合金的脫溶沉淀與時效課件

合金的脫溶沉淀與時效

定義：從過飽和固溶體中析出第二相（沉淀相）或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過渡相的過程為脫溶或沉淀。條件：合金在平衡狀態(tài)圖上有固溶度的變化，并且固溶度隨溫度的降低而減少。將雙相組織加熱到固溶度線以上某一溫度保溫足夠時間，將獲得均勻的單相固溶體a相，這種處理稱為固溶處理。合金的脫溶沉淀與時效定義：將雙相組織加熱到固溶度線以1合金的脫溶沉淀與時效若將經(jīng)過固溶處理后的C0成分合金急冷，抑制a相分解，則在室溫下獲得亞穩(wěn)的過飽和固溶體，若將此固溶體長期在室溫或較高溫度下等溫保持時，也將屬性脫溶，這將提高合金的強度和硬度，稱為沉淀強化或時效強化。在時效過程中，材料的機械性能、物理性能和化學(xué)性能等均隨之發(fā)生變化。根據(jù)時效溫度的不同，可將時效分為自然時效和人工時效。合金的脫溶沉淀與時效若將經(jīng)過固溶處理后的C0成分合金急冷，2脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以Al-4%Cu合金為例，其室溫平衡組織為a相固溶體和θ相。但是在時效過程中，加熱時效，膠溶順序為：1、G.P.區(qū)的形成及其結(jié)構(gòu)在若干原子層范圍內(nèi)的溶質(zhì)原子聚集區(qū)即稱為G.P.區(qū)。它所具有的特點：在過飽和固溶體的分解初期形成，且形成速度很快，通常為均勻分布。其晶體結(jié)構(gòu)與母相過飽和固溶體相同，并與母相保持共格關(guān)系；在熱力學(xué)上是亞穩(wěn)定的。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以Al-4%Cu合金為例，其室溫平衡3脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)由于G.P.區(qū)與母相保持共格，故其界面能較小，而彈性應(yīng)變能較大，因此，G.P.區(qū)的形狀與溶質(zhì)和溶劑的原子半徑差有關(guān)。根據(jù)計算，當(dāng)析出物體積一定時，其周圍的彈性應(yīng)變能按球狀→針狀→圓盤狀的順序依次減小。一般認為，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子半徑差小于3％時析出物呈球狀，當(dāng)原子半徑差大于5％時析出物呈圓盤狀。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)由于G.P.區(qū)與母相保持共格，故4脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)2、過渡相的形成及其結(jié)構(gòu)θ”的形成與結(jié)構(gòu)G.P.區(qū)形成以后，當(dāng)時效時間延長或時效溫度提高時，將形成過渡相。（兩種方式：原位形核和獨立形核）

θ”相與基體完全共格，仍為薄片狀，隨著長大，周圍基體的應(yīng)力和應(yīng)變也增大。在鋁銅合金中，隨著時效過程的進展，片狀θ”相周圍的共格關(guān)系部分遭到破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌倪^渡相θ’相。θ’相與基體部分共格。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)2、過渡相的形成及其結(jié)構(gòu)5脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)3、平衡相的形成及結(jié)構(gòu)在鋁銅合金中，隨著θ’相的成長，其周圍基體中的應(yīng)力和應(yīng)變不斷增大，彈性應(yīng)變能也會增大，則變得不穩(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相θ（與基體完全不共格）。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)3、平衡相的形成及結(jié)構(gòu)6脫溶熱力學(xué)與動力學(xué)合金在脫溶時的動力也是新相與母相的自由能差，阻力是新相的界面能和應(yīng)變能。脫溶熱力學(xué)與動力學(xué)合金在脫溶時的動力也是新相與母相的自由能7脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，形成G.P.區(qū)進的相變驅(qū)動力最小，而析出平衡相時的相變驅(qū)動力最大。盡管形成θ相時相變驅(qū)動力最大，但由于θ相與基體非共格，形核和長大時的界面能較大，所以不易長大。

