过饱和固溶体的分解(二)

(2)
θ ′′ 相
随着时效时间的延长， 随着时效时间的延长，将形成介稳相 θ ′′
主要特征：
其厚度为2～ 其厚度为 ～10nm，直径为 ～150nm，成分接近 ，直径为30～ ，成分接近CuAl2，具有正方点阵 ，
a=b=0.404nm（与基体点阵常数一致）, c=0.78nm 。 （与基体点阵常数一致）
θ ′′ 与基体呈
共格状态， 共格状态，并 产生弹性应变， 产生弹性应变， 这种共格应变 是导致合金强 是导致合金强 的重要原因。 化的重要原因。
高， 随着时效时间的延长与温度的升高，将析出介稳相 θ ′。
主要特征：
它同样具有正方点阵， 成分近似CuAl2 ，与基 它同样具有正方点阵，a=b=0.404nm, c=0.58nm,成分近似 成分近似 体半共格，优先在位错处形核。 半共格，优先在位错处形核。
θ ′′
相的加热回溶． 相的加热回溶．
主要用途：
三、沉淀方式
1、连续沉淀：沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。 、连续沉淀：沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。
主要特点： 主要特点：
当沉淀相的结构及点阵常数与母相相近时，沉淀相与母相可能形成共 当沉淀相的结构及点阵常数与母相相近时，沉淀相与母相可能形成共 半共格界面，并与母相有一定的取向关系，而且多呈现针状 条状， 针状或 格或半共格界面，并与母相有一定的取向关系，而且多呈现针状或条状， 相互按一定的交角分布． 相互按一定的交角分布． 当沉淀相与母相的结构相差较大时，它们之间的界面不共格时， 当沉淀相与母相的结构相差较大时，它们之间的界面不共格时，沉淀 相一般呈等轴状或球状，与母相无取向关系． 相一般呈等轴状或球状，与母相无取向关系． 连续沉淀过程还可能呈局部沉淀，沉淀相沿着晶界，位错及 连续沉淀过程还可能呈局部沉淀，沉淀相沿着晶界，位错及半共格孪 晶界 晶界，滑移带等处择优析出－－－因为需要的过冷度较小 等处择优析出－－－因为需要的过冷度较小． 晶界，滑移带等处择优析出－－－因为需要的过冷度较小．
（4 ）θ相
经更高温度与更延长时间的时效将析出平衡相θ. 经更高温度与更延长时间的时效将析出平衡相
主要特征：
它具有正方点阵， 非共格。 它具有正方点阵，a=b=0.606nm, c=0.487nm，与基体非共格。 ，与基体非共格
脱溶沉淀的作用
析出第二相， 析出第二相，细化晶粒
时效硬化
时效：一切有关性能随时间变化过程统称为时效过程。 时效：一切有关性能随时间变化过程统称为时效过程。 时效硬化：脱溶合金随着脱溶过程硬度升高的现象。 时效硬化：脱溶合金随着脱溶过程硬度升高的现象。 时效过程中Al-Cu 时效过程中 合金的硬度变化 如图所示， 如图所示，从图 可以看出， 可以看出，最大 强化效果是在 θ ′′ 析出阶段， 析出阶段，当 θ ′ 大量形成时， 大量形成时，硬 度开始下降。 度开始下降。
典型固态相变之【过饱和固溶体的分解】………..
第二节
脱溶沉淀的概念： 一、 脱溶沉淀的概念：
过饱和固溶体的分解
脱溶沉淀：固溶体的溶解度随温度变化，合金在高温时是单相， 脱溶沉淀：固溶体的溶解度随温度变化，合金在高温时是单相，冷却到 低温时变成不稳定的过饱和固溶体，它将会脱溶分解。 低温时变成不稳定的过饱和固溶体，它将会脱溶分解。
(b) 170°C，时效 小时 ° ，时效21小时
胞状脱溶过程说明, 胞状脱溶过程说明 Mg8%Al(AZ80)镁合金 镁合金 (a)胞状脱溶前期，170°C， 胞状脱溶前期， ° ， 胞状脱溶前期 时效15小时 时效 小时
3、沉淀过程对显微组织的影响 、
（1）连续均匀沉淀＋局部沉淀： 沉淀开始时先在晶界、滑移带局部沉淀，接着 ）连续均匀沉淀＋局部沉淀： 沉淀开始时先在晶界、滑移带局部沉淀， ；（无析出区 无析出区） 发生晶内均匀沉淀 ；（无析出区） （2）连续沉淀＋不连续沉淀： 晶内发生连续沉淀，而在晶界发生不连续沉淀， ）连续沉淀＋不连续沉淀： 晶内发生连续沉淀，而在晶界发生不连续沉淀， 随时效过程的发展，胞状组织不断扩大，同时沉淀相粗化并球化； 随时效过程的发展，胞状组织不断扩大，同时沉淀相粗化并球化； （3）不连续沉淀： 核在晶界形成后长成胞状组织，不断增大扩展至整体，与此 ）不连续沉淀： 核在晶界形成后长成胞状组织，不断增大扩展至整体， 同时，沉淀相逐步粗化并球化。 同时，沉淀相逐步粗化并球化。
