第七章合金的脱溶沉淀与时效

1. 第七章合金的脱溶沉淀与时效

2. §7.1 脱溶过程和脱溶物的结构 一、对比钢的淬火+回火后HRC变化曲线和Al-Cu合金的时效强化曲线

3. 二、名词解释 1. 固溶：将某一成分的合金加热到单相区（α相），经足够时间保温，使合金元素（溶质元素）充分溶解入固溶体中，然后予以速冷，以抑制这些元素重新析出，致室温下获得一个过饱和固溶体。 2. 脱溶析出：从过饱和固溶体中析出（沉淀相）或形成溶质原子聚集区及亚稳定相的过程，称为脱溶析出或沉淀，是溶解的逆过程。 3. 时效：合金在脱溶过程中，其力学、物理、化学性能均随之发生变化的现象。 4.时效硬化（沉淀强化）：时效析出过程中，合金中的强度、硬度逐渐升高的过程。

4. 三．时效析出过程与亚稳定平衡相图 过饱和固溶体→α过+溶质原子聚集区→α过+亚稳相→α+平衡相 典型：Al-Cu合金（4%Cu） 过饱和固溶体→α过+GP区→α过+θ"相→α过+θ´相→α+θ（Cu Al2）

5. 四、过渡相、平衡相的形成及其结构 1.G·P区的形成及其结构：Cu原子要Al基固溶体{100}面上偏聚。结构：与α基体相同，与基体共格―引起畸变，强化 。形状：小圆片状 2θ“的形成与结构：结构：正方点阵，a=b=4.04 Å ,c=7.68 Å，与基体共格，形态：小圆片状，直径140~150Å，厚度8~20Å 3.θ´相形成与结构：结构：正方点阵，a=b=4.04Å ,c=5.80Å，半共格。形态：圆片状，直径100~600Å，厚度100~150Å，光学显微镜下可见。 4.平衡相形成：θ´相继续长大，其周围基体中的应力、应变增大，应变能增大，弹性应变能越来越大，共格关系破坏（为降低应变能），完全从α相中脱溶，形成平衡相θ。结构：正方点阵，a=b=6.07Å ,c=4.87Å， 和基体是非共格关系。形状：块状，光学显微镜下可见

6. §7.2 脱溶的热力学和动力学 一、脱溶的热力学 • 从相变驱动力大小来看应形成θ相，为什么形成GP区？ • 因为形成GP区相变阻力小（因为界面能小），浓差小，易形核。

7. 二．脱溶动力学及影响因素（一）动力学特点 • 具有C曲线的形式 • 形成GP区、过渡相、平衡相需要孕育期； • 温度越高，过饱和度下降； • 例：T1温度：GP区→β´→β • T2温度：β´→ β • T3温度：β

8. （二）影响脱溶动力学因素 1.晶体缺陷：空位、位错、层错、晶界 2. 合金成分影响： （1）相同温度下时效，合金熔点越低，脱溶速度越快 （2）溶质浓度的影响 （3）微量元素 3.固溶处理工艺的影响：温度、时间、冷速

9. §7.3 脱溶后的显微组织 一、连续脱溶及其显微组织 二、非连续脱溶及其显微组织

10. §7.4合金时效时的性能变化 1.硬度变化 2.时效硬度变化因素 （1）时效过程中固溶体脱溶，过饱和度下降，固溶强化降低； （2）基体发生回复与再结晶； （3）新相的析出。

11. 二．时效硬化机制 1.内应变强化 2. 位错切过析出相 位错切过析出相要消耗的能量： • 粒子与基体错配度引起的应力场； • 位错切过粒子的，粒子被滑移成两部分，增加表面能； • 位错切过粒子时，改变了溶质与溶剂的相邻关系，产生化学硬化。 • 所以能量增加，引起强化。

12. 3.位错绕过析出相 位错绕过析出相所需的切应力： 其中：G：切变模量；b:柏氏矢量；L：相邻析出相颗粒间距 L越小，所需切应力越大，所以随时效时间延长，析出相聚集长大，硬度下降。

13. 三、回归现象 许多时效 硬化合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线以下某一温度加热，时效强化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶状态，这种现象称为回归。合金回归以后，再次进行时效仍可重新发生时效，但时效速度下降，其余变化不大。

14. 四．影响时效强化效果的因素 1.化学成分 （1）能否形成固溶体：如Fe、Ni基本不溶于固态铝，不能时效强化； （2）固溶浓度随温度变化程度 （3）析出相结构 （4）淬火空位 2.固溶工艺：温度、时间、冷速 3.时效工艺：温度、时间、时效方式

15. §7.5铁基合金的脱溶与时效 一．马氏体时效钢的脱溶及性能变化 1.马氏体时效钢：C%<0.03%，18%Ni，20%Ni，25% Ni，因碳极低，所以为铁基合金。 特点：淬透性极高，空冷或炉冷均可得到板条马氏体。 强度、硬度较低（HRC30，因C量低），成型性能好。 时效强化效应，时效后屈服强度为：1400~3500MPa. 二．铁基合金中的淬火时效 1.铁素体中合金K脱溶 2.奥氏体钢淬火时效现象

16. §7.6合金的调幅分解 调幅分解定义：由过饱和固溶体分解产生两种结构相同，成分不同的固溶体（但一个为溶质富化，一个为溶质贫化），这种分解按扩散---偏聚机构进行的固态相变。 一．热力学条件 成分在拐点之间的合金（G-C曲线下凹） 换句话：只有在的范围内的合金才能进行调幅分解，即RKV范围内。

19. 二．调幅分解过程 是纯扩散过程，一般脱溶分解是下坡扩散，即高浓度向低浓度扩散，而调幅分解是上坡扩散，低浓度向高浓度扩散。 三．组织、结构、性能 1.结构特点：分解产物与母相晶体结构相同，仅成分不同，故新相与母相始终保持共格关系。 2.组织特点：因新相与母相在分解过程中，始终保持共格关系，必然产生应力场，应变能增加。 （1）择优取向析出 (2)弥散度大

20. 3.性能特点 （1）提高磁性能：因为组织具有方向性，且产物为两相，它们就相当于一个个单磁畴，在外磁场作用下，发生转动，转动至与外磁场方向一致时，就使合金的硬磁性增大。 （2）较高强度：因组织细小弥散

21. 4.调幅分解与脱溶分解的区别 （1）调幅分解不需要成核，不需要热激活，不需克服势垒，一旦分解发生系统自由能连续下降 ，所以分解是自发过程。 （2）上坡扩散，而脱溶下坡扩散。 （3）新相与母相始终保持共格关系，新相与母相结构相同，成分不同。脱溶分解过程共格关系会逐渐被破坏，新相与母相成分、结构不同。