过饱和固溶体的脱溶分解ppt课件.ppt

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1、第七章过饱和固溶体的脱溶分解材料与冶金学院李伟主要内容7.1脱溶过程和脱溶物的结构7.2脱溶热力学和动力学7.3脱溶后的显微组织7.4脱溶时效时的性能变化7.5调幅分解7.6铝合金及钢的时效定义：从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)、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，是一种扩散型相变。条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少。时效：合金在脱溶过程中，其机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。固溶处理：将双相组织（+）加热到固溶度线以上某一温度（如T1）保温足够时间，获得均匀的单相固溶体相的处理工艺。人工时效自然时效或

2、室温时效若将经过固溶处理后的C0成分合金急冷，抑制相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和相固溶体。这种过饱和固溶体在室温较高温度下等温保持时，将发生脱溶，但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为沉淀强（硬）化或时效强（硬）化，是强化合金材料的重要途径之一。析出：指某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶体点阵中的一定区域内聚集或组成第二相的现象。析出又称为沉淀时效合金：能够发生时效现象的合金称为时效型合金或简称为时效合金。过饱和α固溶体析出固溶处理饱和α固溶体＋析出相（固溶淬火）溶质偏聚区亚稳过渡相稳

3、定第二相合金经固溶处理并淬火获得亚稳过饱和固溶体，若在足够高的温度下进行时效，最终将沉淀析出平衡脱溶相。但在平衡相出现之前，根据合金成分不同会出现若干个亚稳脱溶相或称为过渡相。以A1-4%Cu合金为例：室温平衡组织：相固溶体和相（CuAl2）。脱溶顺序：G.P.区″相′相相。即在平衡相（）出现之前，有三个过渡脱溶物相继出现。7.1脱溶过程和脱溶物的结构Al-Cu合金相图1）G.P.区的形成及其结构Guinier和Preston各自独立地分析了Al-Cu合金时效初期的单晶体，发现在母相固溶体的｛100｝面上出现一个原子层厚度的Cu原子聚集区，由于与母相保持共格联系，Cu原子层

4、边缘的点阵发生畸变，产生应力场，成为时效硬化的主要原因。后来将这种在若干原子层范围内的溶质原子聚集区即称为Guinier-Preston区，简称G.P.区。G.P.区是溶质原子聚集区。它的点阵结构与过饱和固溶体的点阵结构相同。换言之，当从过饱和固溶体形成G.P.区时，晶体结构并未发生变化，所以一般把它当作“区”，而不把它当作新的“相”看待。G.P.区与过饱和固溶体（基体）是完全共格的。这种共格关系是靠正应变维持的，属于第一类共格。G.P.区的特点：①在过饱和固溶体的分解初期形成，且形成速度很快，通常为均匀分布；②其晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相保持第一类共格关系；③在热力学上是亚稳定

5、的，主要凭借浓度起伏均匀形核。Al-Cu合金中G.P.区的显微组织及其结构模型G.P区形状取决于界面能（球状）和弹性应变能（薄片状）趋于最小。一般的：溶质/溶剂原子半径差大，弹性应变能大，以薄片析出；溶质/溶剂原子半径差小，界面能大，以球状析出。析出物应变能比盘状大，但比球状析出物界面能小，针状2）过渡相的形成及其结构a）″相的形成与结构G.P.区形成之后，当时效时间延长或时效温度提高时，将形成过渡相。从G.P.区转变为过渡相的过程可能有两种情况：一是以G.P.区为基础逐渐演变为过渡相，如A1-Cu合金；二是与G.P.区无关，过渡相独立地形核长大，并借助于G.P.区的溶解而生长，如Al-Ag

6、合金。在A1-Cu合金中，随着时效的进行，一般是以G.P.区为基础，沿其直径方向和厚度方向（以厚度方向为主）长大形成过渡相″相。″相的晶胞有五层原子面，中央一层为100％Cu原子层，最上和最下的两层为100％A1原子层，而中央一层与最上、最下两层之间的两个夹层则由Cu和A1原子混合组成（Cu约为20～25％)，总成分相当于CuAl2。″相与基体相结构不同，但仍保持完全共格关系。″相仍为薄片状，片的厚度约0.8～2nm，直径约14～15nm。随着″相的长大，在其周围基体中产生的应力和应变也不断地增大。″相具有正方点阵，点阵常数为：a＝b＝4.04Å，与母相相同c＝7.8Å，较相

7、的两倍(8.08Å)略小″相的晶胞有五层原子面，中央一层为100％Cu原子层，最上和最下的两层为100％Al原子层，而中央一层与最上、最下两层之间的两个夹层则由Cu和Al原子混合组成（Cu约为20～25％)，总成分相当于CuAl2随着″相的长大，在其周围基体中产生的应力和应变也不断地增大，产生比G.P.区更大的弹性应变场和点阵畸变，同时″相密度很大，阻碍位错运动作用增强，时效强化效果更大，达