CH9 合金的脫溶沉淀與時效PPT(10級)

1、授課 朱世杰2021-12-161授課 朱世杰2021-12-162 1. 有色金屬及合金熱處理的類型，固溶處理、時效、時效硬有色金屬及合金熱處理的類型，固溶處理、時效、時效硬 化、脫溶的基本概念?；⒚撊艿幕靖拍?。 2. 合金的脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。合金的脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。 3. 合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學和動力學。合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學和動力學。 4. 合金過飽和固溶體脫溶后的組織。合金過飽和固溶體脫溶后的組織。 5. 合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時的性能變化。合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時的性能變化。 6. 合金時效時產(chǎn)物的強化機制。合金時效時產(chǎn)物的強化機制。 7. 合

2、金時效應(yīng)用舉例。合金時效應(yīng)用舉例。授課 朱世杰2021-12-1631. 概述：有色合金的強化，有色合金熱處理的作用，有色合金熱處理概述：有色合金的強化，有色合金熱處理的作用，有色合金熱處理的類型。的類型。2.固溶處理、時效、時效硬化、脫溶的概念。有色合金固溶處理、時效、時效硬化、脫溶的概念。有色合金(以以Al-Cu合金為合金為例例)的時效過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。的時效過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。3. 合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學。合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學。4. 合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的動力學及其影響因素。合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的動力學及其影響因素。5. 合金過飽和固溶體脫溶的類型及對組織

3、的影響。合金過飽和固溶體脫溶的類型及對組織的影響。6. 合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時性能變化的規(guī)律及影響因素。合金過飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時性能變化的規(guī)律及影響因素。7. 合金時效時過飽和固溶體的分解機制。合金時效時過飽和固溶體的分解機制。8. 合金時效時產(chǎn)物的強化機制。合金時效時產(chǎn)物的強化機制。 9. 時效合金的回歸現(xiàn)象。時效合金的回歸現(xiàn)象。10. 合金元素對時效過程的影響。合金元素對時效過程的影響。授課 朱世杰2021-12-164 金屬分為金屬分為黑色金屬黑色金屬和和有色金屬有色金屬兩大類。兩大類。黑色金屬包括鐵、鉻、錳，工業(yè)中主要是黑色金屬包括鐵、鉻、錳，工業(yè)中主要是指鋼鐵材料。而黑色金屬以

4、外的所有金屬指鋼鐵材料。而黑色金屬以外的所有金屬則為有色金屬材料。有色金屬的種類很多，則為有色金屬材料。有色金屬的種類很多，但工業(yè)上應(yīng)用較多的有色金屬材料主要有但工業(yè)上應(yīng)用較多的有色金屬材料主要有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、鈦及鈦合金、鉛、鋅等。鈦及鈦合金、鉛、鋅等。 有色金屬的強度一般較低。設(shè)法有色金屬的強度一般較低。設(shè)法提高提高有色金屬的強度有色金屬的強度一直是有色冶金工作者的一直是有色冶金工作者的一個重要課題。一個重要課題。待待處理的有色金屬鑄件處理的有色金屬鑄件授課 朱世杰2021-12-165 金屬材料多為晶體材料，其強化思想一般分為兩種：

5、金屬材料多為晶體材料，其強化思想一般分為兩種：l盡可能減少晶體中的可動位錯，抑制位錯源的開動，從而使盡可能減少晶體中的可動位錯，抑制位錯源的開動，從而使金屬材料接近金屬晶體的理論理度。金屬材料接近金屬晶體的理論理度。l大大增加晶體缺陷密度，在金屬中造成盡可能多的阻礙位錯大大增加晶體缺陷密度，在金屬中造成盡可能多的阻礙位錯運動的障礙。通常采用的合金化強化、加工硬化和熱處理強運動的障礙。通常采用的合金化強化、加工硬化和熱處理強化就是主要的工藝手段?；褪侵饕墓に囀侄?。 金屬材料的強化機制的基本出發(fā)點金屬材料的強化機制的基本出發(fā)點是抑制位錯源的開是抑制位錯源的開動，設(shè)法增大金屬中位錯滑動的阻力，阻

6、礙位錯運動。阻礙動，設(shè)法增大金屬中位錯滑動的阻力，阻礙位錯運動。阻礙位錯運動的根本原因，是晶體中的點陣缺陷。即位錯以各種位錯運動的根本原因，是晶體中的點陣缺陷。即位錯以各種形式與各種點陣缺陷交互作用，而使位錯運動受到阻礙。形式與各種點陣缺陷交互作用，而使位錯運動受到阻礙。 工程中的金屬材料具有形式復(fù)雜多樣的組織狀態(tài)，其工程中的金屬材料具有形式復(fù)雜多樣的組織狀態(tài)，其基本組成部分為基體、界面和第二相。各部分都能以不同的基本組成部分為基體、界面和第二相。各部分都能以不同的形式阻礙位錯的運動。形式阻礙位錯的運動。 授課 朱世杰2021-12-166目前工業(yè)上主要采用強化方法：目前工業(yè)上主要采用強化方法

7、：l固溶強化固溶強化l細晶強化細晶強化l第二相強化（沉淀強化或時效強化、彌散強化）第二相強化（沉淀強化或時效強化、彌散強化）l位錯強化（形變強化、淬火等）。位錯強化（形變強化、淬火等）。 其中其中固溶處理固溶處理+時效處理時效處理是有色金屬材料的最重要的強化處是有色金屬材料的最重要的強化處理手段。理手段。授課 朱世杰2021-12-167 純金屬變?yōu)楣倘荏w后，其強度和硬度將升高而塑性將降低，純金屬變?yōu)楣倘荏w后，其強度和硬度將升高而塑性將降低，這個現(xiàn)象稱為這個現(xiàn)象稱為固溶強化固溶強化。 固溶強化主要是通過兩個方面表現(xiàn)出來：固溶強化主要是通過兩個方面表現(xiàn)出來： 強化機制為：由于溶質(zhì)原子與基體金屬原

8、子大小不同，因強化機制為：由于溶質(zhì)原子與基體金屬原子大小不同，因而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個彈性應(yīng)力場。該應(yīng)力場與而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個彈性應(yīng)力場。該應(yīng)力場與位錯本身的彈性應(yīng)力場交互作用，增大了位錯運動的阻力，從位錯本身的彈性應(yīng)力場交互作用，增大了位錯運動的阻力，從而導(dǎo)致強化。而導(dǎo)致強化。 彈性交互作用是溶質(zhì)原子造成的點陣畸變引起的。溶質(zhì)濃彈性交互作用是溶質(zhì)原子造成的點陣畸變引起的。溶質(zhì)濃度越高，點陣畸變越大，強化效果越顯著。因而，固溶體強度度越高，點陣畸變越大，強化效果越顯著。因而，固溶體強度隨溶質(zhì)濃度而增高。隨溶質(zhì)濃度而增高。 間隙溶質(zhì)原子的強化效應(yīng)遠比置換式溶質(zhì)原子強烈，其