二、脱溶沉淀过程
合金脱溶时遵循一定的脱溶顺序。脱溶合金析出的早期产物及 合金脱溶时遵循一定的脱溶顺序。脱溶合金析出的早期产物及过渡相 脱溶顺序 早期产物 往往与母相是共格和半共格的 通常利用这些弥散析出物使合金硬化， 往往与母相是共格和半共格的，通常利用这些弥散析出物使合金硬化，发 共格 展成所谓时效硬化合金。 展成所谓时效硬化合金。 时效硬化合金
总结： 总结：
过饱和固溶体脱溶沉淀按哪一种方式进行，主要取决于： 过饱和固溶体脱溶沉淀按哪一种方式进行，主要取决于： 固溶体的成分； ① 固溶体的成分； 过饱和程度； ② 过饱和程度； 时效规范； ③ 时效规范； 时效处理前是否施加冷加工变形。 ④ 时效处理前是否施加冷加工变形。
四、沉淀强化机制
沉淀强化是合金重要的强化手段之一，又称析出强化或时效强化。 沉淀强化是合金重要的强化手段之一，又称析出强化或时效强化。 是合金重要的强化手段之一 析出强化
本节重点内容
脱溶沉淀概念 脱溶沉淀过程 脱溶沉淀方式 脱溶沉淀对合金性能的影响
过时效
回归
有些合金时效硬化后加热到稍高的温度,短时间保温后迅速冷却 有些合金时效硬化后加热到稍高的温度 短时间保温后迅速冷却 时效硬 时效硬化后加热到稍高的温度 短时间保温后迅速冷却,时效硬 化效果基本消失,硬度和塑性基本恢复到固溶处理状态 这种现象称为 化效果基本消失 硬度和塑性基本恢复到固溶处理状态,这种现象称为”回 硬度和塑性基本恢复到固溶处理状态 这种现象称为” 归”. 例如: 合金的主要是ＧＰ区和 例如 Al-Cu合金的主要是ＧＰ区和 合金的主要是ＧＰ
生产应用：
有色金属与沉淀强化不锈钢主要的强化手段！ 有色金属与沉淀强化不锈钢主要的强化手段
合金为例 以Al-Cu合金为例 合金
各（过渡）相的结构 过渡）
（１）GP区 区 GP区是溶质原子（Cu）偏聚区 区是溶质原子（ ）偏聚区. 区是溶质原子 主要特征： 主要特征：
晶体结构与基体相同并与基体共格，呈盘状，盘面垂直于基体低弹性 晶体结构与基体相同并与基体共格，呈盘状，盘面垂直于基体低弹性 模量方向 模量方向. 方向 这个产物无法用金相显微 镜观测到， 镜观测到，在1938年有 年有 Guinier和Preston各自分 各自分 和 各自 别借助X射线检测到，所以 借助 射线检测到， 射线检测到 称这类为GP区 称这类为 区。
2、不连续沉淀（胞状脱溶）：析出相和母相之间的溶质浓度变化不连续。 、不连续沉淀（胞状脱溶）：析出相和母相之间的溶质浓度变化不连续。 ）：析出相和母相之间的溶质浓度变化不连续
主要特点： 主要特点：
常在晶界形核，一侧母相保持取向关系，具有共格或半共格界面， 常在晶界形核，一侧母相保持取向关系，具有共格或半共格界面，而 共格 界面 另一侧母相不共格．形核较为困难， 一旦成核，其生长速率很快！ 另一侧母相不共格．形核较为困难， 一旦成核，其生长速率很快！ 不共格
控制脱溶沉淀过程：
在温度为T 的单相区内均匀化 均匀化后 冷却至溶解度T 在温度为 1的单相区内均匀化后，冷却至溶解度 2 以下：沉淀相的体积分数 弥散度由冷却速度控制 体积分数和 控制． 以下：沉淀相的体积分数和弥散度由冷却速度控制． 先进行固溶处理， 急速冷却到室温， 先进行固溶处理，从T1急速冷却到室温，然后重 急速冷却到室温 新加热至两相区保温(时效 使沉淀相得以析出 新加热至两相区保温 时效)使沉淀相得以析出，沉淀 时效 使沉淀相得以析出， 相的体积分数和弥散度由时效温度和保温时间控制． 相的体积分数和弥散度由时效温度和保温时间控制． 体积分数 控制
本质上都是第二相或颗粒与位错交互作用的结果，一般认为有三种强化机理： 本质上都是第二相或颗粒与位错交互作用的结果，一般认为有三种强化机理： 第二相 交互作用的结果 三种强化机理 ①沉淀相颗粒与基体晶格错配→产生应力场，使位错移动阻力↑； 沉淀相颗粒与基体晶格错配→产生应力场，使位错移动阻力↑ 的台阶， ②位错移动切过沉淀相颗粒上，在颗粒边界上形成宽度为b的台阶，增大颗粒的表面 位错移动切过沉淀相颗粒上，在颗粒边界上形成宽度为 的台阶 需要做功； 积，需要做功； ③沉淀相颗粒强度高时，位错线难于切过颗粒，在颗粒处受阻从而留下位错环，需 沉淀相颗粒强度高时，位错线难于切过颗粒，在颗粒处受阻从而留下位错环， 要外力做功。 要外力做功。