CH9 合金的脫溶沉淀與時(shí)效PPT(10級(jí))

1、授課 朱世杰2022-4-191授課 朱世杰2022-4-192 1. 有色金屬及合金熱處理的類(lèi)型，固溶處理、時(shí)效、時(shí)效硬有色金屬及合金熱處理的類(lèi)型，固溶處理、時(shí)效、時(shí)效硬 化、脫溶的基本概念?；⒚撊艿幕靖拍?。 2. 合金的脫溶過(guò)程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。合金的脫溶過(guò)程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。 3. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。 4. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶后的組織。合金過(guò)飽和固溶體脫溶后的組織。 5. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時(shí)的性能變化。合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時(shí)的性能變化。 6. 合金時(shí)效時(shí)產(chǎn)物的強(qiáng)化機(jī)制。合金時(shí)效時(shí)產(chǎn)物的強(qiáng)化機(jī)制。 7. 合金時(shí)

2、效應(yīng)用舉例。合金時(shí)效應(yīng)用舉例。授課 朱世杰2022-4-1931. 概述：有色合金的強(qiáng)化，有色合金熱處理的作用，有色合金熱處理概述：有色合金的強(qiáng)化，有色合金熱處理的作用，有色合金熱處理的類(lèi)型。的類(lèi)型。2.固溶處理、時(shí)效、時(shí)效硬化、脫溶的概念。有色合金固溶處理、時(shí)效、時(shí)效硬化、脫溶的概念。有色合金(以以Al-Cu合金為合金為例例)的時(shí)效過(guò)程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。的時(shí)效過(guò)程和脫溶物的結(jié)構(gòu)。3. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)。合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)。4. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)及其影響因素。合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)及其影響因素。5. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶的類(lèi)型及對(duì)組織的影響

3、。合金過(guò)飽和固溶體脫溶的類(lèi)型及對(duì)組織的影響。6. 合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時(shí)性能變化的規(guī)律及影響因素。合金過(guò)飽和固溶體脫溶轉(zhuǎn)變時(shí)性能變化的規(guī)律及影響因素。7. 合金時(shí)效時(shí)過(guò)飽和固溶體的分解機(jī)制。合金時(shí)效時(shí)過(guò)飽和固溶體的分解機(jī)制。8. 合金時(shí)效時(shí)產(chǎn)物的強(qiáng)化機(jī)制。合金時(shí)效時(shí)產(chǎn)物的強(qiáng)化機(jī)制。 9. 時(shí)效合金的回歸現(xiàn)象。時(shí)效合金的回歸現(xiàn)象。10. 合金元素對(duì)時(shí)效過(guò)程的影響。合金元素對(duì)時(shí)效過(guò)程的影響。授課 朱世杰2022-4-194 金屬分為金屬分為黑色金屬黑色金屬和和有色金屬有色金屬兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。黑色金屬包括鐵、鉻、錳，工業(yè)中主要是黑色金屬包括鐵、鉻、錳，工業(yè)中主要是指鋼鐵材料。而黑色金屬以外的所有

4、金屬指鋼鐵材料。而黑色金屬以外的所有金屬則為有色金屬材料。有色金屬的種類(lèi)很多，則為有色金屬材料。有色金屬的種類(lèi)很多，但工業(yè)上應(yīng)用較多的有色金屬材料主要有但工業(yè)上應(yīng)用較多的有色金屬材料主要有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、鈦及鈦合金、鉛、鋅等。鈦及鈦合金、鉛、鋅等。 有色金屬的強(qiáng)度一般較低。設(shè)法有色金屬的強(qiáng)度一般較低。設(shè)法提高提高有色金屬的強(qiáng)度有色金屬的強(qiáng)度一直是有色冶金工作者的一直是有色冶金工作者的一個(gè)重要課題。一個(gè)重要課題。待待處理的有色金屬鑄件處理的有色金屬鑄件授課 朱世杰2022-4-195 金屬材料多為晶體材料，其強(qiáng)化思想一般分為兩種：金屬材料多

5、為晶體材料，其強(qiáng)化思想一般分為兩種：l盡可能減少晶體中的可動(dòng)位錯(cuò)，抑制位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)，從而使盡可能減少晶體中的可動(dòng)位錯(cuò)，抑制位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)，從而使金屬材料接近金屬晶體的理論理度。金屬材料接近金屬晶體的理論理度。l大大增加晶體缺陷密度，在金屬中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)大大增加晶體缺陷密度，在金屬中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。通常采用的合金化強(qiáng)化、加工硬化和熱處理強(qiáng)運(yùn)動(dòng)的障礙。通常采用的合金化強(qiáng)化、加工硬化和熱處理強(qiáng)化就是主要的工藝手段。化就是主要的工藝手段。 金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制的基本出發(fā)點(diǎn)金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制的基本出發(fā)點(diǎn)是抑制位錯(cuò)源的開(kāi)是抑制位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)，設(shè)法增大金屬中位錯(cuò)滑動(dòng)的阻力，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

