有色金屬材料之鋁合金(編輯修改稿)
2025-01-19 14:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)以 Al－ Cu合金為例說明脫溶轉(zhuǎn)變的過程 ： 從 Al－ Cu合金相圖可知，該合金室溫組織由 α固溶體和 θ相（ CuAl2）構(gòu)成，加熱到 550℃ 保溫，使 θ溶入 α，得單相 α固溶體，如果淬火快冷，便得到過飽和 α固溶體，然后再加熱到130℃ 保溫進行時效處理，隨時間的延長，將發(fā)生下列析出過程（析出序列）： α → GP區(qū) → θ// → θ/ → θ其中 G P區(qū)、 θ //、 θ /為亞穩(wěn)定相。 ： 1938年， X射線結(jié)構(gòu)分析方法各自獨立發(fā)現(xiàn)， Al－ Cu合金單晶體自然時效時在基體的 {100}面上偏聚了一些銅原子，構(gòu)成了富銅的碟狀薄片（約含銅 90％），其厚度為 ～ ，直徑為～ 。 1）） ：區(qū)： 為紀念這兩位發(fā)現(xiàn)者，將這種兩維原子偏聚區(qū)命名為 ?，F(xiàn)在人們把其他合金中的偏聚區(qū)也成為 。 ： 在電子顯微鏡下觀察呈圓盤狀，直徑約為 8nm，厚度約為 ～ 。 ： ，其形核率與晶體中非均勻分布的位錯無關，而強烈依賴于淬火所保留下來的空位濃度（因為空位能幫助溶質(zhì)原子遷移）。 凡凡是能增加空位濃度的因素均能促進是能增加空位濃度的因素均能促進 。例如：固溶溫度越高，冷卻速度越快，則淬火后固溶體保留的空位就越多，有利于增加 。 ： W cu為 ，是溶質(zhì)原子富集區(qū)，它在母相的 {100}晶面上形成，點陣與基體 α 相相同（fcc）并與 α 相完全共格。過渡相的形狀與尺寸 ： AlCu合金中有 θ ’’和 θ ’兩種過渡相。 θ ’’呈圓片狀或碟形，直徑為 30nm，厚度為 2nm。而θ ’是光學顯微鏡下觀察到的第一個脫溶產(chǎn)物，也呈圓片狀或碟形，尺寸為 100nm數(shù)量級。 2）） 過渡相過渡相 ：： 過渡相的晶體結(jié)構(gòu)與界面 ： 過渡相往往與基體共格或部分共格，且有一定的結(jié)晶學位向關系。由于過渡相與基體之間的結(jié)構(gòu)存在差異，因而其形核功較大。為了降低應變能和界面能，過渡相往往會在位錯，小角晶界、層錯以及空位團等處不均勻形核。 因此，其形核速率將受材料中位因此，其形核速率將受材料中位錯密度的影響錯密度的影響 。 此外，過渡相還可能在 。 θ’’ 相為正方點陣 ： a＝ b＝ ， c＝ ， θ’’ 相基本是均勻形核，分布均勻且與基體完全共格，它與基體的位向關系為 {100}θ’’ //{100}基體 。與 相比，在 θ’’ 相周圍會產(chǎn)生更大的共格應變，故其強化效果也比 。 θ’ 相為正方點陣 ： a＝ b＝ ， c＝ ，它與基體部分共格，與基體的位向關系為 {100}θ’ //{100}基體 。 θ’ 相的具體成分為 ，很接近平衡相 θ （ CuAl2）。 θ 也是正方點陣： a＝ b＝ ， c＝ ，一般與基體不共格，但亦存在一定的結(jié)晶學位向關系，其界面能高，形核功也高。為減小形核功，往往在晶界處形核，所以平衡相形核是不均勻的。 2）） 平衡相平衡相 ：： 課堂提問： 實驗研究指出，不少合金時效時，往往先析出亞穩(wěn)定的過渡相，而不直接析出平衡相這是為什么？提示： 從能量與相的穩(wěn)定性方面考慮。解 答： 這是因為平衡相與基體相之間往往是非共格界面，而 過渡相和基體相之間是共格或半共格 。 由于共格相界的界面能最低，且相變初期界面能是抑制相變的主要因素，所以形核功小 ，這就意味著時效過程中容易先析出過渡相，只有在一定的條件下才由亞穩(wěn)定的過渡相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡相。另外， 過渡相在成分上更接近于基體相，形核時所需的成分起伏小 ，這也是過渡相容易形成的原因之一。合金成分和時效溫度對脫溶過程的影響：、合金成分和時效溫度對脫溶過程的影響： 1）同一時效溫度下不同成分合金的脫溶序列的差異：）同一時效溫度下不同成分合金的脫溶序列的差異： 當時效溫度為 t1時， C C2和 C1三種成分的合金分別處于、過渡相穩(wěn)定區(qū)以及平衡相穩(wěn)定區(qū)。也就是，說，在 t1溫度下時效， C3合金可能析出、過渡相和平衡相； C2合金可能析出過渡相和平衡相； C1合金只能析出平衡相。 二 元 亞 穩(wěn) 相 圖結(jié)論： 同一時效溫度下，溶質(zhì)濃度高的合金容易析出 區(qū)和過渡相。 2）） 同一成分的合金在不同時效溫度下脫溶序列的差異同一成分的合金在不同時效溫度下脫溶序列的差異 ：： 二 元 亞 穩(wěn) 相 圖時， t1溫度下，三種結(jié)構(gòu)的脫溶產(chǎn)物均可析出； t2溫度下，只能析出過渡相和平衡相； t3溫度下，只能析出平衡相。 結(jié)論： 同一成分的合金，時效溫度越高，越容易析出平衡相。 如圖所示，將 C3合金分別在 t t2和 t3三種溫度時效脫溶產(chǎn)物的空間共存性和時間共存性問題：、脫溶產(chǎn)物的空間共存性和時間共存性問題： 同一成分的合金在一定的合金下時效時，由于多晶體各部位的晶體完善程度和能量水平不同，故在同一時期不同晶體部位可能出現(xiàn)不同的脫溶產(chǎn)物。例如，在晶內(nèi)廣泛出現(xiàn) ，晶界等處可能出現(xiàn)平衡相。 時效時間對脫溶過程的影響：、時效時間對脫溶過程的影響： 如圖所示：在 130℃ 時效時，隨著時效時間的延長，不同脫溶時期的產(chǎn)物與硬度的對應關系。開始時， 成后硬度上升，然后達到穩(wěn)定。 長時間時效后， ， θ//相形成使硬度有重新上升。當 θ//相溶解而形成 θ/相時，硬度開始下降，出現(xiàn)過時效。鋁銅合金 130℃ 時效時的硬度與時間的關系實例： 兩級時效在制備高強度合金中的應用兩級時效在制備高強度合金中的應用 ：：
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