第三章均匀化退火

1、金属材料拄处以第三金均勺化退火3. 1概述3. 2铸态合金的组织与性质特点3. 3均匀化退火过程中的组织性能变化3. 4均匀化退火的应用与工艺规程加s$_ 村科科学另工“学佗金属材料拉处理3. 1概述(1)均匀化处理的对象是铸锭或铸件现场：均热、均匀化的区别A primary hcat-treatincnt:Get ready for deformation of alloys, and for casting alloy.For Deformation:Al-2Li-3Mg-Cu ingol should homogenized at about 5300c for 24hr before

2、hoi-deformation.For casting alloy: casting piece or parts.加s$_ 村科科学另工“学佗S 3金属材料拉处理加S£_V科科学J&工“学优As-cast microslruclurcs加S£_V科科学J&工多优中布火4金属材料拉处理金属科拉处理Ni-Cr-W-Co-Al-Ta-Hf alloy ingot: dendritic segregation加S£_M科科名J&工“母It金属劫科拉处理(2)均匀化处理的目的“有利于偏位或信件的后续冷.热加工或热处理 现高空性，降低变彩抗力；成小淬

3、火出现过热.过烧的可能性.“有利于锌馆的加工制品或每件的最终使用性能/提高耐性性能：/历止层软组织.皮料材料各项异怛；/提高也盥稳定性,防止螭变导ft材料形状大小改变；,提高程度,支性 (铸件均匀化与网洽处理可以合并)加S£_M科科名J&工“母It(3)均匀化处理的原因饼遗过程中,非平衡凝冏导致成分不均匀和非平衡凝固加炽效应(非 平街组织.极大析出相.瘁火效应¥).=性能不均勺.皇性差、变形 抗力大以及耐蚀性星.(4)均匀化处理过程中主要固态转变是原子高温扩散伴随第二相柜化和珠化,溶解与析出.品粒米大等，使纽枳空于平南 亳及S£_M料科名与工“学ItSlo

4、wly cooled及S£_M料科名与工“学Ithypercutectic alloy(a) Primary columnarp-Co5Ge3(b) Primary equiaxed p-Co5Ge3IoQuickly cooled金属*!科拉处理Microsinicturcs of Co-33%Ge金属材料拉处理LamellarLamellar+anomalousAnomalousChange of microstructures of Co-29.7Ge eutectic alloy with cooling rate加s$_ 科科学工“学ft金属为科拉处理3.2铸态合金的组织与

5、性质特点（1）平衡与非平衡凝固过程lot tea（二人平衡凝固过程与组织非平衡凝固过程、.”7Composition, wt.%Solidification analysis for an alloy in the isomorphous system: dendritic segregation!冷建校大，设园校快,国柏犷 故决不及,a和平均成分沿昨平 南固相线be变化,JL达到c,由 a邛共晶如织：枝晶生长也导致 秋因有先后.存列成分不均匀的 a相固溶体非平衡共热组织.，伪共品组织！无分配世四！共晶系统状态图及非平衡团相线加S£_V科科学与工“学佗公属材科拉处理G>/加S&

6、#163;_村科科学与工“母ItDifferent cooling rate results in different rnicrostructures. involving equilibrium and non-equilibrium phases.金属材科拉处理Microstructures of Al-Fe-Si ingots solidified at different rates: (a) at 0.09K/s.(b) 3.43K/s, In the case of (ah the eutectic involves a-AL AI”Fe. a-AlFeSi and P-All;

7、eSi, and non-equilibrium phase AI6Fe etc. While in the case (b)9 the morphology of the eutectics are more regular and becomes to lamellar structure. Note: the amount of eutectic is changed!-科学一工学佗蹲中一Fg企属劫料拄处以(2)非平衡凝固组纵特点在工业生产的冷却条件下，铸造组统的不平衡特征表现如下：/基体因溶体尿分不均匀.品内偏析.如织旻树枝状；/产生非平斯共热如组； /可溶和在尿体中的最大因溶度发生偏

8、移,过制和增多： /再溢彩成的不均匀因速体.有的处于过他和欢态.加S£_村科科名与工“母It.南火名金属初科拄处以Typical second phases <x:cumng in Al-alloys ingots.金属矽科拉处理/非平衙共晶组织中，通常，a相依附于a初品相上，。相则以网状分布在枝 R网胞冏田，在显微组枳中现恭不到典型的共晶彩态（离异共晶组枳）.，在生产条件下，a相固溶体JL财枝状，在枝品胞间和品界上除了少量的作 平衡共晶姐枳外，当成份超过某临界求度时，还有#平南过剩相.单相设分的 出现整平南过剩相：多相成分的过科相增3（非平街原过制相灰其它新 相）./合金元素