6、。阻礙動(dòng)，設(shè)法增大金屬中位錯(cuò)滑動(dòng)的阻力，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的根本原因，是晶體中的點(diǎn)陣缺陷。即位錯(cuò)以各種位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的根本原因，是晶體中的點(diǎn)陣缺陷。即位錯(cuò)以各種形式與各種點(diǎn)陣缺陷交互作用，而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙。形式與各種點(diǎn)陣缺陷交互作用，而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙。 工程中的金屬材料具有形式復(fù)雜多樣的組織狀態(tài)，其工程中的金屬材料具有形式復(fù)雜多樣的組織狀態(tài)，其基本組成部分為基體、界面和第二相。各部分都能以不同的基本組成部分為基體、界面和第二相。各部分都能以不同的形式阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。形式阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 授課 朱世杰2022-4-196目前工業(yè)上主要采用強(qiáng)化方法：目前工業(yè)上主要采用強(qiáng)化方法：l固溶強(qiáng)化

7、固溶強(qiáng)化l細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化l第二相強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化）第二相強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化）l位錯(cuò)強(qiáng)化（形變強(qiáng)化、淬火等）。位錯(cuò)強(qiáng)化（形變強(qiáng)化、淬火等）。 其中其中固溶處理固溶處理+時(shí)效處理時(shí)效處理是有色金屬材料的最重要的強(qiáng)化處是有色金屬材料的最重要的強(qiáng)化處理手段。理手段。授課 朱世杰2022-4-197 純金屬變?yōu)楣倘荏w后，其強(qiáng)度和硬度將升高而塑性將降低，純金屬變?yōu)楣倘荏w后，其強(qiáng)度和硬度將升高而塑性將降低，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化主要是通過(guò)兩個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)：固溶強(qiáng)化主要是通過(guò)兩個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)： 強(qiáng)化機(jī)制為：由于溶質(zhì)原子與基體金屬原子大小不同，因

8、強(qiáng)化機(jī)制為：由于溶質(zhì)原子與基體金屬原子大小不同，因而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)本身的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，從位錯(cuò)本身的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而導(dǎo)致強(qiáng)化。而導(dǎo)致強(qiáng)化。 彈性交互作用是溶質(zhì)原子造成的點(diǎn)陣畸變引起的。溶質(zhì)濃彈性交互作用是溶質(zhì)原子造成的點(diǎn)陣畸變引起的。溶質(zhì)濃度越高，點(diǎn)陣畸變?cè)酱?，?qiáng)化效果越顯著。因而，固溶體強(qiáng)度度越高，點(diǎn)陣畸變?cè)酱?，?qiáng)化效果越顯著。因而，固溶體強(qiáng)度隨溶質(zhì)濃度而增高。隨溶質(zhì)濃度而增高。 間隙溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效應(yīng)遠(yuǎn)比置換式溶質(zhì)原子強(qiáng)烈，其強(qiáng)間隙溶質(zhì)原子

9、的強(qiáng)化效應(yīng)遠(yuǎn)比置換式溶質(zhì)原子強(qiáng)烈，其強(qiáng)化作用約相差化作用約相差10-10010-100倍。倍。授課 朱世杰2022-4-198 有些溶質(zhì)可以降低金屬的層錯(cuò)能，這些溶質(zhì)將在擴(kuò)展位錯(cuò)有些溶質(zhì)可以降低金屬的層錯(cuò)能，這些溶質(zhì)將在擴(kuò)展位錯(cuò)的層錯(cuò)區(qū)集聚，形成所謂的鈴木氣團(tuán)。擴(kuò)展位錯(cuò)滑動(dòng)時(shí)，層錯(cuò)的層錯(cuò)區(qū)集聚，形成所謂的鈴木氣團(tuán)。擴(kuò)展位錯(cuò)滑動(dòng)時(shí)，層錯(cuò)區(qū)將脫離鈴木氣團(tuán)，使層錯(cuò)能增高。為了使擴(kuò)展位錯(cuò)脫離鈴木區(qū)將脫離鈴木氣團(tuán)，使層錯(cuò)能增高。為了使擴(kuò)展位錯(cuò)脫離鈴木氣團(tuán)的釘扎，必須額外增大外加應(yīng)力，表現(xiàn)為金屬屈服強(qiáng)度提氣團(tuán)的釘扎，必須額外增大外加應(yīng)力，表現(xiàn)為金屬屈服強(qiáng)度提高。高。 滑動(dòng)的位錯(cuò)與其他位錯(cuò)交截或進(jìn)行交滑移時(shí)