9、強間隙溶質(zhì)原子的強化效應(yīng)遠比置換式溶質(zhì)原子強烈，其強化作用約相差化作用約相差10-10010-100倍。倍。授課 朱世杰2021-12-168 有些溶質(zhì)可以降低金屬的層錯能，這些溶質(zhì)將在擴展位錯有些溶質(zhì)可以降低金屬的層錯能，這些溶質(zhì)將在擴展位錯的層錯區(qū)集聚，形成所謂的鈴木氣團。擴展位錯滑動時，層錯的層錯區(qū)集聚，形成所謂的鈴木氣團。擴展位錯滑動時，層錯區(qū)將脫離鈴木氣團，使層錯能增高。為了使擴展位錯脫離鈴木區(qū)將脫離鈴木氣團，使層錯能增高。為了使擴展位錯脫離鈴木氣團的釘扎，必須額外增大外加應(yīng)力，表現(xiàn)為金屬屈服強度提氣團的釘扎，必須額外增大外加應(yīng)力，表現(xiàn)為金屬屈服強度提高。高。 滑動的位錯與其他位錯交

10、截或進行交滑移時需要束集。由滑動的位錯與其他位錯交截或進行交滑移時需要束集。由于溶質(zhì)使層錯能降低，鈴木氣團將使層錯區(qū)加寬，從而使束集于溶質(zhì)使層錯能降低，鈴木氣團將使層錯區(qū)加寬，從而使束集變得困難，金屬強度也會由此而得到提高。變得困難，金屬強度也會由此而得到提高。 溶質(zhì)原子通過與位錯的電化學交互作用而阻礙位錯運動。溶質(zhì)原子通過與位錯的電化學交互作用而阻礙位錯運動。溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子差是形成固溶強化的一個原因。溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子差是形成固溶強化的一個原因。溶質(zhì)原子使其附近區(qū)域原子的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此，必然溶質(zhì)原子使其附近區(qū)域原子的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此，必然與位錯之間存在電子相

11、互作用，從而強化固溶體。與位錯之間存在電子相互作用，從而強化固溶體。 授課 朱世杰2021-12-169 合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴散系數(shù)、內(nèi)聚力合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴散系數(shù)、內(nèi)聚力和晶體缺陷，使位錯線彎曲，從而使位錯滑移的阻力增大在合金組和晶體缺陷，使位錯線彎曲，從而使位錯滑移的阻力增大在合金組元的原子和位錯之間元的原子和位錯之間產(chǎn)生的電交互作用產(chǎn)生的電交互作用和和化學交互作用化學交互作用，也是固溶，也是固溶強化的原因之一。強化的原因之一。 一種元素的固溶強化作用有時受溶解度的限制，并且強化效果越大一種元素的固溶強化作用有時受溶解度的限制，并且強化效果

12、越大的元素，溶解度往往越小。這是因為固溶強化效果大的元素與溶劑的元素，溶解度往往越小。這是因為固溶強化效果大的元素與溶劑原子的體積差、價電子差，以及其它性能差別也很大，這些正是限原子的體積差、價電子差，以及其它性能差別也很大，這些正是限制溶解度的因素。因此工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進行固溶制溶解度的因素。因此工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進行固溶強化。強化。 總之，總之，影響金屬固溶強化作用的主要原因是錯配度和固溶度兩方面，影響金屬固溶強化作用的主要原因是錯配度和固溶度兩方面，要綜合考慮。要綜合考慮。此外，固溶強化作用愈大，塑性和韌性下降越明顯，此外，固溶強化作用愈大，塑性和韌性下降越明顯

13、，在固溶強化的同時，還要考慮對塑性和韌性的影響。在固溶強化的同時，還要考慮對塑性和韌性的影響。 如用于銅合金固溶強化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，它們在如用于銅合金固溶強化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，它們在銅中的最大溶解度均大于銅中的最大溶解度均大于9.4%9.4%。授課 朱世杰2021-12-1610固溶強化遵循下列規(guī)律固溶強化遵循下列規(guī)律：l 第一，對同一合金系，固溶體濃度越大，則強化效果越第一，對同一合金系，固溶體濃度越大，則強化效果越好。好。l 第二，合金組元與基體金屬的原子尺寸差異對固溶強化第二，合金組元與基體金屬的原子尺寸差異對固溶強化效果起主要作用原子尺寸差異越大，則替代固溶體

14、的強化效效果起主要作用原子尺寸差異越大，則替代固溶體的強化效果越好。此外，電化學性能的差異和彈性模量的差異對固溶果越好。此外，電化學性能的差異和彈性模量的差異對固溶強化效果也有一定影響。強化效果也有一定影響。l 第三，對同一種固溶體，強度隨濃度增加呈曲線關(guān)系升第三，對同一種固溶體，強度隨濃度增加呈曲線關(guān)系升高。高。 l 第四，第四，工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進行固溶強化。工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進行固溶強化。授課 朱世杰2021-12-1611 晶界因其特殊的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出特殊的性能，當晶粒變形時位錯晶界因其特殊的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出特殊的性能，當晶粒變形時位錯不能穿越晶界層，晶界成為位錯運動

15、的障礙，進而阻礙了材料變形不能穿越晶界層，晶界成為位錯運動的障礙，進而阻礙了材料變形的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。 晶界強化機制是：多晶體中各個晶粒塑性變形開始的先后不同。晶界強化機制是：多晶體中各個晶粒塑性變形開始的先后不同。由于晶界的存在，引起在晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和塑性變形不由于晶界的存在，引起在晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和塑性變形不協(xié)調(diào)，進而在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒在晶界處的連續(xù)協(xié)調(diào)，進而在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒在晶界處的連續(xù)性。導(dǎo)致晶界附近引起二次滑移，使位錯迅速增殖，形成加工硬化性。導(dǎo)致晶界附近引起二次滑移，使位錯迅速增殖，形成加工硬化微區(qū)，阻礙位錯運動。此外由于晶界存在，

16、使滑移位錯難以直接穿微區(qū)，阻礙位錯運動。此外由于晶界存在，使滑移位錯難以直接穿越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯的運動。越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯的運動。 總之，由于晶界的存在而使位錯運動受阻，從而使金屬強化。總之，由于晶界的存在而使位錯運動受阻，從而使金屬強化。晶界強化的出發(fā)點是增加晶界以阻礙位錯運動。金屬晶粒越細，晶晶界強化的出發(fā)點是增加晶界以阻礙位錯運動。金屬晶粒越細，晶界越多，阻礙位錯運動的作用越大，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶界越多，阻礙位錯運動的作用越大，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高，表現(xiàn)為強化效果越好。粒越多，金屬塑性變形

