第三章 合金的时效

1、第三章第三章 合金的时效合金的时效 20世纪初叶，德国工程师A.维尔姆研究硬铝时发现，这种合金淬火后硬度不高，但在室温下放置一段时间后，硬度便显著上升，这种现象后来被称为沉淀硬化。 这一发现在工程界引起了极大兴趣。随后人们相继发现了一些可以采用时效处理进行强化的铝合金、铜合金和铁基合金，开创了一条与一般钢铁淬火强化有本质差异的新的强化途径时效强化时效强化。 绝大多数进行时效强化的合金，原始组织都是由一种固溶体和某些金属化合物所组成。固溶体的溶解度随温度的上升而增大。在时效处理前进行淬火，就是为了在加热时使尽量多的溶质溶入固溶体，随后在快速冷却中溶解度虽然下降，但过剩的溶质来不及从固溶体中分析出

2、来，而形成过饱和固溶体。 为达到这一目的而进行的淬火常称为固溶热处理固溶热处理。 时效时效时间效应所引起的合金性能变化。时间效应所引起的合金性能变化。脱溶（时效的实质）脱溶（时效的实质）-从过饱和固溶体中析出第二相从过饱和固溶体中析出第二相( (沉淀相沉淀相) )或形成溶质原或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程。属扩散型相变。子聚集区以及亚稳定过渡相的过程。属扩散型相变。第一节第一节 时效概念时效概念过饱和过饱和固溶体固溶体析出析出固溶处理固溶处理饱和饱和固溶体析出相固溶体析出相（固溶淬火）（固溶淬火）（弥散细小的硬质点）（弥散细小的硬质点）固溶处理固溶处理速冷速冷人工时效人工时效自然时

3、效自然时效Tt AB过饱和过饱和饱和饱和析出相析出相基本条件：基本条件：有固溶度变化曲线（随有固溶度变化曲线（随T降低而减小）降低而减小）形成有限固溶体形成有限固溶体生产应用：生产应用：有色金属及沉淀硬化不锈钢等强化的主要手段。有色金属及沉淀硬化不锈钢等强化的主要手段。 AB共析转变共析转变、结构不同，不属于脱溶。结构不同，不属于脱溶。第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程以Al-Cu合金的沉淀过程为例： 先形成结构相同并保持共格关系的富铜区，即G.P.区；随后过渡到成分及结构与相近的相和相，同时共格关系逐渐破坏，最后形成非共格的、具有正方结构的相。第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程1、G

4、.P区形成区形成：在若干个原子层范围内的溶质原子富集区。在若干个原子层范围内的溶质原子富集区。G.P区特点区特点1)过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度很快，均匀分布；很快，均匀分布；2)晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相保持共格关系；母相保持共格关系；3)热力学上亚稳热力学上亚稳性能变化性能变化 硬度上升硬度上升G.P区形状区形状一般：溶质一般：溶质/溶剂原子半径差大，溶剂原子半径差大， 弹性应变能大，以盘状析出；弹性应变能大，以盘状析出； 溶质溶质/溶剂原子半径差小，溶剂原子半径差小， 弹性应变能小，以球状析出。

5、弹性应变能小，以球状析出。第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程2、相形成相形成 如将Al-Cu合金在较高温度下时效，G.P.区直径急剧长大，且铜原子和铝原子逐渐形成规则排列，即正方有序化结构。称作相（G.P.II区）第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程3、相的形成 继续增加时效时间或提高时效温度，例如将Al-4Cu合金时效温度提高到200，时效12h，过度相转变为过度相。第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程 4、相的形成 进一步提高时效温度和延长时效时间， 相即过渡到平衡相（CuAl2）。 相属于体心正方有序化结构，因为其与基体完全失去共格关系，合金

6、硬度和强度显著下降。第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程 4.044.044.044.047.85.86.0666.0664.787相相abc与基体关系与基体关系共格共格半共格半共格非共格非共格晶格常数单位：埃晶格常数单位：埃第二节第二节 脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程中性能变化：第三节第三节 脱溶沉淀后的显微组织及性能脱溶沉淀后的显微组织及性能 对同一成分的合金而言，影响其时效强化效果的主要工艺参数有固溶加热温度和冷却速度、时效处理温度和时间以及时效前的塑性变形等。下面以Cu-Ag-Cr高强高导铜合金的时效析出过程中显微组织及其性能的变化，解释和说明这个问题。 Cu-Ag-Cr合金是

7、针对电气化铁路用纯铜接触线高温强度不足而开发研制出的新型铜合金，即通过固溶处理使Cr元素过饱和溶入铜基体中，在随后进行的时效过程中，Cr从铜基体中析出且呈弥散分布，从而达到提高铜合金高温强度的目的。第三节第三节 脱溶沉淀后的显微组织及性能脱溶沉淀后的显微组织及性能一、固溶态一、固溶态Cu-Ag-Cr合金显微组织及性能合金显微组织及性能 图3.6为Cu-Cr二元合金相图。由Cu-Cr相图可以看出，Cr在Cu中的最大固溶度是07，800时的固溶度为0.15，而室温下Cr在Cu中的固溶度几乎为零，因此Cr具有强烈的时效作用，Cr的加入可以达到时效强化的目的。 图3.7 Cu-0.1Ag-0.1Cr经870 xlh固溶处理后，显微组织第三节第三节 脱溶沉淀后的显微组织及性能脱溶沉淀后的显微组织及性能二、形变对固溶态合金性能的影响 第三节第三节 脱溶沉淀后的显微组织及性能脱溶沉淀后的显微组织及性能三、时效对Cu-Ag-Cr合金电导率和硬度的影响第三节第三节 脱溶沉淀后的显微组织及性能脱溶沉淀后的显微组织及性能四、形变时效对