10、需要束集。由滑動(dòng)的位錯(cuò)與其他位錯(cuò)交截或進(jìn)行交滑移時(shí)需要束集。由于溶質(zhì)使層錯(cuò)能降低，鈴木氣團(tuán)將使層錯(cuò)區(qū)加寬，從而使束集于溶質(zhì)使層錯(cuò)能降低，鈴木氣團(tuán)將使層錯(cuò)區(qū)加寬，從而使束集變得困難，金屬?gòu)?qiáng)度也會(huì)由此而得到提高。變得困難，金屬?gòu)?qiáng)度也會(huì)由此而得到提高。 溶質(zhì)原子通過(guò)與位錯(cuò)的電化學(xué)交互作用而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。溶質(zhì)原子通過(guò)與位錯(cuò)的電化學(xué)交互作用而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子差是形成固溶強(qiáng)化的一個(gè)原因。溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子差是形成固溶強(qiáng)化的一個(gè)原因。溶質(zhì)原子使其附近區(qū)域原子的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此，必然溶質(zhì)原子使其附近區(qū)域原子的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此，必然與位錯(cuò)之間存在電子相互作用，從而強(qiáng)化

11、固溶體。與位錯(cuò)之間存在電子相互作用，從而強(qiáng)化固溶體。 授課 朱世杰2022-4-199 合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力和晶體缺陷，使位錯(cuò)線彎曲，從而使位錯(cuò)滑移的阻力增大在合金組和晶體缺陷，使位錯(cuò)線彎曲，從而使位錯(cuò)滑移的阻力增大在合金組元的原子和位錯(cuò)之間元的原子和位錯(cuò)之間產(chǎn)生的電交互作用產(chǎn)生的電交互作用和和化學(xué)交互作用化學(xué)交互作用，也是固溶，也是固溶強(qiáng)化的原因之一。強(qiáng)化的原因之一。 一種元素的固溶強(qiáng)化作用有時(shí)受溶解度的限制，并且強(qiáng)化效果越大一種元素的固溶強(qiáng)化作用有時(shí)受溶解度的限制，并且強(qiáng)化效果越大的元素，溶解度

12、往往越小。這是因?yàn)楣倘軓?qiáng)化效果大的元素與溶劑的元素，溶解度往往越小。這是因?yàn)楣倘軓?qiáng)化效果大的元素與溶劑原子的體積差、價(jià)電子差，以及其它性能差別也很大，這些正是限原子的體積差、價(jià)電子差，以及其它性能差別也很大，這些正是限制溶解度的因素。因此工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進(jìn)行固溶制溶解度的因素。因此工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進(jìn)行固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化。 總之，總之，影響金屬固溶強(qiáng)化作用的主要原因是錯(cuò)配度和固溶度兩方面，影響金屬固溶強(qiáng)化作用的主要原因是錯(cuò)配度和固溶度兩方面，要綜合考慮。要綜合考慮。此外，固溶強(qiáng)化作用愈大，塑性和韌性下降越明顯，此外，固溶強(qiáng)化作用愈大，塑性和韌性下降越明顯，在固溶強(qiáng)化的同時(shí)

13、，還要考慮對(duì)塑性和韌性的影響。在固溶強(qiáng)化的同時(shí)，還要考慮對(duì)塑性和韌性的影響。 如用于銅合金固溶強(qiáng)化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，它們?cè)谌缬糜阢~合金固溶強(qiáng)化的元素主要有鋅、鋁、錫、鎳等，它們?cè)阢~中的最大溶解度均大于銅中的最大溶解度均大于9.4%9.4%。授課 朱世杰2022-4-1910固溶強(qiáng)化遵循下列規(guī)律固溶強(qiáng)化遵循下列規(guī)律：l 第一，對(duì)同一合金系，固溶體濃度越大，則強(qiáng)化效果越第一，對(duì)同一合金系，固溶體濃度越大，則強(qiáng)化效果越好。好。l 第二，合金組元與基體金屬的原子尺寸差異對(duì)固溶強(qiáng)化第二，合金組元與基體金屬的原子尺寸差異對(duì)固溶強(qiáng)化效果起主要作用原子尺寸差異越大，則替代固溶體的強(qiáng)化效效果起主要作