9、来不乱广散,固溶体处于过饱和液态.产生淳火故应.加S£_代科科学与工“学it加S£_M料科中J&工“学他Typical microstructures in alloys ingot.南夫名金属初科拉处理Micrustruclurc of die-cast Mg-3OZn-2.5Y alloy. (a) Optical micrograph.(b) SEM image (BSE)加S$_村科科学与工“学It金属材料拉处理Ti-6A1-4V ingot: intcrgranukir P-Ti outlining the a-Ti grains加科科学J&工“学

10、佗（3）铸态合金性能特点和非平衡凝固带来的危害口塑性下降：成分不均匀.出现非平衡脆性相,变性下降：在核品同胞或晶界上生成粗大网状脆性相，导致皇性下降.抗电化学腐他能力下降：成分不均匀杉成木是微电池,也化学腐蚀抗力下降：在枝晶网胞或晶界上生成粗大网状脆往相，抗蚀力产空下 降.材料各向异性增强：成分不均匀.在变彩过程中延长而形成带状蟀构.迨成材 料各向异性；在核晶网胞民品界上粗大网状脆性相被叫而沿品（带）间分布. 增大晶（带）间断裂的倾向，增大各向异性.比科学J&工程母ft.南夫名金属初科拉处理材料工艺参数难以控制：成分不均匀在枝晶同他式品界上低端点化合物或共晶融合物，务过 热.过烧.变形

11、抗力增大：济火效应,非平衡组织存在.大量过利粕存在.会引起交彩抗力增大. 另外,成分不均匀.性能不均.力更不均,也会导致开裂,易产生内应力. 不利于加工.组织处于亚稳定状态：组织处于出稳定状态，在高温工作直长时间服役过程中，会向稳定化 方向坊变,而造成纽枳.性能.彩状和尺寸不公.科学J&工母It金属材料拉处理前二者是相互*1约的两个过穆：/通布.井平街过利相溶解后.回溶体的成分仍然不均匀.还需保温 犷敢, ，可以用非半街相完全溶解所需要的时间来估计均匀化时间,而非平 街相完全溶解所需要的时间可由显微金相现察来确走./应该指出,均匀化处理只能消除或版少晶内偏析.而对区城偏析的 彩响其做.

12、另外消除区域偏折甯品间4r散.而品间犷散会因品间失 杂和空隙而难以实现.选S£_村科科名与工“母佗金属时科拉处理加单柏合金一（高温）成分均匀的单相图浓体热=多和合金一（高温）均匀固溶体皿大球彩第二相颗粒冷却过程，过饱和固溶体脱溶宓防止晶间析出（过慢）和淬火效应（过快）； 有控制冷速,促使跖内析出尺趋于平街.均匀化退火后的组织变化（理想）枝热偏析消除，成分均匀4匕均勺化退火点组织状况：州织均匀.无网、块状均大桶. 不济相丫球状（分布广晶界）.弥收相均布于储内.茄粒可能有 所长大A非平衢相消失.过轲相忒少；，非平街组织平街化：相转变，出德相消 失.平衡第二相球化和聚.集,块状.网状 第二

13、相消失；，过饱和固溶体分解；粒长大金属时科拉处理加S£_V料科名与工“母佗Differences: Grain boundary; The second phase and its distributionTypical microstructures before and after homogenization of an Al-alloy.里寿，My cft««5 figfs »£«、廿«渣«£stfx«，8tfzQx!s1ms«*ftR-7A- *ftsssgss «

14、8- 5*«x利雪窄嘘&里寿，My k*c¥gsmbefore<*A<金属材料拉处理金属材料拉处理加S£_村科科学与工“学It加S£_村科科学与工“学H金属材料拉处罐（2）均匀化退火对材料性能的影响加sw_村科科学与工“学ft加S£_村科科学J&工“%区.南火名金属初科拄处理平连续铸造锭：变彩抗力降低.塑性提高,内应力消除. 减小影变不均匀性,降低存储.运榆.机加工和压力加工 中开裂的危险，提高加工制品的卡面质量，也降低能耗. 提高生产效率.压力加I材料:改善材料费性（有的合金强度提高,有 的降低（挤压效应消失）,找

15、再财蚀性.减弱各向异性. 防止跖粒粗化（尤其是Rl-Mn合金），提高立方织构成分（高纯M箔），避免过热.过烧.铸件：改*力斗性能，提高耐蚀性，稳定影状与尺寸，防 止在使用过卷中坊支.3. 4均匀化退火的应用与工艺规程(D均匀化退火的应用有利有畀！不利：费时耗能,经济效是：温度高.时间长.易带矢变 影.吸气.氧化.过热.过境等问题.有的材料强度会下降,这时于要 求高强的材料不利.是否进行均劣化退火启况具体问题而定.(2)均匀化退火的选择实标生产中是否出行均匀化退火,主要是根据合金木仕,传适方法以 及产品使用杜能的要求会近注.加S£_村科科学J&工“%区金属材料拉处罐口合金本性：