17、的抗力越高，表現(xiàn)為強化效果越好。 授課 朱世杰2021-12-1612 晶粒大小與金屬屈服強度的定量關(guān)系晶粒大小與金屬屈服強度的定量關(guān)系，即著名的霍爾，即著名的霍爾-配配奇奇(Hall-Petch)公式。該公式描述了晶界強化的基本規(guī)律，其公式。該公式描述了晶界強化的基本規(guī)律，其形式為形式為 式中式中 s屈服強度；屈服強度； 0單晶體中位錯運動的摩擦阻力單晶體中位錯運動的摩擦阻力(派納派納力力)；d-晶粒直徑。晶粒直徑。 Hall-Petch公式實質(zhì)上表示了晶界給多晶體塑性變形所帶公式實質(zhì)上表示了晶界給多晶體塑性變形所帶來的阻力，克服這種阻力依靠晶體內(nèi)部位錯塞積群所形成的來的阻力，克服這種阻力依

18、靠晶體內(nèi)部位錯塞積群所形成的應(yīng)力集中效應(yīng)。應(yīng)力集中效應(yīng)。 細化晶粒不但是重要的強化機制，還是理想的韌化方法。細化晶粒不但是重要的強化機制，還是理想的韌化方法。因此因此工業(yè)生產(chǎn)中常常采用控制鑄造、軋制及熱處理工藝細化工業(yè)生產(chǎn)中常常采用控制鑄造、軋制及熱處理工藝細化晶粒，以達到強化金屬材料的目的晶粒，以達到強化金屬材料的目的。210dKss授課 朱世杰2021-12-1613 細晶強化是通過向合金中細晶強化是通過向合金中加入微量合金元素加入微量合金元素，或，或改變加工工藝改變加工工藝及及熱處理工藝熱處理工藝，使合金基體及沉淀相和過剩相細化，既提高合金的，使合金基體及沉淀相和過剩相細化，既提高合金的

19、強度，還會改善合金的塑性和韌性。強度，還會改善合金的塑性和韌性。 如在變形鋁合金結(jié)晶過程中，若采取一些強冷措施，如在連續(xù)如在變形鋁合金結(jié)晶過程中，若采取一些強冷措施，如在連續(xù)澆注鑄錠時向結(jié)晶器中通水冷卻、向熱的鑄錠上多次噴水激冷等，澆注鑄錠時向結(jié)晶器中通水冷卻、向熱的鑄錠上多次噴水激冷等，可以提高鑄造的冷卻速度，增大結(jié)晶的過冷度，結(jié)晶時一般不會開可以提高鑄造的冷卻速度，增大結(jié)晶的過冷度，結(jié)晶時一般不會開裂，但可以有效的細化晶粒，改善合金的性能。裂，但可以有效的細化晶粒，改善合金的性能。 鑄造鋁合金鑄造鋁合金通過改變鑄造工藝（如變質(zhì)處理）及加入微量元素通過改變鑄造工藝（如變質(zhì)處理）及加入微量元素

20、（如變質(zhì)劑）進行變質(zhì)處理的方法來細化合金組織，提高強度和韌（如變質(zhì)劑）進行變質(zhì)處理的方法來細化合金組織，提高強度和韌性。變質(zhì)處理對不能熱處理或熱處理強化效果不大的鑄造鋁合金和性。變質(zhì)處理對不能熱處理或熱處理強化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。變形鋁合金具有特別重要的意義。 變形鋁合金變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土等元素，它們能形中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土等元素，它們能形成難熔化合物，在合金結(jié)晶時作為非自發(fā)晶核，起細化晶粒作用，成難熔化合物，在合金結(jié)晶時作為非自發(fā)晶核，起細化晶粒作用，提高合金的強度和塑性。提高合金的強度和塑性。授課 朱世杰2021-12-1614

21、目前工業(yè)上使用的合金大都是復(fù)相或多相合金，其顯微組目前工業(yè)上使用的合金大都是復(fù)相或多相合金，其顯微組織為在固溶體基體上分布著第二相織為在固溶體基體上分布著第二相( (過剩相過剩相) )。第二相強化第二相強化亦稱亦稱過剩相強化過剩相強化，一般為強硬脆的金屬間化合物，它們在合金中起，一般為強硬脆的金屬間化合物，它們在合金中起阻礙滑移和位錯運動的作用。阻礙滑移和位錯運動的作用。 第二相強化是指彌散分布于合金基體組織中的第二相粒子第二相強化是指彌散分布于合金基體組織中的第二相粒子可成為阻礙位錯運動的有效障礙，是一種用于強化金屬材料的可成為阻礙位錯運動的有效障礙，是一種用于強化金屬材料的有效方法之一。有

22、效方法之一。 第二相強化的出發(fā)點是利用第二相粒子阻礙位錯運動。第二相強化的出發(fā)點是利用第二相粒子阻礙位錯運動。 第二相強化的機制：運動著的位錯遇到滑移面上的第二相第二相強化的機制：運動著的位錯遇到滑移面上的第二相粒子時，或切過或繞過，使滑移變形繼續(xù)進行。該過程要消耗粒子時，或切過或繞過，使滑移變形繼續(xù)進行。該過程要消耗額外的能量，故需要提高外加應(yīng)力，所以造成強化。額外的能量，故需要提高外加應(yīng)力，所以造成強化。 授課 朱世杰2021-12-1615 根據(jù)強化機理不同，通常將第二相強化進一步分為根據(jù)強化機理不同，通常將第二相強化進一步分為和和兩種，第二相是通過兩種，第二相是通過加入合金元素加入合金

23、元素然后經(jīng)過塑性加工和然后經(jīng)過塑性加工和熱熱處理形成處理形成，也可通過，也可通過粉末冶金等方法粉末冶金等方法獲得。獲得。 ：是指第二相粒子自固溶：是指第二相粒子自固溶體沉淀體沉淀( (或脫溶或脫溶) )而引起的強化效應(yīng)。而引起的強化效應(yīng)。 沉淀強化中第二相粒子可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種沉淀強化中第二相粒子可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強化方式與淬火時效密切相關(guān)。其物理本質(zhì)是沉淀相粒子及其應(yīng)力強化方式與淬火時效密切相關(guān)。其物理本質(zhì)是沉淀相粒子及其應(yīng)力場與位錯發(fā)生交互作用，阻礙位錯運動；同時，由于位錯切過第二場與位錯發(fā)生交互作用，阻礙位錯運動；同時，由于位錯切過第二相，破壞了第二相的結(jié)