14、用原子尺寸差異越大，則替代固溶體的強(qiáng)化效果越好。此外，電化學(xué)性能的差異和彈性模量的差異對(duì)固溶果越好。此外，電化學(xué)性能的差異和彈性模量的差異對(duì)固溶強(qiáng)化效果也有一定影響。強(qiáng)化效果也有一定影響。l 第三，對(duì)同一種固溶體，強(qiáng)度隨濃度增加呈曲線關(guān)系升第三，對(duì)同一種固溶體，強(qiáng)度隨濃度增加呈曲線關(guān)系升高。高。 l 第四，第四，工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進(jìn)行固溶強(qiáng)化。工業(yè)上多采用多元微量合金化方法進(jìn)行固溶強(qiáng)化。授課 朱世杰2022-4-1911 晶界因其特殊的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出特殊的性能，當(dāng)晶粒變形時(shí)位錯(cuò)晶界因其特殊的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出特殊的性能，當(dāng)晶粒變形時(shí)位錯(cuò)不能穿越晶界層，晶界成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，進(jìn)而阻礙了材料

15、變形不能穿越晶界層，晶界成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，進(jìn)而阻礙了材料變形的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。 晶界強(qiáng)化機(jī)制是：多晶體中各個(gè)晶粒塑性變形開(kāi)始的先后不同。晶界強(qiáng)化機(jī)制是：多晶體中各個(gè)晶粒塑性變形開(kāi)始的先后不同。由于晶界的存在，引起在晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和塑性變形不由于晶界的存在，引起在晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和塑性變形不協(xié)調(diào)，進(jìn)而在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒在晶界處的連續(xù)協(xié)調(diào)，進(jìn)而在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒在晶界處的連續(xù)性。導(dǎo)致晶界附近引起二次滑移，使位錯(cuò)迅速增殖，形成加工硬化性。導(dǎo)致晶界附近引起二次滑移，使位錯(cuò)迅速增殖，形成加工硬化微區(qū)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。此外由于晶界存在，使滑移位錯(cuò)難以直接穿微

16、區(qū)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。此外由于晶界存在，使滑移位錯(cuò)難以直接穿越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 總之，由于晶界的存在而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，從而使金屬?gòu)?qiáng)化?？傊?，由于晶界的存在而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，從而使金屬?gòu)?qiáng)化。晶界強(qiáng)化的出發(fā)點(diǎn)是增加晶界以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。金屬晶粒越細(xì)，晶晶界強(qiáng)化的出發(fā)點(diǎn)是增加晶界以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。金屬晶粒越細(xì)，晶界越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用越大，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶界越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用越大，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高，表現(xiàn)為強(qiáng)化效果越好。粒越多，金屬塑性變形的抗力越高，表現(xiàn)為強(qiáng)化

17、效果越好。 授課 朱世杰2022-4-1912 晶粒大小與金屬屈服強(qiáng)度的定量關(guān)系晶粒大小與金屬屈服強(qiáng)度的定量關(guān)系，即著名的霍爾，即著名的霍爾-配配奇奇(Hall-Petch)公式。該公式描述了晶界強(qiáng)化的基本規(guī)律，其公式。該公式描述了晶界強(qiáng)化的基本規(guī)律，其形式為形式為 式中式中 s屈服強(qiáng)度；屈服強(qiáng)度； 0單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力(派納派納力力)；d-晶粒直徑。晶粒直徑。 Hall-Petch公式實(shí)質(zhì)上表示了晶界給多晶體塑性變形所帶公式實(shí)質(zhì)上表示了晶界給多晶體塑性變形所帶來(lái)的阻力，克服這種阻力依靠晶體內(nèi)部位錯(cuò)塞積群所形成的來(lái)的阻力，克服這種阻力依靠晶體內(nèi)部位錯(cuò)塞積群所形

18、成的應(yīng)力集中效應(yīng)。應(yīng)力集中效應(yīng)。 細(xì)化晶粒不但是重要的強(qiáng)化機(jī)制，還是理想的韌化方法。細(xì)化晶粒不但是重要的強(qiáng)化機(jī)制，還是理想的韌化方法。因此因此工業(yè)生產(chǎn)中常常采用控制鑄造、軋制及熱處理工藝細(xì)化工業(yè)生產(chǎn)中常常采用控制鑄造、軋制及熱處理工藝細(xì)化晶粒，以達(dá)到強(qiáng)化金屬材料的目的晶粒，以達(dá)到強(qiáng)化金屬材料的目的。210dKss授課 朱世杰2022-4-1913 細(xì)晶強(qiáng)化是通過(guò)向合金中細(xì)晶強(qiáng)化是通過(guò)向合金中加入微量合金元素加入微量合金元素，或，或改變加工工藝改變加工工藝及及熱處理工藝熱處理工藝，使合金基體及沉淀相和過(guò)剩相細(xì)化，既提高合金的，使合金基體及沉淀相和過(guò)剩相細(xì)化，既提高合金的強(qiáng)度，還會(huì)改善合金的塑性和

