀型转变 11.1 脱溶沉淀与时效 图11.1 固溶处理与时效处理的工艺过程示意图 11.1.1 脱溶过程和脱溶物的结构 过渡相 脱溶过程和脱溶物的结构 1．G.P.区的形成及其结构 G.P.区的特点 图8.4 第一类共格界面(a)和第二类共格界面(b) 图11.2 Al-Cu系合金中的G.P.区(a)及其结构模型(b) 弹性应变能的影响因素 图8.5 新相形状与相对应变能的关系 2．过渡相的形成及其结构 3．平衡相的形成及其结构 表11.1 几种时效硬化型合金的析出系列 11.1.2 脱溶热力学和动力学 1．脱溶的热力学分析 图11.4 Al-Cu系合金析出过程各个阶段在某一等温温度下的自由能-成分关系曲线示意图 2．脱溶动力学及其影响因素 图11.5 等温脱溶C曲线示意图 2）影响脱溶动力学的因素 （1）晶体缺陷的影响 （2）合金成分的影响 （3）时效温度的影响 θ′相的点阵虽然与基体α相不同，但彼此之间仍然保持部分共格关系，两点阵各以其{001}面联系在一起，如图11.3所示。 θ′相和α相之间具有下列位向关系 (100)θ′∥(100)α；[001]θ′∥[001]α θ′相与基体α相保持部分共格关系，而θ″相与α相则保持完全共格关系，这是两者的主要区别之一。 图11.3 A1-Cu合金的θ′相(a)以及θ′相 与基体的部分共格关系示意图(b) 在Al-Cu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，弹性应变能也越来越大，因而θ′相逐渐变得不稳定。 当θ′相长大到一定尺寸后将与α相完全脱离，成为独立的平衡相，称为θ相。 θ相也具有正方点阵，点阵常数为a＝b＝6.066?，c＝4.874?，与θ′及θ″相差甚大。 θ相的与基体无共格关系，呈块状。 其它时效硬化型合金也与Al-Cu合金一样，出现中间亚稳的过渡相，但不一定都有上述几个阶段。 表11.1列出了几种时效硬化型合金的析出系列。 →γ(Ag2Al) →θ(CuAl2) →M(MgZn2) →β(Mg2Si) →s(Al2CuMg) →γ(CuBe) →β →θ(Fe3C) →Fe4N →γ(Ni3TiAl) G.P.区(球)→γ′(片) G.P.区(盘)→θ″(盘) →θ′ G.P.区(球)→M′(片) G.P.区(杆)→β′ G.P.区(杆或球)→s′ G.P.区(盘)→ G.P.区(球) ε(η)-碳化物 α″(盘) γ′(立方体) Al－Ag Al－Cu Al－Zn－Mg Al－Mg－Si Al－Mg－Cu Cu－Be Cu－Co Fe－C Fe－N Ni－Cr－Ti－Al 平衡析出相 析出系列 合 金 1．脱溶的热力学分析 2．脱溶动力学及其影响因素 脱溶时的能量变化符合一般的固态相变规律。 脱溶驱动力是新相（α(C1)+β）和母相α(C0)的化学自由能差， 脱溶阻力是形成脱溶相的界面能和应变能。 Al-Cu合金在某一温度下脱溶时各个阶段的化学自由能－成分关系如图11.4所示 。 C0成分合金形成G.P.区时，可用公切线法确定基体和脱溶相的成分分别为Cα1和CG.P.； a代表C0成分母相的自由能 G.P.区相变驱动力： △G1＝a-b α G.P. 母相α(C0) 新相α(C1)+β C0 Cα1 CG.P. 成分, Cu% 自由能 a b b代表Cα1和CG.P.两相共存的自由能 G.P.区： △G1＝a-b θ″相： △G2＝a-c θ′相： △G3＝a-d θ相： △G4＝a-e △G1＜△G2＜△G3＜△G4 (CG.P. Cθ″ Cθ′ Cθ′) 即 形成G.P.区时的相变驱动力最小 析出平衡相时的相变驱动力最大 同理，形成θ″相时，分别为Gα2和Cθ″ 形成θ′相时，分别为Cα3和Cθ′ 形成θ相时，分别为Gα4和Cθ 各公切线与过C0的垂线的交点b、c、d和e分别代表C0成分母相α中形成G.P.区、θ″相、θ′相和θ相时两相的系统自由能。 采用图解法可求得相变驱动力分别为： G.P.区： △G1＝a-b θ″相： △G2＝a-c θ′相： △G3＝a-d θ相： △G4＝a-e 由图可见，△G1＜△G2＜△G3＜△G4， 即 形成G.P.区时的相变驱动力最小 析出平衡相时