24、構(gòu)，增加了新界面，增加了能量的消耗，從相，破壞了第二相的結(jié)構(gòu)，增加了新界面，增加了能量的消耗，從而強化了金屬材料。產(chǎn)生沉淀強化的條件是第二相粒子能在高溫下而強化了金屬材料。產(chǎn)生沉淀強化的條件是第二相粒子能在高溫下溶解，并且其溶解度隨溫度降低而下降。溶解，并且其溶解度隨溫度降低而下降。 一般沉淀強化是多種機制綜合作用的結(jié)果，但常以共格應(yīng)變強一般沉淀強化是多種機制綜合作用的結(jié)果，但常以共格應(yīng)變強化作用為主。因此，峰時效常出現(xiàn)在能使沉淀相粒子與基體共格應(yīng)化作用為主。因此，峰時效常出現(xiàn)在能使沉淀相粒子與基體共格應(yīng)變達到最大程度的時效階段，即沉淀相粒子與基體的關(guān)系由共格到變達到最大程度的時效階段，即沉淀

25、相粒子與基體的關(guān)系由共格到半共格過渡的時效階段。半共格過渡的時效階段。授課 朱世杰2021-12-1616 時效強化時效強化又稱又稱沉淀強化沉淀強化，是有色合金強化的一種重要手段。它，是有色合金強化的一種重要手段。它是通過合金的固溶處理（淬火），獲得單一的過飽和固溶體組織，是通過合金的固溶處理（淬火），獲得單一的過飽和固溶體組織，然后進行時效的熱處理工藝。然后進行時效的熱處理工藝。 過飽和固溶體在室溫放置或加熱到某一溫度時，將在基體中析過飽和固溶體在室溫放置或加熱到某一溫度時，將在基體中析出彌散分布的第二相的過程稱作出彌散分布的第二相的過程稱作時效時效。 時效過程使合金的強度、硬度增高的現(xiàn)象稱

26、為時效過程使合金的強度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時效強化時效強化或或時效時效硬化硬化。時效過程中析出均勻，彌散的共格或半共格的亞穩(wěn)相，在基。時效過程中析出均勻，彌散的共格或半共格的亞穩(wěn)相，在基體中能形成強烈的應(yīng)變場。體中能形成強烈的應(yīng)變場。 通過固溶處理和時效可以將合金的強度提高百分之幾十甚至幾通過固溶處理和時效可以將合金的強度提高百分之幾十甚至幾倍。其原因在于熱處理前后第二相的組織形態(tài)發(fā)生了很大變化，而倍。其原因在于熱處理前后第二相的組織形態(tài)發(fā)生了很大變化，而這些變化均有利于合金強化。這些變化均有利于合金強化。授課 朱世杰2021-12-1617幾種有色合金的熱處理強化效果幾種有色合金的熱處理強化

27、效果合金合金鋁合金鋁合金鎂合金鎂合金鈹青銅鈹青銅牌號牌號2A012A12ZM5QBe2抗拉強度抗拉強度MPa160(退火退火)230(退火退火)180(鑄態(tài)鑄態(tài))180(軟態(tài)軟態(tài))300(淬火自淬火自然時效然時效)440(淬火自淬火自然時效然時效)440(淬火人淬火人工時效工時效)440(淬火人淬火人工時效工時效)授課 朱世杰2021-12-1618 ：是指通過在合金組織中：是指通過在合金組織中引入彌散分布的硬粒子，阻礙位錯運動，導(dǎo)致強化的效應(yīng)。引入彌散分布的硬粒子，阻礙位錯運動，導(dǎo)致強化的效應(yīng)。 彌散強化中第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當彌散強化中第二相粒子不參與變形，與基體有非

28、共格關(guān)系。當位錯遇到第二相粒子時，只能繞過并留下位錯圈。位錯遇到第二相粒子時，只能繞過并留下位錯圈。 其強化機制：位錯不斷繞過硬粒子，在粒子周圍其強化機制：位錯不斷繞過硬粒子，在粒子周圍 積累的位錯圈積累的位錯圈相當于一個位錯塞積群，阻礙后續(xù)位錯靠近；另一方面相鄰粒子間相當于一個位錯塞積群，阻礙后續(xù)位錯靠近；另一方面相鄰粒子間距隨著位錯圈塞積而減小，增大了位錯運動的阻力，進一步使金屬距隨著位錯圈塞積而減小，增大了位錯運動的阻力，進一步使金屬得到強化。得到強化。 通常第二相硬粒子是人為加入的，不溶于基體，本身不變形，通常第二相硬粒子是人為加入的，不溶于基體，本身不變形，位錯難于切過。作為強化相的

29、硬粒子有兩個基本要求，一是其彈性位錯難于切過。作為強化相的硬粒子有兩個基本要求，一是其彈性模量要遠高于基體彈性模量；二是要與基體呈非共格關(guān)系。模量要遠高于基體彈性模量；二是要與基體呈非共格關(guān)系。 此外，從強化機制角度也常把合金過時效或鋼的回火，作為彌此外，從強化機制角度也常把合金過時效或鋼的回火，作為彌散強化的方法看待。這是從實用上把強化相粒子是否與基體具有共散強化的方法看待。這是從實用上把強化相粒子是否與基體具有共格關(guān)系看作區(qū)分彌散強化與沉淀強化的界限。格關(guān)系看作區(qū)分彌散強化與沉淀強化的界限。授課 朱世杰2021-12-1619 第二相的存在一般都使合金的強度升高，其強化效果與第第二相的存在

30、一般都使合金的強度升高，其強化效果與第二相的特性、數(shù)量、大小、形狀和分布均有關(guān)系，還與第二相二相的特性、數(shù)量、大小、形狀和分布均有關(guān)系，還與第二相粒子間距、第二相與基體相的晶體學匹配情況、界面能、界面粒子間距、第二相與基體相的晶體學匹配情況、界面能、界面結(jié)合等狀況有關(guān)，這些因素往往又互相聯(lián)系，互相影響，情況結(jié)合等狀況有關(guān)，這些因素往往又互相聯(lián)系，互相影響，情況十分復(fù)雜。十分復(fù)雜。 注意：注意： 在時效處理時，當?shù)诙喑浞治龀?，?shù)量達到最多，但第二相在時效處理時，當?shù)诙喑浞治龀?，?shù)量達到最多，但第二相粒子還沒有開始長大，此時第二相粒子間距最小，合金強度最粒子還沒有開始長大，此時第二相粒子間距最

31、小，合金強度最高。當?shù)诙嗔Ｗ娱_始長大，且間距也隨之增大，則合金的強高。當?shù)诙嗔Ｗ娱_始長大，且間距也隨之增大，則合金的強度開始降低。度開始降低。 當?shù)诙嗟臄?shù)量一定且分布均勻，對合金有較好的強化作用，當?shù)诙嗟臄?shù)量一定且分布均勻，對合金有較好的強化作用，但會使合金塑性韌性下降；數(shù)量過多還會脆化合金，其強度也但會使合金塑性韌性下降；數(shù)量過多還會脆化合金，其強度也會下降。會下降。授課 朱世杰2021-12-1620 位錯強化也是金屬中常用的一種強化機制，主要著眼于位位錯強化也是金屬中常用的一種強化機制，主要著眼于位錯數(shù)量與組態(tài)對塑變抗力的影響。錯數(shù)量與組態(tài)對塑變抗力的影響。 位錯強化是指用增加位

