脫溶沉淀及時效演示文稿

脫溶沉淀及時效演示文稿1當(dāng)前1頁，總共35頁。（優(yōu)選）脫溶沉淀及時效2當(dāng)前2頁，總共35頁。脫溶或沉淀：從過飽和固溶體中析出沉淀相或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過渡相的過程。是一種擴(kuò)散型相變。彌散新相的沉淀將使合金的硬度升高，稱為沉淀硬化。時效處理：合金經(jīng)固溶處理后在室溫或高于室溫的適當(dāng)溫度保溫，以達(dá)到沉淀硬化目的的熱處理工藝，稱為時效。分為自然時效和人工時效。當(dāng)前3頁，總共35頁。具有脫溶沉淀轉(zhuǎn)變的條件：合金在平衡相圖上有固溶度的變化，且固溶度隨溫度降低而減少?？煞譃檫B續(xù)脫溶與不連續(xù)脫溶：連續(xù)脫溶：脫溶時，隨新相的形成，母相成分連續(xù)地、平緩地有過飽和轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。不連續(xù)脫溶：脫溶相一旦形成，則其周圍一定距離內(nèi)的固溶體立即由過飽和達(dá)到飽和狀態(tài)，并與原始成分的固溶體形成截然的分界面。當(dāng)前4頁，總共35頁。第二節(jié)脫溶沉淀熱力學(xué)及

脫溶沉淀過程1、脫溶沉淀熱力學(xué)當(dāng)前5頁，總共35頁。實(shí)際的過飽和固溶體脫溶，并不直接析出平衡相，而使先形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)(G.P.區(qū))、過渡相、最后形成平衡脫溶沉淀相。

過飽和固溶體偏聚區(qū)(G.P.區(qū))過渡相（亞穩(wěn)相）平衡脫溶沉淀相。

當(dāng)前6頁，總共35頁。2、脫溶沉淀過程以Al-Cu合金為例，平衡脫溶相為Al2Cu

（）1）G.P.區(qū)的形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)，與母相共格。

當(dāng)前7頁，總共35頁。2）的形成

G.P.區(qū)沿直徑和厚度方向長大形成相。正方點(diǎn)陣，與母相保持共格。3）的形成時效溫度進(jìn)一步提高將形成相，不均勻形核，薄片狀，正方點(diǎn)陣，與母相保持部分共格。當(dāng)前8頁，總共35頁。4）的形成一般認(rèn)為，由長大而成。相也具有正方點(diǎn)陣，與母相非共格。平衡相形成后合金硬度下降。其他時效硬化合金與Al-Cu合金類似，出現(xiàn)中間過渡相，但不一定有四個階段。3、脫溶相的粗化脫溶相形核后，溶質(zhì)原子的聚集使得脫溶相不斷長大。進(jìn)一步的長大是通過大質(zhì)點(diǎn)長大、小質(zhì)點(diǎn)消失的方式進(jìn)行，稱為奧斯特華德熟化（Ostwaldripening）。當(dāng)前9頁，總共35頁。Al2CuMgAlAl2CuMgAl2CuMgAl當(dāng)前10頁，總共35頁。第三節(jié)脫溶沉淀后的顯微組織1、連續(xù)脫溶的顯微組織普遍脫溶：整個固溶體中普遍地發(fā)生脫溶并析出均勻分布的脫溶沉淀相，而與晶界、位錯線等無關(guān)。一般會對合金性能產(chǎn)生較好的影響。當(dāng)前11頁，總共35頁。局部脫溶：普遍脫溶前，較早地從晶界、亞晶界、滑移面、位錯線、夾雜物界面及其它晶體缺陷處優(yōu)先形核，使該處較早地出現(xiàn)脫溶相質(zhì)點(diǎn)的脫溶。是一種不均勻形核。當(dāng)前12頁，總共35頁。無沉淀帶：某些鋁基、鈦基、鐵基、鎳基等時效型合金在晶界處的局部脫溶往往在緊靠晶界附近形成一條無沉淀帶。當(dāng)前13頁，總共35頁。目前有兩種機(jī)制解釋無沉淀帶的產(chǎn)生：貧溶質(zhì)機(jī)制和貧空位機(jī)制。1）貧溶質(zhì)機(jī)制：晶界處脫溶較快，較早地析出脫溶相，因而吸收了附近的溶質(zhì)原子，使周圍基體溶質(zhì)原子貧乏而無法析出脫溶相，造成無沉淀帶。2）貧空位機(jī)制：無析出帶的成因，是因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)的空位密度低，使溶質(zhì)原子的擴(kuò)散變得困難，因此使G.P.區(qū)及亞穩(wěn)中間相等均難以析出?？瘴幻芏鹊褪且?yàn)楣倘芴幚砝鋮s時靠近晶界的空位擴(kuò)散到晶界而消失。當(dāng)前14頁，總共35頁。2、不連續(xù)脫溶的顯微組織不連續(xù)脫溶的顯微組織類似珠光體，固溶體的濃度分布類似雙相分解o1+