19、韌性。強(qiáng)度，還會(huì)改善合金的塑性和韌性。 如在變形鋁合金結(jié)晶過(guò)程中，若采取一些強(qiáng)冷措施，如在連續(xù)如在變形鋁合金結(jié)晶過(guò)程中，若采取一些強(qiáng)冷措施，如在連續(xù)澆注鑄錠時(shí)向結(jié)晶器中通水冷卻、向熱的鑄錠上多次噴水激冷等，澆注鑄錠時(shí)向結(jié)晶器中通水冷卻、向熱的鑄錠上多次噴水激冷等，可以提高鑄造的冷卻速度，增大結(jié)晶的過(guò)冷度，結(jié)晶時(shí)一般不會(huì)開(kāi)可以提高鑄造的冷卻速度，增大結(jié)晶的過(guò)冷度，結(jié)晶時(shí)一般不會(huì)開(kāi)裂，但可以有效的細(xì)化晶粒，改善合金的性能。裂，但可以有效的細(xì)化晶粒，改善合金的性能。 鑄造鋁合金鑄造鋁合金通過(guò)改變鑄造工藝（如變質(zhì)處理）及加入微量元素通過(guò)改變鑄造工藝（如變質(zhì)處理）及加入微量元素（如變質(zhì)劑）進(jìn)行變質(zhì)處理的

20、方法來(lái)細(xì)化合金組織，提高強(qiáng)度和韌（如變質(zhì)劑）進(jìn)行變質(zhì)處理的方法來(lái)細(xì)化合金組織，提高強(qiáng)度和韌性。變質(zhì)處理對(duì)不能熱處理或熱處理強(qiáng)化效果不大的鑄造鋁合金和性。變質(zhì)處理對(duì)不能熱處理或熱處理強(qiáng)化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。變形鋁合金具有特別重要的意義。 變形鋁合金變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土等元素，它們能形中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土等元素，它們能形成難熔化合物，在合金結(jié)晶時(shí)作為非自發(fā)晶核，起細(xì)化晶粒作用，成難熔化合物，在合金結(jié)晶時(shí)作為非自發(fā)晶核，起細(xì)化晶粒作用，提高合金的強(qiáng)度和塑性。提高合金的強(qiáng)度和塑性。授課 朱世杰2022-4-1914 目前工業(yè)上使用的合金大都是復(fù)

21、相或多相合金，其顯微組目前工業(yè)上使用的合金大都是復(fù)相或多相合金，其顯微組織為在固溶體基體上分布著第二相織為在固溶體基體上分布著第二相( (過(guò)剩相過(guò)剩相) )。第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化亦稱(chēng)亦稱(chēng)過(guò)剩相強(qiáng)化過(guò)剩相強(qiáng)化，一般為強(qiáng)硬脆的金屬間化合物，它們?cè)诤辖鹬衅穑话銥閺?qiáng)硬脆的金屬間化合物，它們?cè)诤辖鹬衅鹱璧K滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用。阻礙滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用。 第二相強(qiáng)化是指彌散分布于合金基體組織中的第二相粒子第二相強(qiáng)化是指彌散分布于合金基體組織中的第二相粒子可成為阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障礙，是一種用于強(qiáng)化金屬材料的可成為阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障礙，是一種用于強(qiáng)化金屬材料的有效方法之一。有效方法之一。 第二相強(qiáng)化的出

22、發(fā)點(diǎn)是利用第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。第二相強(qiáng)化的出發(fā)點(diǎn)是利用第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 第二相強(qiáng)化的機(jī)制：運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)遇到滑移面上的第二相第二相強(qiáng)化的機(jī)制：運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)遇到滑移面上的第二相粒子時(shí)，或切過(guò)或繞過(guò)，使滑移變形繼續(xù)進(jìn)行。該過(guò)程要消耗粒子時(shí)，或切過(guò)或繞過(guò)，使滑移變形繼續(xù)進(jìn)行。該過(guò)程要消耗額外的能量，故需要提高外加應(yīng)力，所以造成強(qiáng)化。額外的能量，故需要提高外加應(yīng)力，所以造成強(qiáng)化。 授課 朱世杰2022-4-1915 根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理不同，通常將第二相強(qiáng)化進(jìn)一步分為根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理不同，通常將第二相強(qiáng)化進(jìn)一步分為和和兩種，第二相是通過(guò)兩種，第二相是通過(guò)加入合金元素加入合金元素然后經(jīng)過(guò)塑性加工和然后經(jīng)過(guò)

