chap7_脱溶和时效

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1、第7章脱溶及时效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称为脱溶或沉淀，是一种扩散相变。固溶、脱溶、时效固溶处理是将钢或合金加热到一定的较高温度，使溶质（碳或合金元素）溶入固溶体中，然后以较快的速度冷却下来，得到过饱和状态的固溶体（αα1）或过饱和的新相（AM）。经过固溶处理而得到的固溶体或新相大多是亚稳的，在室温保持一段时间或者加热到一定温度，过饱和相将分解，析出沉淀相，称为脱溶，有的文献也称其为沉淀。沉淀将引起组织、性能、内应力的改变等，这种热处理工艺，称为时效。Al-Cu合金固溶处理与时效工艺示

2、意图脱溶是固溶处理的逆过程，溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内将偏聚，析出新相。在脱溶过程中，随着时间的延长，合金相析出，导致强度、硬度升高，称时效硬化。脱溶热力学脱溶动力学完全固溶最低温度动力学影响因素：缺陷合金成分（熔点）时效温度脱溶分类连续脱溶不连续脱溶普遍脱溶局部脱溶共格脱溶非共格脱溶连续脱溶在脱溶过程中，随着新相的形成，母相的成分连续地、平缓地由过饱和状态逐渐达到饱和状态，这样的脱溶叫连续脱溶。也就是说，在脱溶过程中，除了新旧相间产生相界面外，在母相内部并不产生新界面，仍保持着连贯性，呈现连续的浓度梯度，新相依靠长程扩散而成长。

3、分为均匀脱溶和非均匀脱溶。非均匀脱溶物在晶界等缺陷处优先形核。不连续脱溶也称胞状脱溶，脱溶时两相耦合生长，与共析转变类似。脱溶相β一旦在α相中的特定地区（如晶界）析出，仅仅引起母相局部地区成分的改变，并且在此脱溶微区内达到两相成分和数量的平衡或介稳平衡，形成区别于母相其他地区的胞状脱溶区（与片状珠光体类似，一相为平衡脱溶物，另一相为贫化的固溶体基体，有一定过饱和度）。一般伴随着基体的再结晶（应力诱发再结晶）。脱溶过程显微组织变化共格脱溶脱溶产物与母相的界面成共格关系的为共格脱溶。析出相的晶体结构与母相相似性大的，或者反应在低温进行的，两相

4、易于保持共格关系，进行共格脱溶。亚稳相多数为共格脱溶，平衡相则为非共格脱溶。正脱溶与负脱溶脱溶相中的溶质原子含量高于母相的称为正脱溶。相反的称为负脱溶。钢中的奥氏体在冷却过程中析出先共析铁素体是负脱溶；析出先共析渗碳体的过程是正脱溶。脱溶序列实际发生的脱溶过程中，相当多的情况是析出介稳相，并非过程终了的平衡态。在一定条件下，沉淀过程将要继续进行，介稳相可能回溶或直接转变为平衡相。在工业生产过程中，工艺目标可能是脱溶序列中的某一介稳状态，并非平衡态。脱溶是普遍现象1.钢中的脱溶：（1）淬火马氏体的脱溶分解；（2）奥氏体的正脱溶和负脱溶；（3

5、）Fe-Cu合金的脱溶；（4）马氏体时效钢的脱溶2.有色金属及合金中的脱溶（1）Al-Cu合金的脱溶（2）Cu-Be合金的脱溶等等。7.2合金的脱溶过程铸造铝合金形变铝合金能热处理强化铝合金不能热处理强化铝合金Alw（合金）/wt.%铝合金分类示意图7.2.1Al-Cu合金的脱溶Al-Cu合金的脱溶相Al-4％Cu合金从过饱和α相中脱溶的序列：G.P区4％的合金在200℃，θ、、都达到过饱和，只有G.P区尚未达到饱和。原因：G.P区颗粒太小。θ不同半径的β相在α相中的饱和度不同半径（r∞＞r1＞r２＞r3）的β颗粒在α固溶体中的饱和度:在

6、一定温度下，较大的颗粒对基体具有较小的饱和度，如在Ｔ3时，对半径为r1的颗粒已具一定的过饱和度，但对半径为r3的颗粒却刚达到饱和度。选取合金Al-4%Cu加热到α区（例如520℃）使Cu完全固溶于α相中，并使其均匀化，然后分别以不同的速度进行冷却，则α相中的固溶Cu将进行不同形式的脱溶。在共晶温度(548℃)时，Cu在α-Al中的最大固溶度约为5.65％，随着温度下降，固溶度急剧降低，例如，500℃时约为4.05%;400℃时约为1.40％；300℃时约为0.45%；达到室温后则不足0.1％。（1）平衡脱溶、局部脱溶。很缓慢地接近平衡的冷

7、却，当冷至约500℃时，α便由未饱和态达到饱和态；温度再略为下降，即进入到过饱和状态。如条件允许，跟着就应该不断地发生θ的生核和成长过程，同时，α的浓度将沿着固溶度线而逐步降低，至常温时，合金将由成分＜0.1％Cu的α与成分约为53.25％Cu的θ所组成。金相组织一般来说，在这种条件下，只能进行所谓局部脱溶，θ优先沿α的晶界生核和长大，最后形成θ沿晶界分布的网状组织。平衡组织：α（＜0.1％Cu）＋CuAl2（2）固溶处理4％Cu过饱和固溶体α相的起始态的晶格常数a=b=c=0.403nm；终了态平衡相θ（CuAl2）是正方晶系，a=b=

8、0.606nm，c=0.487nm。GP区、、代表脱溶的过渡相。随脱溶条件或合金成分的不同，α既可直接析出θ，也可以经过一个、两个或三个过渡阶段，再转化为θ。同时，脱溶过程也可停留在任何过渡阶