脫溶動力學(xué)及影響因素時效溫度越高，固溶體的過飽和度就越小，脫溶過程的階段也就越少；而在同一時效溫度下合金的溶質(zhì)原子濃度越低，其固溶體過飽和度就越小，則脫溶過程階段也越少。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，形成G.P.區(qū)進的相8脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)

影響因素：晶體缺陷的影響；（空位、位錯、層錯）合金成分的影響；（合金的熔點、濃度）時效溫度的影響；脫溶后的顯微組織1、連續(xù)脫溶：在合金的脫溶過程中，脫溶物附近基體中的濃度變化為連續(xù)的即稱為連續(xù)脫溶。均勻脫溶非均勻脫溶（多數(shù)脫溶）脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)影響因素：9脫溶后的顯微組織2、非連續(xù)脫溶（胞狀脫溶）因其脫溶物中的a相和母相a之間的溶質(zhì)濃度不連續(xù)而稱為非連續(xù)脫溶。

脫溶后的顯微組織2、非連續(xù)脫溶（胞狀脫溶）10脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)胞狀組織和珠光體組織的區(qū)別在于：由共析轉(zhuǎn)變形成的珠光體中兩相（γ＝α+Fe3C)與母相在結(jié)構(gòu)和成分上完全不同，而由非連續(xù)脫溶所形成的胞狀物的兩相（α0＝α1+β）中必有一相的結(jié)構(gòu)與母相相同，只是其溶質(zhì)原子濃度不同而已。

脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)胞狀組織和珠光體組織的區(qū)別在于：由共析11脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以連續(xù)脫溶非連續(xù)脫溶不伴生再結(jié)晶再結(jié)晶分散于晶粒內(nèi)部，較均勻分布在晶界上，胞狀結(jié)構(gòu)長程擴散知識擴散脫溶過程中顯微組織的變化：連續(xù)非均勻脫溶加均勻脫溶；非連續(xù)脫溶加連續(xù)脫溶；僅發(fā)生非連續(xù)脫溶；脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以連續(xù)脫溶非連續(xù)脫溶不伴生再結(jié)晶再結(jié)12脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)13脫溶時效時的性能變化

時效硬化：隨時間的延長，硬度將進一步升高，稱為時效硬化。冷時效：在較低溫度下進行的時效；溫時效：在較高溫發(fā)生的時效；脫溶時效時的性能變化時效硬化：14脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以時效硬化機制時效硬化是由于母相中的位錯與析出相之間的交互作用引起的，可以按位錯通過析出相的方式不同將時效硬化機制分為以下三類：脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以時效硬化機制15脫溶時效時的性能變化以內(nèi)應(yīng)變強化：由于在析出相周圍產(chǎn)生不均勻畸變區(qū)，即形成不均勻應(yīng)力場。切過析出相顆粒強化當(dāng)位錯切過顆粒時，不僅需要克服析出相顆粒所造成的應(yīng)力場，還由于切過之后增加的表面能。脫溶時效時的性能變化以內(nèi)應(yīng)變強化：由于在析出相16繞過析出相強化按此方式向前移動進所需的切應(yīng)力τ為過時效的本質(zhì)是什么？回歸現(xiàn)象：時效型合金在時效強化后，于平衡相或過渡相的固溶度曲線以下某一溫度加熱，時效感化現(xiàn)象會立即消除，硬度恢復(fù)到固溶處理狀態(tài)。脫溶時效時的性能變化繞過析出相強化回歸現(xiàn)象：時效型合金在時效強化后，于平衡相或過17回歸現(xiàn)象的實質(zhì)：通過時效形成的G.P.區(qū)在加熱到稍高于G.P.區(qū)固溶度曲線的溫度時，G.P.區(qū)發(fā)生溶解，而過渡相和平衡相則由于保溫時間過短而來不及形成，再次快冷至室溫后仍獲得過飽和固溶體?；貧w時速度很快（存在空位）；鐵基合金的脫溶與時效以馬氏體時效鋼為例講述時效硬化鋼的脫溶。馬氏體時效鋼中的強化相為金屬間化合物。強化元素有：Be、Ti、Al、Mo、Nb等元素；脫溶時效時的性能變化回歸現(xiàn)象的實質(zhì)：通過時效形成的G.P.區(qū)在加熱到稍高于G.18合金的調(diào)幅分解時效強化的原因有二：1、由于溶質(zhì)原子向位錯偏聚；2、由于不斷從馬氏體基體中析出大量彌散分布的超顯微的金屬間化合物質(zhì)點。應(yīng)變時效：純鐵或低碳鋼經(jīng)形變后時效時產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象；