23、塑性加工和熱熱處理形成處理形成，也可通過(guò)，也可通過(guò)粉末冶金等方法粉末冶金等方法獲得。獲得。 ：是指第二相粒子自固溶：是指第二相粒子自固溶體沉淀體沉淀( (或脫溶或脫溶) )而引起的強(qiáng)化效應(yīng)。而引起的強(qiáng)化效應(yīng)。 沉淀強(qiáng)化中第二相粒子可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種沉淀強(qiáng)化中第二相粒子可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強(qiáng)化方式與淬火時(shí)效密切相關(guān)。其物理本質(zhì)是沉淀相粒子及其應(yīng)力強(qiáng)化方式與淬火時(shí)效密切相關(guān)。其物理本質(zhì)是沉淀相粒子及其應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，由于位錯(cuò)切過(guò)第二場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，由于位錯(cuò)切過(guò)第二相，破壞了第二相的結(jié)構(gòu)，增加了新界面，增加了能量的

24、消耗，從相，破壞了第二相的結(jié)構(gòu)，增加了新界面，增加了能量的消耗，從而強(qiáng)化了金屬材料。產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化的條件是第二相粒子能在高溫下而強(qiáng)化了金屬材料。產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化的條件是第二相粒子能在高溫下溶解，并且其溶解度隨溫度降低而下降。溶解，并且其溶解度隨溫度降低而下降。 一般沉淀強(qiáng)化是多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果，但常以共格應(yīng)變強(qiáng)一般沉淀強(qiáng)化是多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果，但常以共格應(yīng)變強(qiáng)化作用為主。因此，峰時(shí)效常出現(xiàn)在能使沉淀相粒子與基體共格應(yīng)化作用為主。因此，峰時(shí)效常出現(xiàn)在能使沉淀相粒子與基體共格應(yīng)變達(dá)到最大程度的時(shí)效階段，即沉淀相粒子與基體的關(guān)系由共格到變達(dá)到最大程度的時(shí)效階段，即沉淀相粒子與基體的關(guān)系由共格到半共

25、格過(guò)渡的時(shí)效階段。半共格過(guò)渡的時(shí)效階段。授課 朱世杰2022-4-1916 時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化又稱(chēng)又稱(chēng)沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化，是有色合金強(qiáng)化的一種重要手段。它，是有色合金強(qiáng)化的一種重要手段。它是通過(guò)合金的固溶處理（淬火），獲得單一的過(guò)飽和固溶體組織，是通過(guò)合金的固溶處理（淬火），獲得單一的過(guò)飽和固溶體組織，然后進(jìn)行時(shí)效的熱處理工藝。然后進(jìn)行時(shí)效的熱處理工藝。 過(guò)飽和固溶體在室溫放置或加熱到某一溫度時(shí)，將在基體中析過(guò)飽和固溶體在室溫放置或加熱到某一溫度時(shí)，將在基體中析出彌散分布的第二相的過(guò)程稱(chēng)作出彌散分布的第二相的過(guò)程稱(chēng)作時(shí)效時(shí)效。 時(shí)效過(guò)程使合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效過(guò)程使合金的強(qiáng)度、硬度增高

26、的現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化或或時(shí)效時(shí)效硬化硬化。時(shí)效過(guò)程中析出均勻，彌散的共格或半共格的亞穩(wěn)相，在基。時(shí)效過(guò)程中析出均勻，彌散的共格或半共格的亞穩(wěn)相，在基體中能形成強(qiáng)烈的應(yīng)變場(chǎng)。體中能形成強(qiáng)烈的應(yīng)變場(chǎng)。 通過(guò)固溶處理和時(shí)效可以將合金的強(qiáng)度提高百分之幾十甚至幾通過(guò)固溶處理和時(shí)效可以將合金的強(qiáng)度提高百分之幾十甚至幾倍。其原因在于熱處理前后第二相的組織形態(tài)發(fā)生了很大變化，而倍。其原因在于熱處理前后第二相的組織形態(tài)發(fā)生了很大變化，而這些變化均有利于合金強(qiáng)化。這些變化均有利于合金強(qiáng)化。授課 朱世杰2022-4-1917幾種有色合金的熱處理強(qiáng)化效果幾種有色合金的熱處理強(qiáng)化效果合金合金鋁合金鋁合金鎂合金鎂合