16、易产生偏析,组织不均.塑性差,残余应力大者铝合金：除纯铝.低合金化的软铝外，几乎部需要：镁合金：含AL Zn的.易偏折.客宴；税合金：除锡情青伪.普逋白的、铮白铜等外，其它一般不有要；钢铁：钢帙一板不穿要，但易切制钢(防破偏黑),商台金钢或其它 有史要将殊用途的钠需要均匀化退火,通常先热俄再退火.注：佚合金.铜合金.栩帙羊通常常在保护性气氛攻真空中进行.口铸造方法：连续或半连续铸造等冷却速度较大口产品性质（举三例）4；要保挣挤压效应的，不客要均匀化退火挤压效应:现象一实质对于热处理可强化铝合金（尤其含CrMiu Ti等元沫），挤 压制品的强度明显触（其它方法加工如轧、俄等）的制品曲. 影交热处

17、理导致的组织强攻化效应.Mr. Mn. Ti等元末合金化的热处理可强化铝合金中可彩成 Al7Cr, AIM% AljTi等金属间化合物,它们可以铉定住错. 至晶界等出结构，与其它（如扎.俄等）加工方法相比.挤 瓜过程中更易影成位错.亚品界等羽结构.有利于实现高温 彩变热处理；在淬火后的时效过程中可促使第二相分布均勺均匀化退火消除挤压效应，原因在于：Al.Cr. Al6Mn. Alji等金属闻 化合物可能会溶解.或捉化,不利于稳定位传.亚品界等亚结构.加S£_V科科考与工母It金属材料拉处理AIAl-Mn二兀系相图 密要防止品他异常也大的（Al-Mn系合金），需要均匀化暹火Al-Mn系

18、合金为热处理不可强化铝合金,其产品使用状态为加工或退火态.Mn可明显地提高A1的再结晶接度,若Mn分布不易均匀,加工后退火个别再结品品粒 异常粗大.<3）6063型材鱼化价色.有女面化学权质均匀.有委均匀化退火金属材料拉处理（3）均匀化退火的工艺规程的制定原则主要工艺参敦是加热温度和保温时间,其次是加热速度和冷却速度为了提高犷散速率，加速均匀化过槐，提高均匀花木七 加热温度 应尽可能地提高均匀化退火温度,但必翔防止温度太高. 、. 而引起过热过堤.虱化、吸气.变彩等问题. 口经验上，丁均二（0.90.95） Tm加S£_M科科学J&工“母It金属材料拉处理均匀化退火的温

19、度范围（阴影区）1:普通；II:高温卷3口理论上可以由相图给出（右 图）I:选择昨平衡因相线以下， 尽可能高（低温均匀化退火）；II:迭捧平街因相线以下.尽可能高（高温均匀化退火）：MI:先在I的温度下均匀 化,在到【I的温度下均匀化（分级 均匀化退火）工厂退火温度一根低于实标熔点45T0各种退火工艺的优缺点:/低温均匀化退火保险,不会出现过烧.过热.文化,风气.变形等 问卷不严史，但难以达到组织均匀化的目的，即使能达到，也需长时！加SW_M科斛学J&工学It，之g企需丁科拄处罐,高温均匀化退火E'险.但均匀化做累好.高温长程犷散容易.需要的叶间短，效甚好.但易出现过热.过境.

20、久化.吸气变影等问题.大多数合金不可以近打击温均匀化退火，易灭化.吸气者更不可.铝合金由致宙的表面氮化膜，可以，但须慎空./分纸均匀化退火先低温后高温.通过低温均匀化可以降低高温均匀 化时过境的可能注，而高温均匀化又可加速均匀化.兼有低温均匀化退火 和南温灼句化退火的优点，但麻烦.快合金多采用分城加热工艺未实现均匀化.口实除上,合理选样均匀化退火温度需用实胎来测定.如采用金相法来 现察测定过热或过烧的最低温度.加- 工母 ft您3实际工艺参数的确定成 分 保温时间，>从樟位 < 件）衣面到温开始计时.力 一企属材料拄处罐括匀热时间.非平南柏苏解时间和成分 均匀化时间，但不是简单地加

21、和.A主要取决于退火温度.合金本性偏析产受 和分布状况以及仿馆的致密性.还与加热谈各 式有关.> 原则上.尽可能长，但均匀化过钱前期& 无总义.FW 程度,非平街栩的形状.大小 优锭尺寸.装炉量和袈料方热后期缓慢过分延长时间，方材科科学J&工，之g企属初科拄处理应该指出，均匀化处理只能消除或成少品内偏析,而对区域偏折的影响势 微.消除区域儡析宙晶间广做,而晶间炉散会因品间夹杂和空隙而难以实 现.欲消除区域偏析,可能要数年.我十年,岳至敦百年.，实际：合理选择均匀化退火时间由实验确定,一般数小时至4t十小时加热速度和冷却速度：口加热以不开裂.不大变影.不产生大装蚊为原就.可快.可慢.也可分级加热.几乎所有的热处理的加热速卑控制原则郝如此.口冷却一不宜快.也不宜慢.太慢.产生粗大和,且第二和析出不均. 多沿品界析出，