。其中為原始相；平衡脫溶相；1胞狀脫溶區(qū)的相。當(dāng)前15頁，總共35頁。不連續(xù)脫溶的顯微組織特征是脫溶相沿晶界不均勻形核，脫溶相與周圍基體兩相耦合成長，逐步向晶內(nèi)擴(kuò)展，在晶界附近形成界限明顯的脫溶組織區(qū)域，稱為胞狀或瘤狀物。胞狀物一般由兩相組成，一為平衡脫溶相；另一相為基體，系貧化的固溶體。不連續(xù)脫溶時，脫溶胞與基體間是非共格的大角度晶界；脫溶胞內(nèi)的和片都與原始基體形成非共格界面。當(dāng)前16頁，總共35頁。不連續(xù)脫溶機(jī)制：過飽和固溶體中，溶質(zhì)原子首先在晶界處偏聚，接著以質(zhì)點(diǎn)形式脫溶析出相，并將部分晶界固定，隨后相呈片狀長入與其無位向關(guān)系的母相基體中。片狀的兩側(cè)出現(xiàn)溶質(zhì)原子貧化區(qū)（1）相，而在1相外側(cè)，沿母相晶界又可形成新的相。當(dāng)前17頁，總共35頁。不連續(xù)脫溶和連續(xù)脫溶相比，除界面濃度變化之外，還存在三點(diǎn)區(qū)別：1）不連續(xù)脫溶伴生再結(jié)晶，而連續(xù)脫溶則沒有。2）不連續(xù)脫溶的脫溶物集中在晶界上，至少析出的初期如此，并形成胞狀物。而連續(xù)脫溶析出相則分散于晶粒內(nèi)部，且分布較均勻。3）不連續(xù)脫溶屬于短程擴(kuò)散，而連續(xù)脫溶則屬于長程擴(kuò)散。當(dāng)前18頁，總共35頁。3、脫溶過程中顯微組織變化序列當(dāng)前19頁，總共35頁。第四節(jié)脫溶沉淀過程動力學(xué)1、脫溶沉淀等溫動力學(xué)圖的特點(diǎn)1）存在孕育期；2）亞穩(wěn)相的數(shù)目與過飽合度及溫度有關(guān)。過飽和度高、過冷度大，則亞穩(wěn)相的數(shù)目多。3）孕育期的長短也取決與母相的過飽和度。高溫時母相過飽和度小，則孕育期長。當(dāng)前20頁，總共35頁。2、等溫脫溶沉淀動力學(xué)圖的影響因素1）晶體缺陷影響空位多，則脫溶沉淀的速度快。晶界、位錯等具有與空位相似的作用。不同缺陷對不同脫溶沉淀相的影響不同?？瘴淮龠M(jìn)G.P.區(qū)的形成；位錯促進(jìn)相的形成。2）合金成分的影響合金熔點(diǎn)低，則脫溶沉淀速度快；熔點(diǎn)高，則脫溶沉淀速度慢。溶質(zhì)原子與溶劑原子的性能差別大，則沉淀速度快，過飽和度大，沉淀速度快。當(dāng)前21頁，總共35頁。3）溫度的影響溫度高，原子活動能力大，則脫溶沉淀速度快；但溫度高時，過飽和度及自由能差減小，又會導(dǎo)致脫溶沉淀速度減慢。當(dāng)前22頁，總共35頁。第五節(jié)脫溶沉淀時性能的變化冷時效：較低溫度下進(jìn)行的時效，其硬度曲線變化的特點(diǎn)是硬度一開始迅速上升，達(dá)到一定值后硬度緩慢上升或者基本保持不變。一般Al合金或Cu合金冷時效只形成G.P.區(qū)。溫時效：在較高溫度下進(jìn)行的時效，其硬度曲線變化的特點(diǎn)是，在初期有一孕育期，以后硬度迅速升高，達(dá)到一極大值后，硬度又隨時間延長而下降。一般認(rèn)為溫時效析出的是過渡相與平衡相。1、冷時效與溫時效峰時效欠時效過時效當(dāng)前23頁，總共35頁。時效時硬度發(fā)生變化的原因：1）固溶體的貧化；2）基體的回復(fù)與再結(jié)晶；3）脫溶沉淀相的析出。當(dāng)前24頁，總共35頁。2、時效硬化機(jī)制1）內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化脫溶沉淀相或溶質(zhì)原子與母相金屬之間存在一定錯配度時，便產(chǎn)生了應(yīng)力場，阻礙位錯運(yùn)動。當(dāng)前25頁，總共35頁。2）切過顆粒強(qiáng)化當(dāng)析出相位于位錯的滑移面上，且析出相比較軟時，位錯線就可切過析出相而通過。