27、金鈹青銅鈹青銅牌號(hào)牌號(hào)2A012A12ZM5QBe2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度MPa160(退火退火)230(退火退火)180(鑄態(tài)鑄態(tài))180(軟態(tài)軟態(tài))300(淬火自淬火自然時(shí)效然時(shí)效)440(淬火自淬火自然時(shí)效然時(shí)效)440(淬火人淬火人工時(shí)效工時(shí)效)440(淬火人淬火人工時(shí)效工時(shí)效)授課 朱世杰2022-4-1918 ：是指通過(guò)在合金組織中：是指通過(guò)在合金組織中引入彌散分布的硬粒子，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)化的效應(yīng)。引入彌散分布的硬粒子，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)化的效應(yīng)。 彌散強(qiáng)化中第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當(dāng)彌散強(qiáng)化中第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，只

28、能繞過(guò)并留下位錯(cuò)圈。位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，只能繞過(guò)并留下位錯(cuò)圈。 其強(qiáng)化機(jī)制：位錯(cuò)不斷繞過(guò)硬粒子，在粒子周?chē)鋸?qiáng)化機(jī)制：位錯(cuò)不斷繞過(guò)硬粒子，在粒子周?chē)?積累的位錯(cuò)圈積累的位錯(cuò)圈相當(dāng)于一個(gè)位錯(cuò)塞積群，阻礙后續(xù)位錯(cuò)靠近；另一方面相鄰粒子間相當(dāng)于一個(gè)位錯(cuò)塞積群，阻礙后續(xù)位錯(cuò)靠近；另一方面相鄰粒子間距隨著位錯(cuò)圈塞積而減小，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，進(jìn)一步使金屬距隨著位錯(cuò)圈塞積而減小，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，進(jìn)一步使金屬得到強(qiáng)化。得到強(qiáng)化。 通常第二相硬粒子是人為加入的，不溶于基體，本身不變形，通常第二相硬粒子是人為加入的，不溶于基體，本身不變形，位錯(cuò)難于切過(guò)。作為強(qiáng)化相的硬粒子有兩個(gè)基本要求，一是其彈性位錯(cuò)

29、難于切過(guò)。作為強(qiáng)化相的硬粒子有兩個(gè)基本要求，一是其彈性模量要遠(yuǎn)高于基體彈性模量；二是要與基體呈非共格關(guān)系。模量要遠(yuǎn)高于基體彈性模量；二是要與基體呈非共格關(guān)系。 此外，從強(qiáng)化機(jī)制角度也常把合金過(guò)時(shí)效或鋼的回火，作為彌此外，從強(qiáng)化機(jī)制角度也常把合金過(guò)時(shí)效或鋼的回火，作為彌散強(qiáng)化的方法看待。這是從實(shí)用上把強(qiáng)化相粒子是否與基體具有共散強(qiáng)化的方法看待。這是從實(shí)用上把強(qiáng)化相粒子是否與基體具有共格關(guān)系看作區(qū)分彌散強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化的界限。格關(guān)系看作區(qū)分彌散強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化的界限。授課 朱世杰2022-4-1919 第二相的存在一般都使合金的強(qiáng)度升高，其強(qiáng)化效果與第第二相的存在一般都使合金的強(qiáng)度升高，其強(qiáng)化效果與第

30、二相的特性、數(shù)量、大小、形狀和分布均有關(guān)系，還與第二相二相的特性、數(shù)量、大小、形狀和分布均有關(guān)系，還與第二相粒子間距、第二相與基體相的晶體學(xué)匹配情況、界面能、界面粒子間距、第二相與基體相的晶體學(xué)匹配情況、界面能、界面結(jié)合等狀況有關(guān)，這些因素往往又互相聯(lián)系，互相影響，情況結(jié)合等狀況有關(guān)，這些因素往往又互相聯(lián)系，互相影響，情況十分復(fù)雜。十分復(fù)雜。 注意：注意： 在時(shí)效處理時(shí)，當(dāng)?shù)诙喑浞治龀?，?shù)量達(dá)到最多，但第二相在時(shí)效處理時(shí)，當(dāng)?shù)诙喑浞治龀?，?shù)量達(dá)到最多，但第二相粒子還沒(méi)有開(kāi)始長(zhǎng)大，此時(shí)第二相粒子間距最小，合金強(qiáng)度最粒子還沒(méi)有開(kāi)始長(zhǎng)大，此時(shí)第二相粒子間距最小，合金強(qiáng)度最高。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ娱_(kāi)始長(zhǎng)大

