8-3 过饱和固溶体.ppt

* §8-3 过饱和固溶体的分解 α α+β T T1 T2 wB/% C0 M N 具有脱溶转变的合金相图 脱溶沉淀：由过饱和固溶体析出新相的过程。 条件：固溶体的溶解度随温度的降低发生变化。 方式：平衡析出 时效析出 时效析出 时效处理 固溶处理 人工时效 自然时效 一. 脱溶沉淀过程 Al-Cu合金合金时效图 （a）130℃ （b）190℃ 时效：过饱和固溶体在等温过程中，硬度随等温时间的延长而升高的现象。 以Al-Cu合金为例。 Al-Cu合金相图 非共格 半共格 共格 共格 无明显界面 界面结构 立方点阵CuAl2 平衡相 θ相 立方点阵CuAl2，直径100nm圆盘状 惯习面与位相关系同上。 介稳相 θ’相 立方点阵CuAl2，直径30-150nm，厚度2-10nm。 惯习面：{100}α （001）θ”∥（001）α [101]θ”∥[100]α 介稳相 θ”相 Al〈100〉晶向弹性模量小，Cu偏聚在α相的{100}晶面，直径8nm，厚度0.3-0.6nm。 溶质原子（Cu）的偏聚区 GP区 形 貌 实 质 名称 α0→ α1+GP区→ α2+θ”→ α3+θ’→ α4+θ CuAl2相结构 CuAl2相形貌 （a）GP区 （b）θ” 相 （c） θ’ 相 （d）θ 相 一些合金的脱溶沉淀 二. 沉淀方式 连续沉淀 沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。 特点：（1）生成相与母相结构、点阵常数相近； （2）共格或半共格界面； （3）针状或条状。 连续沉淀 均匀沉淀 局部沉淀：晶界、位错、孪晶界等 2. 不连续沉淀 从过饱和固溶体析出沉淀相和饱和固溶体。 特点：（1）晶界形核； （2）一侧共格或半共格界面，另一侧非共格； （3）胞状。 α α’ α’ α’ β 3. 沉淀过程中显微组织的变化 母相 过饱和固溶体 （1）连续均匀沉淀加局部沉淀 （2）连续沉淀加不均匀沉淀 （3）不连续沉淀 4. 无析出区 固溶处理的过饱和空位在晶界淹没，溶质原子难以扩散，第二相无法析出。 AlGe合金 三. 脱溶沉淀热力学 G G2 G0 G3 G1 A x1 x0 x2 x3 xB A B C 脱溶沉淀热力学图 α β 在一定温度下： α0（x0）→ α1（x1）+ α2（x2） α0（x0） → α1（x1）+ β（x3） ∴ BA段，ΔG0 ∴ AC段，ΔG0 四. 脱溶沉淀动力学 θ” θ′ θ GP T τ 脱溶沉淀动力学图 动力学特点： 1. 曲线呈C型； 2. 存在孕育期； 3. 反映温度、时间对脱溶沉淀过程的影响规律。 五. 调幅分解 (Spinodel) 调幅分解是单相固溶体分解为两相混合物的一种特殊方式，其特殊之点是在这一分解过程中不需要信相的形核。 无限溶解固溶体：如果溶解时为吸热过程，温度较低时，自由能曲线中部有上凸，这时单一的固溶体的自由能不是最低，可以分解为结构相同而成分不同两个相混合物。 相图 分解过程自发加大成分偏离的幅度，所以称为调幅分解。这种分解的过程和所得组织如图所示，调幅分解的组织呈布纹状，非常细小，只能的高倍的电子显微镜下才能观察得到。 调幅分解的热力学条件 G X1 X2 X ΔG1 ΔG2 自由能成分曲线 合金（X1）：ΔG10 合金（X2）：ΔG20 调幅分解的必要条件 2. 调幅分解的必要条件 （1）梯度能：调幅分解时，固溶体中产生尺寸很小的溶质原子贫化区和富化区，随着分解的进行，在贫化区和富化区之间的浓度梯度越来越大，从而影响原子间的化学键，使原子的化学位升高，这部分能量称为梯度能。 （2）弹性应变能：调幅分解时，固溶体的点阵常数随化学成分变化而变化，如果贫化区和富化区保持共格，必然使点阵畸变而引起共格应变能。 梯度能和弹性应变能都是调幅分解的阻力，驱动力必须大于阻力，才能发生调幅分解。 六. 沉淀相粗化 α β β Cr2 Cr1 距离 浓度 沉淀相附近溶质原子浓度分布 吉布斯-汤姆逊(Gibbs-Thompson)方程： 可以看到：界面处母相浓度与曲率半径成反比。 假定： r2r1 则： Cr2Cr1 所以：在浓度梯度的驱使下，溶质原子由沉淀相2向沉淀相1扩散。 扩散的结果破坏了界面浓度平衡。 为了保持平衡，沉淀相2溶解放出溶质原子，沉淀相1长大吸收溶质原子。 结果：小颗粒消失，大颗粒粗化。 七. 沉淀强化机制 1. M