切f1/2?1/6

r1/2f:脫溶相顆粒的體積分?jǐn)?shù)；r:脫溶相半徑。當(dāng)前26頁，總共35頁。3）繞過析出相強(qiáng)化（奧羅萬機(jī)制）當(dāng)析出相位于位錯的滑移面上，且析出相很硬時，位錯線無法切過析出相。當(dāng)前27頁，總共35頁。

繞

=2Gb/LG:切變模量；b:柏氏矢量；L:相鄰析出相顆粒間距。繞過機(jī)制使得合金強(qiáng)化的增量大致為：

繞

f?r?11）相鄰析出相顆粒間距越小，則強(qiáng)化效應(yīng)越大；2）當(dāng)顆粒體積分?jǐn)?shù)一定時，脫溶相顆粒半徑越小，則強(qiáng)化效應(yīng)越顯著，并按r?1變化；3）當(dāng)脫溶相半徑一定時，其體積分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化效應(yīng)越高，并按f

?變化。當(dāng)前28頁，總共35頁。3、回歸現(xiàn)象若把經(jīng)過低溫時效硬化的合金放在固溶處理溫度之下比較高的溫度下短期加熱并迅速冷卻，時效硬化現(xiàn)象會立即消除，硬度基本恢復(fù)到固溶處理狀態(tài)，稱為回歸。產(chǎn)生原因：通過時效形成的G.P.區(qū)在加熱到稍高于G.P.區(qū)固溶度曲線溫度時，G.P.區(qū)會溶解，因而導(dǎo)致硬化現(xiàn)象消失。而過渡相和平衡相則由于保溫時間短來不及析出。當(dāng)前29頁，總共35頁。第六節(jié)調(diào)幅分解在具有固溶度間隔和拐點(diǎn)曲線的合金體系中，通過上坡擴(kuò)散，不經(jīng)形核，按擴(kuò)散?偏聚機(jī)制轉(zhuǎn)變，進(jìn)行溶質(zhì)原子的聚集，由單相固溶體自發(fā)、連續(xù)地分解成結(jié)構(gòu)與原固溶體相同但成分有明顯差別的亞穩(wěn)共格固溶體的轉(zhuǎn)變，稱為調(diào)幅分解，又稱為增幅分解、拐點(diǎn)分解等。調(diào)幅分解是固溶體分解的一種特殊形式。調(diào)幅分解的產(chǎn)物只有溶質(zhì)的富化區(qū)和貧化區(qū)，且二者之間沒有清晰的相界面。當(dāng)前30頁，總共35頁。1、調(diào)幅分解的熱力學(xué)條件發(fā)生增幅分解的熱力學(xué)條件：合金成分必須位于自由能?成分曲線的兩個拐點(diǎn)之間。

CoCa+Cb當(dāng)前31頁，總共35頁。產(chǎn)生調(diào)幅分解的合金必須具有均勻固溶體分解為兩相固溶體的狀態(tài)圖，且這兩相固溶體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，成分?自由能曲線是連續(xù)的。除此之外，發(fā)生調(diào)幅分解的另一個條件是合金中可以進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)前32頁，總共35頁。2、調(diào)幅分解過程調(diào)幅分解過程中，富B元素的區(qū)域進(jìn)一步富化，貧B元素區(qū)域進(jìn)一步貧化，兩區(qū)域間沒有明顯分界線；上坡擴(kuò)散。當(dāng)前33頁，總共35頁。3、調(diào)幅分解組織與性能