32、錯密度提高金屬強度的方法。位錯強化是指用增加位錯密度提高金屬強度的方法。 位錯強化的機制位錯強化的機制：提高金屬中位錯密度，使位錯運動時易：提高金屬中位錯密度，使位錯運動時易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯纏結(jié)，造成位錯運動的于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯纏結(jié)，造成位錯運動的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強度。障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強度。 金屬的塑性變形抗力的增加與位錯密度之間有以下關(guān)系：金屬的塑性變形抗力的增加與位錯密度之間有以下關(guān)系： 式中式中G-切變模量，切變模量，b-柏氏矢量，柏氏矢量，-強化系數(shù)強化系數(shù)(約為約為0.5)，-位錯位錯密度。密度

33、。 另外，由于位錯組態(tài)的影響，一般面心立方金屬比體心立另外，由于位錯組態(tài)的影響，一般面心立方金屬比體心立方金屬位錯強化效應(yīng)大。方金屬位錯強化效應(yīng)大。21Gb授課 朱世杰2021-12-1621 添加合金元素應(yīng)著眼于使塑性變形時位錯易于增殖，或易添加合金元素應(yīng)著眼于使塑性變形時位錯易于增殖，或易于分解，提高金屬材料的加工硬化能力。具體途徑如下：于分解，提高金屬材料的加工硬化能力。具體途徑如下：l 細化晶粒細化晶粒。通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)。通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)幾何上需要的位錯，同時還可使晶粒內(nèi)位錯塞積群的數(shù)量誘發(fā)幾何上需要的位錯，同時還可使晶粒內(nèi)位錯塞積群

34、的數(shù)量增多。增多。l 形成第二相粒子形成第二相粒子。當位錯遇到第二相粒子時，希望位錯繞。當位錯遇到第二相粒子時，希望位錯繞過第二相粒子而留下位錯圈，使位錯數(shù)量迅速增多。過第二相粒子而留下位錯圈，使位錯數(shù)量迅速增多。l 促進淬火效應(yīng)促進淬火效應(yīng)。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯型。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯型亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)l 降低層錯能降低層錯能。通過降低層錯能，使位錯易于擴展和形成層。通過降低層錯能，使位錯易于擴展和形成層錯，增加位錯交互作用，防止交叉滑移。錯，增加位錯交互作用，防止交叉滑移。授課 朱世杰2021-12-1622 形變強化形變強化是金屬材料在冷變形過程中強度將逐升高的現(xiàn)

35、象。是金屬材料在冷變形過程中強度將逐升高的現(xiàn)象。 生產(chǎn)金屬材料的主要方法是生產(chǎn)金屬材料的主要方法是塑性加工塑性加工，即在外力作用下使金，即在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形，使其具有預(yù)期的性能、形狀和尺寸。屬材料發(fā)生塑性變形，使其具有預(yù)期的性能、形狀和尺寸。 形變強化的機理形變強化的機理是冷變形后金屬內(nèi)部的錯密度將大大增加，是冷變形后金屬內(nèi)部的錯密度將大大增加，且位錯相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu)且位錯相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu)( (形變亞晶形變亞晶) )，它們不但阻礙位錯，它們不但阻礙位錯的滑移，而且使不能滑移的位錯數(shù)量劇，從而大大增加了位錯滑的滑移，而且使不能滑移的位錯數(shù)量劇，從而大大增加了位錯滑移的

36、難度并使強度提高。移的難度并使強度提高。 對有色合金進行冷塑性變形，利用金屬的加工硬化效應(yīng)提高對有色合金進行冷塑性變形，利用金屬的加工硬化效應(yīng)提高合金強度。形變強化在工業(yè)上具有廣泛的實用價值，幾乎適用于合金強度。形變強化在工業(yè)上具有廣泛的實用價值，幾乎適用于所有的有色金屬材料，并且是純金屬、單相固溶體合金和不能熱所有的有色金屬材料，并且是純金屬、單相固溶體合金和不能熱處理強化的有色合金的主要強化方法。處理強化的有色合金的主要強化方法。授課 朱世杰2021-12-1623 有色金屬及其合金的半成品或制有色金屬及其合金的半成品或制品的生產(chǎn)工藝流程如右圖，可以看出品的生產(chǎn)工藝流程如右圖，可以看出熱處

37、理是有色金屬的重要組成部分，熱處理是有色金屬的重要組成部分，沒有熱處理工序，板帶材的生產(chǎn)就不沒有熱處理工序，板帶材的生產(chǎn)就不能進行能進行 。 有色金屬及其合金的熱處理可依有色金屬及其合金的熱處理可依工藝性能和使用性能的不同而異。主工藝性能和使用性能的不同而異。主要有要有鑄錠的均勻化退火鑄錠的均勻化退火、壓力加工過壓力加工過程中的退火程中的退火（去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退（去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火）、火）、成品的熱處理成品的熱處理（固溶處理及時（固溶處理及時效），效），形變熱處理形變熱處理也有一定的應(yīng)用。也有一定的應(yīng)用。有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程授課 朱世杰2021-12-

38、1624 有色合金的熱處理作用有以下幾有色合金的熱處理作用有以下幾個方面?zhèn)€方面： (1) 改善工藝性能，保證后道工序改善工藝性能，保證后道工序順利進行。如鑄錠的均勻化退火可以順利進行。如鑄錠的均勻化退火可以改善合金成分和組織的均勻性，消除改善合金成分和組織的均勻性，消除內(nèi)應(yīng)力，從而改善熱加工性能。中間內(nèi)應(yīng)力，從而改善熱加工性能。中間退火可以使合金發(fā)生再結(jié)晶，改善合退火可以使合金發(fā)生再結(jié)晶，改善合金的塑性變形能力。金的塑性變形能力。 (2) 提高使用性能，充分發(fā)揮材料提高使用性能，充分發(fā)揮材料的潛力。如鋁合金合金經(jīng)固溶處理及的潛力。如鋁合金合金經(jīng)固溶處理及時效后可以提高合金的強度。時效后可以提高

39、合金的強度。 有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程授課 朱世杰2021-12-1625有色金屬及合金熱處理主要類型有：有色金屬及合金熱處理主要類型有： (一一) 均勻化退火均勻化退火 (二二) 基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火 (三三) 基于固態(tài)相變的退火基于固態(tài)相變的退火 (四四) 形變熱處理形變熱處理 (五五) 固溶處理（淬火）和時效固溶處理（淬火）和時效 授課 朱世杰2021-12-1626 用于消除或減少鑄態(tài)合金非平衡態(tài)的熱處理。其用于消除或減少鑄態(tài)合金非平衡態(tài)的熱處理。其是通是通過高溫長時間加熱以使原子充分擴散，使合金：過高溫長時間加熱以使原子充分擴散