合金的調(diào)幅分解：指某合金在高溫具有均勻單相固溶體，但冷卻到某一溫度范圍時可分解成為與原固溶體結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩個微區(qū)，這種轉(zhuǎn)變稱為調(diào)幅分解。使材料具有很好的強韌性和某些理想的物理性能。合金的調(diào)幅分解時效強化的原因有二：19合金的調(diào)幅分解合金的調(diào)幅分解20合金的調(diào)幅分解合金的調(diào)幅分解21合金的調(diào)幅分解以合金的調(diào)幅分解以22合金的調(diào)幅分解以合金的調(diào)幅分解以23合金的脫溶沉淀與時效

定義：從過飽和固溶體中析出第二相（沉淀相）或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過渡相的過程為脫溶或沉淀。條件：合金在平衡狀態(tài)圖上有固溶度的變化，并且固溶度隨溫度的降低而減少。將雙相組織加熱到固溶度線以上某一溫度保溫足夠時間，將獲得均勻的單相固溶體a相，這種處理稱為固溶處理。合金的脫溶沉淀與時效定義：將雙相組織加熱到固溶度線以24合金的脫溶沉淀與時效若將經(jīng)過固溶處理后的C0成分合金急冷，抑制a相分解，則在室溫下獲得亞穩(wěn)的過飽和固溶體，若將此固溶體長期在室溫或較高溫度下等溫保持時，也將屬性脫溶，這將提高合金的強度和硬度，稱為沉淀強化或時效強化。在時效過程中，材料的機械性能、物理性能和化學(xué)性能等均隨之發(fā)生變化。根據(jù)時效溫度的不同，可將時效分為自然時效和人工時效。合金的脫溶沉淀與時效若將經(jīng)過固溶處理后的C0成分合金急冷，25脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以Al-4%Cu合金為例，其室溫平衡組織為a相固溶體和θ相。但是在時效過程中，加熱時效，膠溶順序為：1、G.P.區(qū)的形成及其結(jié)構(gòu)在若干原子層范圍內(nèi)的溶質(zhì)原子聚集區(qū)即稱為G.P.區(qū)。它所具有的特點：在過飽和固溶體的分解初期形成，且形成速度很快，通常為均勻分布。其晶體結(jié)構(gòu)與母相過飽和固溶體相同，并與母相保持共格關(guān)系；在熱力學(xué)上是亞穩(wěn)定的。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以Al-4%Cu合金為例，其室溫平衡26脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)由于G.P.區(qū)與母相保持共格，故其界面能較小，而彈性應(yīng)變能較大，因此，G.P.區(qū)的形狀與溶質(zhì)和溶劑的原子半徑差有關(guān)。根據(jù)計算，當(dāng)析出物體積一定時，其周圍的彈性應(yīng)變能按球狀→針狀→圓盤狀的順序依次減小。一般認為，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子半徑差小于3％時析出物呈球狀，當(dāng)原子半徑差大于5％時析出物呈圓盤狀。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)由于G.P.區(qū)與母相保持共格，故27脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)2、過渡相的形成及其結(jié)構(gòu)θ”的形成與結(jié)構(gòu)G.P.區(qū)形成以后，當(dāng)時效時間延長或時效溫度提高時，將形成過渡相。（兩種方式：原位形核和獨立形核）

