7-1脱溶及时效.ppt

第七章脱溶及时效 7 1概述 固溶处理 固溶处理是将钢或合金加热到一定的较高温度 使得溶质 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或过饱和的新相 脱溶 或沉淀 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 过饱和相将脱溶而分解 析出沉淀相 故有的文献中称其为沉淀 时效 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 人工时效自然时效 固溶处理与时效工艺示意图 时效硬化 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析出 聚集 形成新相 在脱溶过程中 随着时间的延长 合金的强度 硬度会提高 此称时效硬化 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 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 但脱溶相附近母相的浓度较低 并由相界面向内 母相的浓度逐步升高 而呈现连续的浓度梯度 新相依靠长程扩散而成长 不连续脱溶 与连续脱溶正好相反 脱溶相 一旦在 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 这种脱溶过程的继续是这种两相向未发生成分变化的母相中生长 这种现象称为非连续脱溶 所得组织与共析组织 或珠光体组织 很相似 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 脱溶产物与母相的晶体学关系取决于过冷度 温度 以及脱溶产物的晶体结构 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 两相易于保持共格关系 进行共格脱溶 相反则趋向于非共格脱溶 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以及析出先共析渗碳体的过程是正脱溶 负脱溶的典型例子 存在脱溶贯序现象 在实际发生的脱溶过程中 相当多的情况是析出介稳平衡相 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 这样就出现了一个所谓的脱溶贯序 在工业生产过程中 工艺目标可能是脱溶贯序中的某一介稳状态 并非平衡态 Al Cu合金的脱溶 1 Al Cu合金的脱溶相Al 6 Cu合金从过饱和 相中脱溶的贯序应为 G P区 Al Cu合金平衡相图的一角及过渡相和G P区在 相中的溶解度曲线 G P区的形成 在AI Cu合金中 G P区代表Cu原子的偏聚区 为纪念Gunier及Preston的工作而得名 但现在这个词已成通用名词了 可用来泛指任何固溶体中在若干原子层范围内的溶质原子偏聚区 G P区大多在过饱和度较大或过冷度较大的条件下形成 例如 将Al Cu合金由 区淬火后 在室温放置 或适当加热并保温 经过一定时间后 即可形成 这个过程在生产上称为时效 如在室温进行 称自然时效 加热时称人工时效 G P区是超显微结构 G P区属于超显微领域 用光学显微镜无法观察 但是由于垂直G P区方向上共格错排畸变 引起电子衍射强度的局部变化 故有在电镜下的衬度变化 其形态如图7 5所示 Al 4 Cu合金中的G P区 G P区的形态 G P区的厚度随着时间和温度的变化很小 其直径随着时间的延长长大也是很小的 但是却随着温度的提高而明显增大 从室温到150 直径由5nm左右增大到50nm左右 G P区是和母相完全共格的富Cu区 它呈盘状 盘面垂直于基体低弹性模量方向 也即方向 如图7 6所示 这些盘状产物大约2个原子层厚 直径10nm 相互之间的距离约10nm Al Cu合金G P区及其周围晶格的畸变示意图 G P区的分布 数量 G P区大多是比较均匀地弥散分布在 基体中 平均来说 在单位体积的 中 可形成高达101