40、，使合金： (1) 充分提高鑄件的力學性能，保證一定的塑性，提高合金充分提高鑄件的力學性能，保證一定的塑性，提高合金抗拉強度和硬度，改善合金的切削加工性能等；抗拉強度和硬度，改善合金的切削加工性能等； (2) 消除由于鑄件壁厚不均勻，快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力；消除由于鑄件壁厚不均勻，快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力； (3) 穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)生體積脹大現(xiàn)象；生體積脹大現(xiàn)象； (4) 改善和消除鑄錠或鑄件在冶金過程中形成的偏析和針狀改善和消除鑄錠或鑄件在冶金過程中形成的偏析和針狀組織，實現(xiàn)合金成分均勻化，改善合金的組織和力學

41、性能；組織，實現(xiàn)合金成分均勻化，改善合金的組織和力學性能； (5) 改善第二相的形狀和分布，提高合金的塑性，改善加工改善第二相的形狀和分布，提高合金的塑性，改善加工性能和使用性能。性能和使用性能。授課 朱世杰2021-12-1627 工業(yè)生產(chǎn)的冷卻條件下，鑄造組織的不平衡特征表現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的冷卻條件下，鑄造組織的不平衡特征表現(xiàn)： 基體固溶體成分不均勻，產(chǎn)生晶內(nèi)偏析或枝晶偏析，組織基體固溶體成分不均勻，產(chǎn)生晶內(nèi)偏析或枝晶偏析，組織上不均勻性增加，其組織呈現(xiàn)樹枝晶狀；上不均勻性增加，其組織呈現(xiàn)樹枝晶狀； 形成偽共晶、離異共晶組織；形成偽共晶、離異共晶組織； 在某些情況下，平衡狀態(tài)為單相成分的合金可能

42、出現(xiàn)非平在某些情況下，平衡狀態(tài)為單相成分的合金可能出現(xiàn)非平衡的第二相，而多相合金過剩相的數(shù)量會增多。衡的第二相，而多相合金過剩相的數(shù)量會增多。 可溶相在基體中的最大固溶度發(fā)生偏移?？焖倌虝r，高可溶相在基體中的最大固溶度發(fā)生偏移?？焖倌虝r，高溫形成的不均勻固溶體，由于合金元素濃度高的部分在冷卻時溫形成的不均勻固溶體，由于合金元素濃度高的部分在冷卻時不能進行充分擴散，來不及從固溶體中平衡析出，則此部分固不能進行充分擴散，來不及從固溶體中平衡析出，則此部分固溶體就會呈飽和狀態(tài)，從而擴大了合金元素的固溶度極限，得溶體就會呈飽和狀態(tài)，從而擴大了合金元素的固溶度極限，得到過飽和狀態(tài)的固溶體。到過飽和狀

43、態(tài)的固溶體。 晶粒間還有氣孔和顯微縮孔、非金屬夾雜，它們都能使晶晶粒間還有氣孔和顯微縮孔、非金屬夾雜，它們都能使晶粒彼此隔絕，從而阻礙擴散過程。粒彼此隔絕，從而阻礙擴散過程。授課 朱世杰2021-12-1628對鑄造狀態(tài)合金的性能的影響，主要表現(xiàn)：對鑄造狀態(tài)合金的性能的影響，主要表現(xiàn)： 若發(fā)生枝晶偏析和組織中出現(xiàn)非平衡脆性相，則合金塑性若發(fā)生枝晶偏析和組織中出現(xiàn)非平衡脆性相，則合金塑性明顯降低，特別在枝晶網(wǎng)胞邊緣生成連續(xù)的粗大脆性化合物網(wǎng)明顯降低，特別在枝晶網(wǎng)胞邊緣生成連續(xù)的粗大脆性化合物網(wǎng)狀殼層時，合金的塑性將急劇下降。狀殼層時，合金的塑性將急劇下降。 對于鑄件來說，非平衡組織狀態(tài)有些情況下

44、對合金的耐蝕對于鑄件來說，非平衡組織狀態(tài)有些情況下對合金的耐蝕性能是不利的。晶內(nèi)偏析也使合金的抗蝕性能降低。性能是不利的。晶內(nèi)偏析也使合金的抗蝕性能降低。 粗大的枝晶和嚴重的枝晶偏析可能在隨后的鑄造坯料粗大的枝晶和嚴重的枝晶偏析可能在隨后的鑄造坯料(鑄錠鑄錠)進行軋制及擠壓時，具有不同化學成分的各顯微區(qū)域拉長并形進行軋制及擠壓時，具有不同化學成分的各顯微區(qū)域拉長并形成帶狀組織。產(chǎn)生各向異性和增加晶間斷裂傾向。成帶狀組織。產(chǎn)生各向異性和增加晶間斷裂傾向。 非平衡組織狀態(tài)對鑄件使用過程中組織和性能的穩(wěn)定性都非平衡組織狀態(tài)對鑄件使用過程中組織和性能的穩(wěn)定性都是不利的。是不利的。授課 朱世杰2021-

45、12-1629均勻化退火時的主要組織變化均勻化退火時的主要組織變化 ： 由于溫度高、原子擴散速度快，主要的組織變化是枝晶偏由于溫度高、原子擴散速度快，主要的組織變化是枝晶偏析消除或減少析消除或減少 ，沿晶界分布的非平衡共晶體及其他非平衡相將，沿晶界分布的非平衡共晶體及其他非平衡相將被溶解，使合金溶質(zhì)濃度逐漸均勻化。被溶解，使合金溶質(zhì)濃度逐漸均勻化。Cu-Ni合金均勻化退火前后的顯微組織和微區(qū)分析合金均勻化退火前后的顯微組織和微區(qū)分析(a) 鑄態(tài)枝晶偏析組織鑄態(tài)枝晶偏析組織 (b)擴散退火后的組織擴散退火后的組織 (c)微區(qū)分析微區(qū)分析授課 朱世杰2021-12-1630 均勻化退火均勻化退火對

46、區(qū)域偏析的影響卻極其微弱。對于區(qū)域偏析需擴散時間之對區(qū)域偏析的影響卻極其微弱。對于區(qū)域偏析需擴散時間之久，這是生產(chǎn)條件所不容許的，因為消除區(qū)域偏析需要晶間相互擴散，這種久，這是生產(chǎn)條件所不容許的，因為消除區(qū)域偏析需要晶間相互擴散，這種晶間擴散也因受到晶界夾雜及空隙等的阻礙而難以實現(xiàn)。晶間擴散也因受到晶界夾雜及空隙等的阻礙而難以實現(xiàn)。 均勻化退火時還可能發(fā)生晶粒的長大、過飽和固溶體的分解、第二相均勻化退火時還可能發(fā)生晶粒的長大、過飽和固溶體的分解、第二相的聚集與球化、相的轉(zhuǎn)變和淬火效應(yīng)等變化。的聚集與球化、相的轉(zhuǎn)變和淬火效應(yīng)等變化。 均勻化退火時基體無多型性轉(zhuǎn)變的合金，一般不會發(fā)生晶粒長大現(xiàn)象，

