第七章合金的脱溶3案例.ppt

第七章 合金的脱溶沉淀与时效 概念 固溶处理：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的热处理。 时效：合金在脱溶过程中，其机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化。 自然时效：室温下产生的时效。 人工时效：高于室温的时效。 概念 概述 脱溶或沉淀：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。是一种扩散型相变。 基本条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少。 沉淀强(硬)化或时效强(硬)化：若将经过固溶处理后的C0成分合金急冷，抑制α相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和α相固溶体。这种过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶，但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度。 是有色金属和沉淀硬化不锈钢等强化的主要手段。 7.1脱溶过程和脱溶物的结构 以Al-4%Cu合金为例， 室温平衡组织为α相固溶体 + ?相(CuAl2)。 经固溶处理并淬火冷却获得过饱和α相固溶体 130℃时效，其脱溶顺序为: G.P.区→???相→ ??相→ ?相 1. G.P.区的形成及结构 G.P.区：若干原子层范围内的溶质原子聚集区。 Al-Cu合金时效初期， 在母相α固溶体的{100}面上出现一个原子层厚度的Cu原子聚集区，由于与母相保持完全共格关系，Cu原子半径小于Al， Cu原子层边缘的点阵发生畸变，产生应力场，成为时效硬化的主要原因。 以均匀形核方式，在母相晶面上形成的Cu原子富集区，在富集区中Cu原子平均浓度约为90%，富集区的晶体结构与α相的相同（α为fcc结构，晶格常数a＝b＝c＝0.404nm关系。 1. G.P.区的形成及结构 G.P.区特点: ①在过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度很快，均匀形核，均匀分布; ②晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相保持第一类共格关系; ③热力学上亚稳。 1. G.P.区的形成及结构 1. G.P.区的形成及结构 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 G.P.区的形状与溶质和溶剂的原子半径差有关。 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。 当溶质与溶剂的原子半径差3%时析出物呈球状 当原子半径差5%时析出物呈圆盘状。 例1： Al-Cu合金，由于Cu与Al的原子半径差约11.5%，G.P.区呈圆盘状。 例2：AI-Ag和Al-Zn合金中，溶质和溶剂的原子半径差很小， 所以G.P.区呈球状。 1. G.P.区的形成及结构 G.P.区的大小与合金成分、时效温度和时效时间等因素有关。 例如，Al-Cu合金在25℃时效时， G.P.区直径 5nm， 100℃时效时， G.P.区直径为15-20nm， 200℃时效时， G.P.区直径可达80nm。在25 -100℃C时效时， G.P.区的厚度约为0.4nm。 G.P.区的数目比位错数目(密度)要大得多。据此认为， G.P.区的形核主要是依靠浓度起伏的均匀形核，而依靠位错的不均匀形核则不起主要作用。 2. 过渡相的形成及结构 （1）??? 相的形成与结构 当时效时间延长或时效温度提高时，将形成过渡相。 从 G.P.区转变为过渡相的过程可能有两种情况: 一是以G.P.区为基础逐渐演变为过渡相，如AI-Cu合金; 二是与G.P.区无关，过渡相独立地形核长大，如AI-Ag合金。 2. 过渡相的形成及结构 （1）??? 相的形成与结构 AI-Cu合金 随着时效的进行，一般是以G.P.区为基础，沿其直径方向和厚度方向(以厚度方向为主)长大形成过渡相???相。 ???相具有正方点阵，点阵常数为a= b = 4.04?，与母相α相同； c = 7.8?，较α相的两倍(8.08A)略小。 ???相有五层原子面，中央一层为100% Cu原子层，最上和最下的两层为100%Al原子层，而中央一层与最上、最下两层之间的两个夹层则由Cu和M原子混合至成(Cu约为20 -25%)，总成分相当于CuAl2。 ???相与基体α相仍保持完全共格关系。 ???相仍为薄片状，片的厚度约0.8-2nm，直径约14-15nm。 随着???相的长大，在其周围基体中产生的应力和应变也不断地增大。 2.过渡相的形成及结构 （2）?? 相的形成与结构 AI-Cu合金 随着时效过程的进展，片状???相周围的共格关系部分遭到破坏， ??? 相转变为新的过渡相??相。 ??相也具有正方点阵，点阵常数为a=b=4.04?, c =5.8?。 ??相的成分与CuAl2相当。 ??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