过饱和固溶体课堂PPT

1、.18-3 过饱和固溶体的分解过饱和固溶体的分解+tt1t2wb/%c0mn具有脱溶转变的合金相图具有脱溶转变的合金相图脱溶沉淀：脱溶沉淀：由过饱和固溶体由过饱和固溶体析出新相的过程。析出新相的过程。条件：条件：固溶体的溶解度随温固溶体的溶解度随温度的降低发生变化。度的降低发生变化。方式：方式：平衡析出平衡析出 时效析出时效析出时效析出时效析出时效处理时效处理固溶处理固溶处理人工时效人工时效自然时效自然时效.2一一. 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程al-cu合金合金时效图合金合金时效图 （a）130 （b）190时效：时效：过饱和固溶体在等温过程中，硬度随等温时间过饱和固溶体在等温过程中，硬度随等温

2、时间的延长而升高的现象。的延长而升高的现象。以以al-cu合金为例。合金为例。.3al-cu合金相图合金相图.4名称名称实实 质质形形 貌貌界面结构界面结构gp区区溶质原子溶质原子（cu）的）的偏聚区偏聚区al100晶向弹性模量小，晶向弹性模量小，cu偏聚偏聚在在相的相的100晶面，直径晶面，直径8nm，厚度，厚度0.3-0.6nm。共格共格无明显界面无明显界面”相相介稳相介稳相立方点阵立方点阵cual2，直径，直径30-150nm，厚，厚度度2-10nm。惯习面：惯习面：100（001）”（001） 101”100共格共格相相介稳相介稳相立方点阵立方点阵cual2，直径，直径100nm圆盘状

3、圆盘状惯习面与位相关系同上。惯习面与位相关系同上。半共格半共格相相平衡相平衡相立方点阵立方点阵cual2非共格非共格0 1+gp区区 2+” 3+ 4+.5cual2相结构相结构.6cual2相形貌相形貌（a）gp区区（b）” 相相（c） 相相（d） 相相.7一些合金的脱溶沉淀一些合金的脱溶沉淀.8二二. 沉淀方式沉淀方式 连续沉淀连续沉淀 沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。沉淀过程中邻近沉淀物的母相溶质浓度连续变化。 特点：特点：（1）生成相与母相结构、点阵常数相近；）生成相与母相结构、点阵常数相近； （2）共格或半共格界面；）共格或半共格界面； （3）针状或条状。）针状或条状。连

4、续沉淀连续沉淀均匀沉淀均匀沉淀局部沉淀：晶界、位错、孪晶界等局部沉淀：晶界、位错、孪晶界等.92. 不连续沉淀不连续沉淀 从过饱和固溶体析出沉淀相和饱和固溶体。从过饱和固溶体析出沉淀相和饱和固溶体。特点：特点：（1）晶界形核；）晶界形核； （2）一侧共格或半共格界面，另一侧非共格；）一侧共格或半共格界面，另一侧非共格； （3）胞状。）胞状。.103. 沉淀过程中显微组织的变化沉淀过程中显微组织的变化母相母相过饱和固溶体过饱和固溶体（1）连续均匀沉淀加局部沉淀连续均匀沉淀加局部沉淀（2）连续沉淀加不均匀沉淀连续沉淀加不均匀沉淀（3）不）不连续沉淀连续沉淀.114. 无析出区无析出区 固溶处理的过

5、饱和空位在晶界淹没，溶质原子难以扩散，固溶处理的过饱和空位在晶界淹没，溶质原子难以扩散，第二相无法析出。第二相无法析出。alge合金合金.12三三. 脱溶沉淀热力学脱溶沉淀热力学gg2g0g3g1ax1x0 x2x3xbabc脱溶沉淀热力学图脱溶沉淀热力学图在一定温度下：在一定温度下：0（x0） 1（x1）+ 2（x2） 0212211gnngngng 0（x0） 1（x1）+ （x3） ba段，段，g0 0313311gnngngng ac段，段，g0合金（合金（x2）：）：g20022 xg022 xg调幅分解的必要条件调幅分解的必要条件.182. 调幅分解的必要条件调幅分解的必要条件（1

6、）梯度能：梯度能：调幅分解时，固溶体中产生尺寸很小调幅分解时，固溶体中产生尺寸很小的溶质原子贫化区和富化区，随着分解的进行，在贫的溶质原子贫化区和富化区，随着分解的进行，在贫化区和富化区之间的浓度梯度越来越大，从而影响原化区和富化区之间的浓度梯度越来越大，从而影响原子间的化学键，使原子的化学位升高，这部分能量称子间的化学键，使原子的化学位升高，这部分能量称为梯度能。为梯度能。（2）弹性应变能：弹性应变能：调幅分解时，固溶体的点阵常数调幅分解时，固溶体的点阵常数随化学成分变化而变化，如果贫化区和富化区保持共随化学成分变化而变化，如果贫化区和富化区保持共格，必然使点阵畸变而引起共格应变能。格，必然

7、使点阵畸变而引起共格应变能。 梯度能和弹性应变能都是调幅分解的阻力，驱动梯度能和弹性应变能都是调幅分解的阻力，驱动力必须大于阻力，才能发生调幅分解。力必须大于阻力，才能发生调幅分解。.19六六. 沉淀相粗化沉淀相粗化 cr2cr1距离距离浓度浓度沉淀相附近溶质原子浓度分布沉淀相附近溶质原子浓度分布吉布斯吉布斯-汤姆逊汤姆逊(gibbs-thompson)方程：方程： rtrvccer/2exp ：沉沉淀淀相相曲曲率率半半径径：温温度度：气气体体常常数数：沉沉淀淀相相摩摩尔尔体体积积：界界面面能能母母相相平平衡衡浓浓度度界界面面处处母母相相浓浓度度rtrvcr :c:e可以看到：界面处母相浓度与

8、曲率半径成反比。可以看到：界面处母相浓度与曲率半径成反比。.20假定：假定： r2cr1所以：在浓度梯度的驱使下，溶质原子由沉淀相所以：在浓度梯度的驱使下，溶质原子由沉淀相2向沉淀相向沉淀相1扩散。扩散。 扩散的结果破坏了界面浓度平衡。扩散的结果破坏了界面浓度平衡。 为了保持平衡，沉淀相为了保持平衡，沉淀相2溶解放出溶质原子，溶解放出溶质原子，沉淀相沉淀相1长大吸收溶质原子。长大吸收溶质原子。结果：结果：小颗粒消失，大颗粒粗化。小颗粒消失，大颗粒粗化。.21七七. 沉淀强化机制沉淀强化机制 1. mott, n.f.-nabarro, f.r.n.理论理论沉淀颗粒引起的晶格畸变，增大位错滑移阻

9、力。沉淀颗粒引起的晶格畸变，增大位错滑移阻力。 brf/62/32/1 ：沉淀相切变模量：沉淀相切变模量r：沉淀相半径：沉淀相半径f：沉淀相的体积分数：沉淀相的体积分数：错配度函数：错配度函数b：柏氏矢量的模：柏氏矢量的模.222. kelly, a.-nicholson, r.b.理论理论切过理论切过理论 颗粒强度较低时，位错切过沉淀相，增加界面面颗粒强度较低时，位错切过沉淀相，增加界面面积，产生反向畴界能。积，产生反向畴界能。位错切过模型位错切过模型rfb /2 bfd/2 .233. orowan, e.理论理论 绕过理论绕过理论 颗粒强度较高时，位错运动受阻，发生弯曲，直颗粒强度较高时，位错运动受阻，发生弯曲，直到相遇，分成一个