CH9合金的脱溶沉淀与时效PPT(10级).ppt

第九章 合金的脱溶沉淀与时效 本章内容 1. 有色金属及合金热处理的类型，固溶处理、时效、时效硬 化、脱溶的基本概念。 2. 合金的脱溶过程和脱溶物的结构。 3. 合金过饱和固溶体脱溶转变的热力学和动力学。 4. 合金过饱和固溶体脱溶后的组织。 5. 合金过饱和固溶体脱溶转变时的性能变化。 6. 合金时效时产物的强化机制。 7. 合金时效应用举例。 本章要求 1. 概述：有色合金的强化，有色合金热处理的作用，有色合金热处理的类型。 2.固溶处理、时效、时效硬化、脱溶的概念。有色合金(以Al-Cu合金为例)的时效过程和脱溶物的结构。 3. 合金过饱和固溶体脱溶转变的热力学。 4. 合金过饱和固溶体脱溶转变的动力学及其影响因素。 5. 合金过饱和固溶体脱溶的类型及对组织的影响。 6. 合金过饱和固溶体脱溶转变时性能变化的规律及影响因素。 7. 合金时效时过饱和固溶体的分解机制。 8. 合金时效时产物的强化机制。 9. 时效合金的回归现象。 10. 合金元素对时效过程的影响。 概 述 一、提高有色合金的途径 金属材料多为晶体材料，其强化思想一般分为两种： 尽可能减少晶体中的可动位错，抑制位错源的开动，从而使金属材料接近金属晶体的理论理度。 大大增加晶体缺陷密度，在金属中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍。通常采用的合金化强化、加工硬化和热处理强化就是主要的工艺手段。 金属材料的强化机制的基本出发点是抑制位错源的开动，设法增大金属中位错滑动的阻力，阻碍位错运动。阻碍位错运动的根本原因，是晶体中的点阵缺陷。即位错以各种形式与各种点阵缺陷交互作用，而使位错运动受到阻碍。 工程中的金属材料具有形式复杂多样的组织状态，其基本组成部分为基体、界面和第二相。各部分都能以不同的形式阻碍位错的运动。 目前工业上主要采用强化方法： 固溶强化 细晶强化 第二相强化（沉淀强化或时效强化、弥散强化） 位错强化（形变强化、淬火等）。 其中固溶处理+时效处理是有色金属材料的最重要的强化处理手段。 （一）固溶强化 纯金属变为固溶体后，其强度和硬度将升高而塑性将降低，这个现象称为固溶强化。 固溶强化主要是通过两个方面表现出来： 溶质原子与位错的弹性相互作用。 强化机制为：由于溶质原子与基体金属原子大小不同，因而使基体的晶格发生畸变，造成一个弹性应力场。该应力场与位错本身的弹性应力场交互作用，增大了位错运动的阻力，从而导致强化。 弹性交互作用是溶质原子造成的点阵畸变引起的。溶质浓度越高，点阵畸变越大，强化效果越显著。因而，固溶体强度随溶质浓度而增高。 间隙溶质原子的强化效应远比置换式溶质原子强烈，其强化作用约相差10-100倍。 溶质原子与溶剂原子的化学交互作用。 有些溶质可以降低金属的层错能，这些溶质将在扩展位错的层错区集聚，形成所谓的铃木气团。扩展位错滑动时，层错区将脱离铃木气团，使层错能增高。为了使扩展位错脱离铃木气团的钉扎，必须额外增大外加应力，表现为金属屈服强度提高。 滑动的位错与其他位错交截或进行交滑移时需要束集。由于溶质使层错能降低，铃木气团将使层错区加宽，从而使束集变得困难，金属强度也会由此而得到提高。 溶质原子通过与位错的电化学交互作用而阻碍位错运动。溶质原子与溶剂原子的价电子差是形成固溶强化的一个原因。溶质原子使其附近区域原子的电子结构发生变化，因此，必然与位错之间存在电子相互作用，从而强化固溶体。 值得注意的是： 合金组元的溶入还将改变基体金属的弹性模量、扩散系数、内聚力和晶体缺陷，使位错线弯曲，从而使位错滑移的阻力增大在合金组元的原子和位错之间产生的电交互作用和化学交互作用，也是固溶强化的原因之一。 一种元素的固溶强化作用有时受溶解度的限制，并且强化效果越大的元素，溶解度往往越小。这是因为固溶强化效果大的元素与溶剂原子的体积差、价电子差，以及其它性能差别也很大，这些正是限制溶解度的因素。因此工业上多采用多元微量合金化方法进行固溶强化。 总之，影响金属固溶强化作用的主要原因是错配度和固溶度两方面，要综合考虑。此外，固溶强化作用愈大，塑性和韧性下降越明显，在固溶强化的同时，还要考虑对塑性和韧性的影响。 如用于铜合金固溶强化的元素主要有锌、铝、锡、镍等，它们在铜中的最大溶解度均大于9.4%。 固溶强化遵循下列规律： 第一，对同一合金系，固溶体浓度越大，则强化效果越好。 第二，合金组元与基体金属的原子尺寸差异对固溶强化效果起主要作用原子尺寸差异越大，则替代固溶体的强化效果越好。此外，电化学性能的差异和弹性模量的差异对固溶强化