47、均勻化退火時基體無多型性轉(zhuǎn)變的合金，一般不會發(fā)生晶粒長大現(xiàn)象，但發(fā)生多型性轉(zhuǎn)變的合金晶?？赡艽只Ｔ谀軣崽幚韽娀墓I(yè)鎂、鋁、銅但發(fā)生多型性轉(zhuǎn)變的合金晶?？赡艽只?。在能熱處理強化的工業(yè)鎂、鋁、銅合金中，第二相在基體中的溶解度隨溫度的變化而變化。合金中，第二相在基體中的溶解度隨溫度的變化而變化。 在均勻化退火溫度下仍處于過飽和的固溶體，在均勻化保溫過程中還會在均勻化退火溫度下仍處于過飽和的固溶體，在均勻化保溫過程中還會發(fā)生飽和的固溶體分解，析出過剩相。發(fā)生飽和的固溶體分解，析出過剩相。 多組元合金中，不同組元所形成的相在固溶體中的固溶度與溫度的關(guān)系多組元合金中，不同組元所形成的相在固溶體中的固溶

48、度與溫度的關(guān)系具有不同的變化規(guī)律。在通常所選擇的均勻化退火溫度下，主要的過剩相在具有不同的變化規(guī)律。在通常所選擇的均勻化退火溫度下，主要的過剩相在固溶體中有很高的固溶度，因此它們將發(fā)生溶解。固溶體中有很高的固溶度，因此它們將發(fā)生溶解。 在快冷條件下形成飽和固溶體，在均勻化退火時，則第二相在均勻化退在快冷條件下形成飽和固溶體，在均勻化退火時，則第二相在均勻化退火的加熱和保溫階段就會從固溶體中析出?；鸬募訜岷捅仉A段就會從固溶體中析出。 授課 朱世杰2021-12-1631 金屬及合金因冷變形而造成的組織與性質(zhì)處于熱力學亞穩(wěn)定金屬及合金因冷變形而造成的組織與性質(zhì)處于熱力學亞穩(wěn)定狀態(tài)，組織和亞結(jié)構(gòu)發(fā)

49、生變化，內(nèi)能增高，強度和硬度增大，塑狀態(tài)，組織和亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，內(nèi)能增高，強度和硬度增大，塑性減小，有時還出現(xiàn)織構(gòu)。冷變形金屬被加熱到較高溫度時，由性減小，有時還出現(xiàn)織構(gòu)。冷變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增加，會發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程，織構(gòu)也會發(fā)生于原子活動能力增加，會發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程，織構(gòu)也會發(fā)生變化，從而在一定程度上消除冷變形造成的亞穩(wěn)定狀態(tài)。這種熱變化，從而在一定程度上消除冷變形造成的亞穩(wěn)定狀態(tài)。這種熱處理方法稱為處理方法稱為基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火。 意義意義在于使不穩(wěn)定狀態(tài)通過釋放能量而逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)，在于使不穩(wěn)定狀態(tài)通過釋放能量而逐漸達到穩(wěn)定狀

50、態(tài)，消除金屬及合金因冷變形而造成的組織，在結(jié)構(gòu)、性能等方面恢消除金屬及合金因冷變形而造成的組織，在結(jié)構(gòu)、性能等方面恢復(fù)或基本恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。復(fù)或基本恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。 目的目的是提高金屬塑性，以利于后續(xù)工序順利進行；滿足產(chǎn)品是提高金屬塑性，以利于后續(xù)工序順利進行；滿足產(chǎn)品使用性能要求，以獲取塑性與強度性能的配合，良好的耐蝕性和使用性能要求，以獲取塑性與強度性能的配合，良好的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性等。尺寸穩(wěn)定性等。 授課 朱世杰2021-12-1632 冷變形金屬加熱退火時會發(fā)生冷變形金屬加熱退火時會發(fā)生回復(fù)回復(fù)、再結(jié)晶再結(jié)晶和和晶粒長大晶粒長大等過程，等過程，經(jīng)完全再結(jié)晶的金屬，其組織和性能

51、將回復(fù)到平衡狀態(tài)。經(jīng)完全再結(jié)晶的金屬，其組織和性能將回復(fù)到平衡狀態(tài)。 根據(jù)加熱退火根據(jù)加熱退火時，冷變形金屬所時，冷變形金屬所發(fā)生過程的實質(zhì)，發(fā)生過程的實質(zhì)，可將這類退火分為可將這類退火分為回復(fù)退火回復(fù)退火和和再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火兩大類。兩大類。 授課 朱世杰2021-12-1633冷變形金屬加熱退火時的組織變化冷變形金屬加熱退火時的組織變化授課 朱世杰2021-12-1634 這是一種以固態(tài)金屬合金經(jīng)高溫保溫和冷卻所發(fā)生的擴散這是一種以固態(tài)金屬合金經(jīng)高溫保溫和冷卻所發(fā)生的擴散型相變?yōu)榛A(chǔ)的熱處理。與基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火的區(qū)別在型相變?yōu)榛A(chǔ)的熱處理。與基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火的區(qū)別在于后者不發(fā)

52、生任何固態(tài)相變，而前者的先決條件和基本過程是于后者不發(fā)生任何固態(tài)相變，而前者的先決條件和基本過程是擴散型固態(tài)相變。由于擴散型固態(tài)相變的類型很多，如多晶型擴散型固態(tài)相變。由于擴散型固態(tài)相變的類型很多，如多晶型性轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、加熱時的第二相的溶解等，對合金的組織性轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、加熱時的第二相的溶解等，對合金的組織和性能影響很大，這類退火應(yīng)用比較廣泛。和性能影響很大，這類退火應(yīng)用比較廣泛。 如圖中如圖中C0成分的合金，加熱時有成分的合金，加熱時有相的相的溶解，因而溶解，因而固溶體的濃度增大；在冷卻固溶體的濃度增大；在冷卻過程中有過程中有相從相從相中析出，相中析出，固溶體的濃固溶體的濃度減小。若固

53、溶度隨溫度升高而減小，則度減小。若固溶度隨溫度升高而減小，則加熱和冷卻時將發(fā)生與上述情況相反的變加熱和冷卻時將發(fā)生與上述情況相反的變化（加熱時有第二相的析出，冷卻時發(fā)生化（加熱時有第二相的析出，冷卻時發(fā)生第二相的溶解）。第二相的溶解）。 授課 朱世杰2021-12-1635 在發(fā)生脫溶的情況下，脫溶相的大小與脫溶溫度有關(guān)。在發(fā)生脫溶的情況下，脫溶相的大小與脫溶溫度有關(guān)。 可以通過合適的可以通過合適的熱處理工藝，使復(fù)相合金中獲得不同大小和分布的第二相，以得到所需的性熱處理工藝，使復(fù)相合金中獲得不同大小和分布的第二相，以得到所需的性能，這就是所謂多相化退火。能，這就是所謂多相化退火。 工業(yè)上應(yīng)用的

