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第七章节合金脱溶沉淀与时效§7.1 脱溶脱溶过程和脱溶物的程和脱溶物的结构构一、一、对比比钢的淬火的淬火+回火后回火后HRC变化曲化曲线和和Al-Cu合金的合金的时效效强化曲化曲线 二、名二、名词解解释1. 固溶：将某一成分的合金加固溶：将某一成分的合金加热到到单相区（相区（α相），相），经足足够时间保温，使合金元素（溶保温，使合金元素（溶质元素）充分溶解入元素）充分溶解入固溶体中，然后予以速冷，以抑制固溶体中，然后予以速冷，以抑制这些元素重新析出，些元素重新析出，致室温下致室温下获得一个得一个过饱和固溶体和固溶体2. 脱溶析出：从脱溶析出：从过饱和固溶体中析出（沉淀相）或形成和固溶体中析出（沉淀相）或形成溶溶质原子聚集区及原子聚集区及亚稳定相的定相的过程，称程，称为脱溶析出或脱溶析出或沉淀，是溶解的逆沉淀，是溶解的逆过程3. 时效：合金在脱溶效：合金在脱溶过程中，其力学、物理、化学性能程中，其力学、物理、化学性能均随之均随之发生生变化的化的现象4.时效硬化（沉淀效硬化（沉淀强化）：化）：时效析出效析出过程中，合金中的程中，合金中的强度、硬度逐度、硬度逐渐升高的升高的过程三．三．时效析出效析出过程与程与亚稳定平衡相定平衡相图过饱和固溶体和固溶体→α过+溶溶质原子聚集区原子聚集区→α过+亚稳相相→α+平衡相平衡相典型：典型：Al-Cu合金（合金（4%Cu））过饱和固溶体和固溶体→α过+GP区区→α过+θ"相相→α过+θ´相相→α+θ（（Cu Al2）） 四、四、过渡相、平衡相的形成及其渡相、平衡相的形成及其结构构1.G·P区的形成及其区的形成及其结构：构：Cu原子要原子要Al基固溶体基固溶体{100}面上偏聚。

面上偏聚结构：与构：与α基体相同，与基体共格基体相同，与基体共格―引起畸引起畸变，，强化化 形状：小形状：小圆片状片状2θ“的形成与的形成与结构：构：结构：正方点构：正方点阵，，a=b=4.04 Å ,c=7.68 Å，与基，与基体共格，形体共格，形态：小：小圆片状，直径片状，直径140~150Å，厚度，厚度8~20Å3.θ´相形成与相形成与结构：构：结构：正方点构：正方点阵，，a=b=4.04Å ,c=5.80Å，半共，半共格形态：：圆片状，直径片状，直径100~600Å，厚度，厚度100~150Å，光学，光学显微微镜下可下可见4.平衡相形成：平衡相形成：θ´相相继续长大，其周大，其周围基体中的基体中的应力、力、应变增大，增大，应变能增大，能增大，弹性性应变能越来越大，共格关系破坏（能越来越大，共格关系破坏（为降低降低应变能），完全从能），完全从α相中脱溶，形成平衡相相中脱溶，形成平衡相θ结构：正方点构：正方点阵，，a=b=6.07Å ,c=4.87Å，， 和基体是非共格关系形状：和基体是非共格关系形状：块状，状，光学光学显微微镜下可下可见§7.2 脱溶的脱溶的热力学和力学和动力学力学一、脱溶的一、脱溶的热力学力学从相从相变驱动力大小来看力大小来看应形成形成θ相，相，为什么形成什么形成GP区？区？因因为形成形成GP区相区相变阻力小（因阻力小（因为界面能小），界面能小），浓差小，易形核差小，易形核。

二．脱溶二．脱溶动力学及影响因素力学及影响因素（一）（一）动力学特点力学特点 l具有具有C曲曲线的形式的形式l形成形成GP区、区、过渡相、平衡相需要孕育期；渡相、平衡相需要孕育期；l温度越高，温度越高，过饱和度下降；和度下降；l例：例：T1温度：温度：GP区区→β´→βl T2温度：温度：β´→ βl T3温度：温度：β（二）影响脱溶（二）影响脱溶动力学因素力学因素1.晶体缺陷：空位、位晶体缺陷：空位、位错、、层错、晶界、晶界2. 合金成分影响：合金成分影响：（（1）相同温度下）相同温度下时效，合金熔点越低，脱溶速效，合金熔点越低，脱溶速度越快度越快 （（2）溶）溶质浓度的影响度的影响（（3）微量元素）微量元素3.固溶固溶处理工理工艺的影响：温度、的影响：温度、时间、冷速、冷速§7.3 脱溶后的脱溶后的显微微组织一、一、连续脱溶及其脱溶及其显微微组织二、非二、非连续脱溶及其脱溶及其显微微组织§7.4合金合金时效效时的性能的性能变化化1.硬度硬度变化化2.时效硬度效硬度变化因素化因素（（1））时效效过程中固溶体程中固溶体脱溶，脱溶，过饱和度下降，和度下降，固溶固溶强化降低；化降低；（（2）基体）基体发生回复与再生回复与再结晶；晶；（（3）新相的析出。

