第五章_脱溶沉淀.ppt

1、第六章 脱溶沉淀,6.1沉淀的基本概念,6.1.1沉淀的条件,只要固溶体的溶解度随温度发生变化，都会出现沉淀。,固溶处理：使第二相充分溶入固溶体中，然后保持到室温。,时效处理：将过饱和固溶体在一定温度下保温一定的时间使之发生沉淀，使第二相弥散析出。,6.1.2沉淀的分类,图6.2 连续沉淀和不连续沉淀的示意图,1.连续沉淀和不连续沉淀,连续沉淀：以孤立小颗粒或薄片在母相中形成。 不连续沉淀：在晶界形核逐步向晶内发展、长大。,图6.3 连续沉淀组织,图6.4 不连续沉淀组织,2.平衡沉淀与亚稳沉淀,3.共格沉淀和非共格沉淀,4.正沉淀和负沉淀,6.沉淀相的形核和长大,沉淀相或脱溶相应为平衡相。但

2、相当多情况是亚稳平衡相。,沉淀产物与母相的晶体学关系，取决于过冷度、温度和沉淀产物的晶体结构。 亚稳相多为共格相；平衡相多为非共格相。,沉淀相中溶质含量高于母相称为正沉淀；相反称为负沉淀。,6.2 界面能,界面能：增加单位面积所增加的能量，即,（6.3）,6.2.1 化学能C：化学键改变所引起的能量。,6.2.2 畸变能,畸变能是原子偏离平衡位置所增加的能量。,单位面积的界面能可以表示为各位错能量的叠加：,三种界面的界面能：,共格 半共格 非共格 畸变能 大 小 化学能 小 大 总界面能 小 大 0.052J/m2 0.20.5J/m2 0.51.0J/m2,在非共格相界与晶界平衡时，如图6.

3、6（a），有,（6.12）,通过测定二面角和已知的相晶界能，便可以求得,同时也可以通过改变晶界能和相界能的比值来影响角，从而影响第二相的形态。,6.3 体积应变能,在不存在约束条件下，体积应变能来源于沉淀相和母相比容不同或由形状差异引起的错配。,6.3.1共格膨胀理论,单位体积弹性应变能为：,（6.13）,若在x、y两个方向上应变，则,（6.14）,假定两个方向应力应变相同，且有,6.3.2 非共格界面的体应变能,当两相不共格,基体承受全部应变,此时体应变能为:,（6.18）,非共格体应变能的数值与界面能的数值相比较很小，因此，在讨论固态形核时非共格的体应变能都可以忽略不计。,6.3.3 半共

4、格界面的体应变能,在沉淀相的周围存在位错时，体应变能一部分是位错引入的应变能，另一部分为沉淀相的应力场与位错应力场的交互作用能，即,（6.19）,（6.21）,6.4 沉淀过程举例,6.4.1 Al-Cu合金的沉淀,GP区,Guinier-Presten,1.常见合金的沉淀贯序,2 .无沉淀区的形成,Al-6.9Zn-2.9Mg合金中的无沉淀区,无沉淀区的形成：时效过程中的空位贫化对无沉淀区形成起主要作用。,3.Al-Cu合金的时效强化,Al-Cu合金的硬度与时效时间的关系,时效过程的规律： （1）硬度随铜含量的增加而上升； （2）2%Cu-Al合金时效未测出GP区；,（3）凡有GP预沉淀过程

5、，硬化皆出现二步性； （4）除2%Cu-Al合金外，硬度最高值对应着相的大量析出、 刚开始析出。,6.4.2 低碳钢的时效,所谓低碳钢的时效，是指间隙原子碳、氮在-Fe中的脱溶所引起的性能变化。,Fe-N过饱和固溶体脱溶时N原子偏聚区的TEM像,6.4.3回火,含碳量在0.23%以上的马氏体存在沉淀过程。,碳钢马氏体的沉淀贯序：,6.5沉淀相粒子的长大和粗化,6.6.1 沉淀相粒子的长大 非共格界面的三种生长方式：,1.片状沉淀相的侧向长大,生长速率取决于界面附近的浓度梯度dC/dx：,（6.22）,（6.23）,假定溶质浓度随距离x呈线性变化，如图示，则,一维生长的几点结论：,（3）生长速率

6、正比于过饱和度：,（6.30）,2.片状沉淀相端面的长大：,片的直径为无穷大，L特征扩散距离：,生长速率与时间无关,（6.32）,3.球形沉淀相的长大：,设球形粒子半径为r，浓度分布如图示：,可以求得：,（6.34）,4.台阶机制生长：,片状沉淀相侧向推移速率u为：,（6.38）,（6.37）,Ch台阶侧面相的浓度。,片状沉淀相厚度的增加速率v为：,6.6.2沉淀相粒子的粗化,沉淀相粒子粗化的驱动力来自总界面能的下降。,粒子长大速度为：,（6.40）,（6.41）,严格控制时效温度和时间是控制粒子长大的有效措施。,6.6 沉淀强化机制,在基体上弥散分布着第二相粒子所产生的强化方式称为沉淀强化。,6.6.1位错切过颗粒机制,位错切过第二相颗粒,体积分数一定，粒子半径越大，强化效果越大。,6.6.2位错绕过颗粒机制（Orowan理论）,位错线绕过第二相颗粒