54、許多有色金屬材料，如硬鋁、鎂鋁合金、鈹青銅以及鎳鉻工業(yè)上應(yīng)用的許多有色金屬材料，如硬鋁、鎂鋁合金、鈹青銅以及鎳鉻系合金等，都是以固溶體為基體的復(fù)相合金。它們的共同特點是：固溶度隨系合金等，都是以固溶體為基體的復(fù)相合金。它們的共同特點是：固溶度隨溫度降低而減小，在緩冷時有第二相從固溶體中析出，而加熱時有第二相溶溫度降低而減小，在緩冷時有第二相從固溶體中析出，而加熱時有第二相溶解。解。 第二相的相對量一般不超過整個合金體積的第二相的相對量一般不超過整個合金體積的10%15%，第二相溶解或析，第二相溶解或析出時不會引起合金組織的根本改變，但適當?shù)乜刂萍訜岷屠鋮s工藝，可以獲出時不會引起合金組織的根本改

55、變，但適當?shù)乜刂萍訜岷屠鋮s工藝，可以獲得不同濃度的基體相，并改變第二相的大小、形狀和分布，從而使合金得到得不同濃度的基體相，并改變第二相的大小、形狀和分布，從而使合金得到不同的性能。不同的性能。 如果設(shè)法使固溶體基體達到盡可能低的濃度，第二相粒子及其間距又足如果設(shè)法使固溶體基體達到盡可能低的濃度，第二相粒子及其間距又足夠大，則合金將發(fā)生軟化，即多相化軟化。為達到這種軟化目的而采取的熱夠大，則合金將發(fā)生軟化，即多相化軟化。為達到這種軟化目的而采取的熱處理工藝就是多相化退火。處理工藝就是多相化退火。 授課 朱世杰2021-12-1636 完全退火是將已產(chǎn)生部分淬火硬化的合金加熱至相變臨界點完全退火

56、是將已產(chǎn)生部分淬火硬化的合金加熱至相變臨界點（如圖（如圖4-22中的中的t0）以上的溫度保溫，使合金變成單相固溶體，）以上的溫度保溫，使合金變成單相固溶體，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷）。然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷）。 不完全退火則是加熱至相變臨界點一下的某一適當溫度保溫，不完全退火則是加熱至相變臨界點一下的某一適當溫度保溫，然后較快冷卻（一般為空冷）。然后較快冷卻（一般為空冷）。 完全退火可以最大限度地消除淬火硬化，使合金完全軟化；完全退火可以最大限度地消除淬火硬化，使合金完全軟化；不完全退火只能部分消除淬火硬化，使合金部分軟化。不完全退火只能部分消除淬火硬化，使合金部分軟化。 完全退火和不完

57、全退火的具體加熱溫度、保溫時間以及冷卻完全退火和不完全退火的具體加熱溫度、保溫時間以及冷卻速度即可通過實驗確定。速度即可通過實驗確定。 授課 朱世杰2021-12-1637 硬鋁硬鋁2A12合金合金在不同溫度加熱然后爐冷或空冷，其抗拉強在不同溫度加熱然后爐冷或空冷，其抗拉強度如圖所示，退火溫度對度如圖所示，退火溫度對2A12合金冷軋材最終強度的影響合金冷軋材最終強度的影響1爐冷至爐冷至200；2空冷空冷 。 該合金的軟化溫度是：完全退火約該合金的軟化溫度是：完全退火約380400，不完全退火，不完全退火約約350370 。 若溫度太低，淬火硬化不能若溫度太低，淬火硬化不能充分消除，合金的硬度仍

58、然較高；充分消除，合金的硬度仍然較高；若溫度過高，由于強化相若溫度過高，由于強化相S相和相和相的溶解和隨后冷卻時的不充分相的溶解和隨后冷卻時的不充分析出，固溶體的濃度較高，這也析出，固溶體的濃度較高，這也會減弱退火軟化的作用。會減弱退火軟化的作用。 授課 朱世杰2021-12-1638： 在實際生產(chǎn)中，變形合金（如變形鋁合金）在熱軋后、第一在實際生產(chǎn)中，變形合金（如變形鋁合金）在熱軋后、第一次冷軋之前，很少采用純粹的多相化退火工藝，而往往是將多次冷軋之前，很少采用純粹的多相化退火工藝，而往往是將多相化退火與消除部分冷加工硬化的退火結(jié)合起來，這就是通常相化退火與消除部分冷加工硬化的退火結(jié)合起來，

59、這就是通常所說的預(yù)備退火和坯料退火。所說的預(yù)備退火和坯料退火。 例如，鋁合金熱軋板坯的終軋溫度一般為例如，鋁合金熱軋板坯的終軋溫度一般為280330 ，在不，在不采用中溫軋制的條件下，熱軋后通常是空冷至更低的溫度。采用中溫軋制的條件下，熱軋后通常是空冷至更低的溫度。 對于熱處理強化的變形鋁合金，這種工藝不僅會產(chǎn)生加工硬對于熱處理強化的變形鋁合金，這種工藝不僅會產(chǎn)生加工硬化，而且會引起部分淬火硬化。為了便于冷軋，一般都需要進化，而且會引起部分淬火硬化。為了便于冷軋，一般都需要進行預(yù)備退火。行預(yù)備退火。 授課 朱世杰2021-12-1639 復(fù)相合金的耐蝕性與第二相的大小、形狀和分布有關(guān)。利復(fù)相合

60、金的耐蝕性與第二相的大小、形狀和分布有關(guān)。利用多相化退火，可使合金獲得一定大小和分布的第二相，從而用多相化退火，可使合金獲得一定大小和分布的第二相，從而提高合金的耐蝕性。提高合金的耐蝕性。 若采用適當?shù)淖冃喂に?，并輔之以恰當?shù)亩嘞嗷嘶鹗谷舨捎眠m當?shù)淖冃喂に?，并輔之以恰當?shù)亩嘞嗷嘶鹗瓜嘣诰?nèi)和晶界均勻分布，就可以提高合金的耐蝕性。相在晶內(nèi)和晶界均勻分布，就可以提高合金的耐蝕性。 如如5A06合金，在其最后冷加工之前先加熱至合金，在其最后冷加工之前先加熱至320 進行多進行多相化退火，可使相化退火，可使相幾乎均勻地分布于鋁基固溶體晶粒之內(nèi)，相幾乎均勻地分布于鋁基固溶體晶粒之內(nèi)，從而使合金的耐蝕