θ”相與基體完全共格，仍為薄片狀，隨著長大，周圍基體的應(yīng)力和應(yīng)變也增大。在鋁銅合金中，隨著時效過程的進展，片狀θ”相周圍的共格關(guān)系部分遭到破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌倪^渡相θ’相。θ’相與基體部分共格。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)2、過渡相的形成及其結(jié)構(gòu)28脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)3、平衡相的形成及結(jié)構(gòu)在鋁銅合金中，隨著θ’相的成長，其周圍基體中的應(yīng)力和應(yīng)變不斷增大，彈性應(yīng)變能也會增大，則變得不穩(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相θ（與基體完全不共格）。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)3、平衡相的形成及結(jié)構(gòu)29脫溶熱力學(xué)與動力學(xué)合金在脫溶時的動力也是新相與母相的自由能差，阻力是新相的界面能和應(yīng)變能。脫溶熱力學(xué)與動力學(xué)合金在脫溶時的動力也是新相與母相的自由能30脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，形成G.P.區(qū)進的相變驅(qū)動力最小，而析出平衡相時的相變驅(qū)動力最大。盡管形成θ相時相變驅(qū)動力最大，但由于θ相與基體非共格，形核和長大時的界面能較大，所以不易長大。

脫溶動力學(xué)及影響因素時效溫度越高，固溶體的過飽和度就越小，脫溶過程的階段也就越少；而在同一時效溫度下合金的溶質(zhì)原子濃度越低，其固溶體過飽和度就越小，則脫溶過程階段也越少。脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，形成G.P.區(qū)進的相31脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)

影響因素：晶體缺陷的影響；（空位、位錯、層錯）合金成分的影響；（合金的熔點、濃度）時效溫度的影響；脫溶后的顯微組織1、連續(xù)脫溶：在合金的脫溶過程中，脫溶物附近基體中的濃度變化為連續(xù)的即稱為連續(xù)脫溶。均勻脫溶非均勻脫溶（多數(shù)脫溶）脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)影響因素：32脫溶后的顯微組織2、非連續(xù)脫溶（胞狀脫溶）因其脫溶物中的a相和母相a之間的溶質(zhì)濃度不連續(xù)而稱為非連續(xù)脫溶。

脫溶后的顯微組織2、非連續(xù)脫溶（胞狀脫溶）33脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)胞狀組織和珠光體組織的區(qū)別在于：由共析轉(zhuǎn)變形成的珠光體中兩相（γ＝α+Fe3C)與母相在結(jié)構(gòu)和成分上完全不同，而由非連續(xù)脫溶所形成的胞狀物的兩相（α0＝α1+β）中必有一相的結(jié)構(gòu)與母相相同，只是其溶質(zhì)原子濃度不同而已。

脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)胞狀組織和珠光體組織的區(qū)別在于：由共析34脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以連續(xù)脫溶非連續(xù)脫溶不伴生再結(jié)晶再結(jié)晶分散于晶粒內(nèi)部，較均勻分布在晶界上，胞狀結(jié)構(gòu)長程擴散知識擴散脫溶過程中顯微組織的變化：連續(xù)非均勻脫溶加均勻脫溶；非連續(xù)脫溶加連續(xù)脫溶；僅發(fā)生非連續(xù)脫溶；脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以連續(xù)脫溶非連續(xù)脫溶不伴生再結(jié)晶再結(jié)35脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)36脫溶時效時的性能變化

時效硬化：隨時間的延長，硬度將進一步升高，稱為時效硬化。冷時效：在較低溫度下進行的時效；溫時效：在較高溫發(fā)生的時效；脫溶時效時的性能變化時效硬化：37脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以時效硬化機制時效硬化是由于母相中的位錯與析出相之間的交互作用引起的，可以按位錯通過析出相的方式不同將時效硬化機制分為以下三類：脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)以時效硬化機制38脫溶時效時的性能變化以內(nèi)應(yīng)變強化：由于在析出相周圍產(chǎn)生不均勻畸變區(qū)，即形成不均勻應(yīng)力場。切過析出相顆粒強化當(dāng)位錯切過顆粒時，不僅需要克服析出相顆粒所造成的應(yīng)力場，還由于切過之后增加的表面能。脫溶時效時的性能變化以內(nèi)應(yīng)變強化：由于在析出相39繞過析出相強化按此方式向前移動進所需的切應(yīng)力τ為過時效的本質(zhì)是什么？回歸現(xiàn)象：時效型合金在時效強化后，于平衡相或過渡相的固溶度