材料热处理第8章 合金脱溶沉淀与时效.ppt

8.3 时效后的显微组织 1）连续析出及其显微组织 2）非连续析出及其显微组织 3）时效过程中的微观组织变化 ? 1）连续析出及其显微组织 在脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度变化为连续。 均匀脱溶：析出物均匀分布在基体中的连续脱溶。 实际上均匀脱溶很少。 非均匀脱溶 ：析出物优先在晶界、亚晶界、滑移面、孪晶界面、位错及其它缺陷处。 优先发生于晶体缺陷处的析出称为局部析出。 有些时效型合金，在发生晶界析出的同时，还会在晶界附近形成一个无析出区。 特征：原子长程扩散 无析出区 ?? 脱溶沉淀时在母相晶粒边界常存在无析出区，既不形成G.P区，也不析出亚稳相及稳定相，一般认为，无析出区将使性能变坏。 ?? 原因：该区域内空位密度低，使溶质原子扩散困难，故G.P区、亚稳中间相难以析出。（空位浓度低是由于淬火冷却时靠近晶界的空位扩散到晶界消失所致）。 解决办法: 时效前进行变形来提高空位 ?? 提高淬火时冷却速度，以防止空位向晶界扩散。 Al-Mg-Zn Ti 2）非连续析出及其显微组织 在脱溶过程中，脱溶的两相耦合成长，脱溶物附近基体中的浓度变化为非连续。 特征1：析出相从晶界不均匀形核，然后向晶内扩展 第一步：在过饱和α1相中溶质原子首先在晶界处偏聚，并在晶界处脱溶 析出稳定相β相； 第二步： β相长入母相α0中，并在β相两侧出现原子贫化区α1相 重复第一步和第二步过程。 特征2：析出相呈层片状与相邻贫化区组成类似珠光体团的胞状组织。 特征3：晶界形成胞状物时一般伴随着基体再结晶。 特征4：原子短程扩散 非连续脱溶的机理示意图 说明 非连续析出过程与珠光体转变相似，但二者本质不同。 非连续析出 α0 →α1 +β 是析出强化相，且α0 、α1相结构相同； 珠光体转变 γ → α+ Fe3C 中γ、α相结构不相同。 非连续析出过程与连续析出过程区别： 3）时效过程中的微观组织变化 过饱和固溶体析出产物的显微组织的变化顺序可有三种情况： 1）连续析出加局部析出 2）连续析出加非连续析出 3）仅发生非连续析出。 8.4 合金时效过程中性能的变化 主要讨论硬度和强度在时效过程中的变化 1. 硬度变化 冷时效： 较低温度下进行的时效； 其硬度一开始迅速上升，达到一定值后恒定； 冷时效温度越高，硬度上升愈快，能达到的硬度值越高故可用提高时效温度的办法，缩短时效时间； 冷时效主要形成G.P区 温时效： 较高的时效温度下进行， 有孕育期，然后硬度迅速上升，达到极值后随时间延长而下降。 （过时效） 温时效温度越高，硬度上升速度越快，但能达到的最大硬度值越低，越容易出现过时效。 温时效析出的是过渡相与平衡相。 Al-Cu合金在130oC时效时的硬度和析出相的关系 Al-Cu合金的时效硬化主要依靠形成G.P.区和θ′′相，而其中尤以形成θ′′相的硬化效果最大，出现θ′相后硬度下降。 影响时效硬化的因素： 1）固溶体的贫化 2）基体的回复与再结晶 3）新相的析出 使硬度随时效时间延长而单调下降 使硬度升高 但当析出相与母相共格关系被破环 及析出相粗化后，硬度又将下降。 2. 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。 1）内应变强化 2）切过析出相颗粒强化 3）绕过析出相强化 1）内应变强化 由于析出相点阵结构及点阵常数不同于母相，故析出相周围将产生不均匀畸变区，即形成不均匀应力场。 固溶态强度低于时效态强度的原因 使位错运动受阻，强度、硬度↑ 形成的应力场不能阻止位错运动，强度较低 结论 阻力 阻力和推力相当 位错运动能量变化 成为弯曲位错 各处均处于能谷 基本保持平直， 部分位于能谷 部分位于能峰 位错形态 原子可绕过析出相颗粒 位错不能绕过溶质 位错运动方式 远大于固溶态 小 析出相原子间距 时效态 固溶态 2）切过析出相颗粒强化 ?? 条件：析出相不太硬，并位于滑移面时 ?? 需克服的阻力： 克服析出相造成的应力场； 表面能的增加； 改变了析出相内部两种原子之间的邻近关系 3）绕过析出相强化(弥散强化) 条件：析出相间距足够大，且非常硬 作用形式：外力作用下，位错线将在两颗粒间凸出，绕过颗粒继续向前扩展。在析出相周围留下位错圈。 σ＝2Gb/l σ －位错线前移切应力，G－切变模量， b－柏氏矢量，l－颗粒间距 由上式可见，颗粒间距↑，硬度强度↓，导致过时效 时效过程硬度变化原因 时效初期：G.P.区与母相共格，由内应变强化＋切过强化，硬度↑，当G.P.所占体积份数达平衡时，硬度不变 中期：θ”与母相共格，内应变强化＋切过强化，硬度↑ 后期： θ”的体积份数变为恒定时，粗化使粒子半径增大，位错线能够绕过，硬度↓ 3.回