新相的析出二．二．时效硬化机制效硬化机制1.内内应变强化化2. 位位错切切过析出相析出相位位错切切过析出相要消耗的能量：析出相要消耗的能量：l粒子与基体粒子与基体错配度引起的配度引起的应力力场；；l位位错切切过粒子的，粒子被滑移粒子的，粒子被滑移成两部分，增加表面能；成两部分，增加表面能；l位位错切切过粒子粒子时，改，改变了溶了溶质与溶与溶剂的相的相邻关系，关系，产生化学生化学硬化l所以能量增加，引起所以能量增加，引起强化3.位位错绕过析出相析出相位位错绕过析出相所需的切析出相所需的切应力：力：其中：其中：G：切：切变模量；模量；b:柏氏矢量；柏氏矢量；L：相：相邻析出析出相相颗粒粒间距距L越小，所需切越小，所需切应力越大，力越大，所以随所以随时效效时间延延长，析，析出相聚集出相聚集长大，硬度下降大，硬度下降三、回三、回归现象象许多多时效效 硬化合金在硬化合金在时效效强化后，于平衡相或化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲渡相的固溶度曲线以下某一温度加以下某一温度加热，，时效效强化化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶状象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶状态，，这种种现象称象称为回回归。

合金回合金回归以后，再次以后，再次进行行时效仍可重新效仍可重新发生生时效，但效，但时效速度下降，其余效速度下降，其余变化不大化不大四．影响四．影响时效效强化效果的因素化效果的因素1.化学成分化学成分（（1）能否形成固溶体：如）能否形成固溶体：如Fe、、Ni基本不溶于固基本不溶于固态铝，不能，不能时效效强化；化；（（2）固溶）固溶浓度随温度度随温度变化程度化程度（（3）析出相）析出相结构构（（4）淬火空位）淬火空位2.固溶工固溶工艺：温度、：温度、时间、冷速、冷速3.时效工效工艺：温度、：温度、时间、、时效方式效方式§7.5铁基合金的脱溶与基合金的脱溶与时效效一．一．马氏体氏体时效效钢的脱溶及性能的脱溶及性能变化化1.马氏体氏体时效效钢：：C%<0.03%，，18%Ni，，20%Ni，，25% Ni，因碳极低，所以，因碳极低，所以为铁基合金特点：淬透性极高，空冷或炉冷均可得到板条特点：淬透性极高，空冷或炉冷均可得到板条马氏体 强度、硬度度、硬度较低（低（HRC30，因，因C量低），成型性能好量低），成型性能好 时效效强化效化效应，，时效后屈服效后屈服强度度为：：1400~3500MPa.二．二．铁基合金中的淬火基合金中的淬火时效效1.铁素体中合金素体中合金K脱溶脱溶2.奥氏体奥氏体钢淬火淬火时效效现象象§7.6合金的合金的调幅分解幅分解调幅分解定幅分解定义：由：由过饱和固溶体分和固溶体分解解产生两种生两种结构相同，成分不同的构相同，成分不同的固溶体（但一个固溶体（但一个为溶溶质富化，一个富化，一个为溶溶质贫化），化），这种分解按种分解按扩散散---偏聚机构偏聚机构进行的固行的固态相相变。

一．一．热力学条件力学条件成分在拐点之成分在拐点之间的合金（的合金（G-C曲曲线下凹）下凹）换句句话：只有在的范：只有在的范围内的合金才内的合金才能能进行行调幅分解，即幅分解，即RKV范范围内二．二．调幅分解幅分解过程程是是纯扩散散过程，一般脱溶分解是下坡程，一般脱溶分解是下坡扩散，即高散，即高浓度向度向低低浓度度扩散，而散，而调幅分解是上坡幅分解是上坡扩散，低散，低浓度向高度向高浓度度扩散三．三．组织、、结构、性能构、性能1.结构特点：分解构特点：分解产物与母相晶体物与母相晶体结构相同，构相同，仅成分不成分不同，故新相与母相始同，故新相与母相始终保持共格关系保持共格关系2.组织特点：因新相与母相在分解特点：因新相与母相在分解过程中，始程中，始终保持共保持共格关系，必然格关系，必然产生生应力力场，，应变能增加1））择优取向析出取向析出 (2)弥散度大弥散度大3.性能特点性能特点（（1）提高磁性能：因）提高磁性能：因为组织具有方向性，且具有方向性，且产物物为两相，它两相，它们就相当于一个个就相当于一个个单磁畴，在外磁畴，在外磁磁场作用下，作用下，发生生转动，，转动至与外磁至与外磁场方向方向一致一致时，就使合金的硬磁性增大。

就使合金的硬磁性增大2））较高高强度：因度：因组织细小弥散小弥散4.调幅分解与脱溶分解的区幅分解与脱溶分解的区别（（1））调幅分解不需要成核，不需要幅分解不需要成核，不需要热激活，不激活，不需克服需克服势垒，一旦分解，一旦分解发生系生系统自由能自由能连续下下降降 ，所以分解是自，所以分解是自发过程2）上坡）上坡扩散，而脱溶下坡散，而脱溶下坡扩散3）新相与母相始）新相与母相始终保持共格关系，新相与母保持共格关系，新相与母相相结构相同，成分不同脱溶分解构相同，成分不同脱溶分解过程共格关程共格关系会逐系会逐渐被破坏，新相与母相成分、被破坏，新相与母相成分、结构不同。