31、，且間距也隨之增大，則合金的強(qiáng)高。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ娱_(kāi)始長(zhǎng)大，且間距也隨之增大，則合金的強(qiáng)度開(kāi)始降低。度開(kāi)始降低。 當(dāng)?shù)诙嗟臄?shù)量一定且分布均勻，對(duì)合金有較好的強(qiáng)化作用，當(dāng)?shù)诙嗟臄?shù)量一定且分布均勻，對(duì)合金有較好的強(qiáng)化作用，但會(huì)使合金塑性韌性下降；數(shù)量過(guò)多還會(huì)脆化合金，其強(qiáng)度也但會(huì)使合金塑性韌性下降；數(shù)量過(guò)多還會(huì)脆化合金，其強(qiáng)度也會(huì)下降。會(huì)下降。授課 朱世杰2022-4-1920 位錯(cuò)強(qiáng)化也是金屬中常用的一種強(qiáng)化機(jī)制，主要著眼于位位錯(cuò)強(qiáng)化也是金屬中常用的一種強(qiáng)化機(jī)制，主要著眼于位錯(cuò)數(shù)量與組態(tài)對(duì)塑變抗力的影響。錯(cuò)數(shù)量與組態(tài)對(duì)塑變抗力的影響。 位錯(cuò)強(qiáng)化是指用增加位錯(cuò)密度提高金屬?gòu)?qiáng)度的方法。位錯(cuò)強(qiáng)化是指用

32、增加位錯(cuò)密度提高金屬?gòu)?qiáng)度的方法。 位錯(cuò)強(qiáng)化的機(jī)制位錯(cuò)強(qiáng)化的機(jī)制：提高金屬中位錯(cuò)密度，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)易：提高金屬中位錯(cuò)密度，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯(cuò)纏結(jié)，造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯(cuò)纏結(jié)，造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強(qiáng)度。障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強(qiáng)度。 金屬的塑性變形抗力的增加與位錯(cuò)密度之間有以下關(guān)系：金屬的塑性變形抗力的增加與位錯(cuò)密度之間有以下關(guān)系： 式中式中G-切變模量，切變模量，b-柏氏矢量，柏氏矢量，-強(qiáng)化系數(shù)強(qiáng)化系數(shù)(約為約為0.5)，-位錯(cuò)位錯(cuò)密度。密度。 另外，由于位錯(cuò)組態(tài)的影響，一般面心立

33、方金屬比體心立另外，由于位錯(cuò)組態(tài)的影響，一般面心立方金屬比體心立方金屬位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)大。方金屬位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)大。21Gb授課 朱世杰2022-4-1921 添加合金元素應(yīng)著眼于使塑性變形時(shí)位錯(cuò)易于增殖，或易添加合金元素應(yīng)著眼于使塑性變形時(shí)位錯(cuò)易于增殖，或易于分解，提高金屬材料的加工硬化能力。具體途徑如下：于分解，提高金屬材料的加工硬化能力。具體途徑如下：l 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒。通過(guò)增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)。通過(guò)增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)幾何上需要的位錯(cuò)，同時(shí)還可使晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的數(shù)量誘發(fā)幾何上需要的位錯(cuò)，同時(shí)還可使晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的數(shù)量增多。增多。l 形成第二相粒子形成第

34、二相粒子。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多。過(guò)第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多。l 促進(jìn)淬火效應(yīng)促進(jìn)淬火效應(yīng)。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯(cuò)型。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯(cuò)型亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)l 降低層錯(cuò)能降低層錯(cuò)能。通過(guò)降低層錯(cuò)能，使位錯(cuò)易于擴(kuò)展和形成層。通過(guò)降低層錯(cuò)能，使位錯(cuò)易于擴(kuò)展和形成層錯(cuò)，增加位錯(cuò)交互作用，防止交叉滑移。錯(cuò)，增加位錯(cuò)交互作用，防止交叉滑移。授課 朱世杰2022-4-1922 形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化是金屬材料在冷變形過(guò)程中強(qiáng)度將逐升高的現(xiàn)象。是金屬材料在冷變形過(guò)程中強(qiáng)度將逐升高的現(xiàn)

35、象。 生產(chǎn)金屬材料的主要方法是生產(chǎn)金屬材料的主要方法是塑性加工塑性加工，即在外力作用下使金，即在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形，使其具有預(yù)期的性能、形狀和尺寸。屬材料發(fā)生塑性變形，使其具有預(yù)期的性能、形狀和尺寸。 形變強(qiáng)化的機(jī)理形變強(qiáng)化的機(jī)理是冷變形后金屬內(nèi)部的錯(cuò)密度將大大增加，是冷變形后金屬內(nèi)部的錯(cuò)密度將大大增加，且位錯(cuò)相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu)且位錯(cuò)相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu)( (形變亞晶形變亞晶) )，它們不但阻礙位錯(cuò)，它們不但阻礙位錯(cuò)的滑移，而且使不能滑移的位錯(cuò)數(shù)量劇，從而大大增加了位錯(cuò)滑的滑移，而且使不能滑移的位錯(cuò)數(shù)量劇，從而大大增加了位錯(cuò)滑移的難度并使強(qiáng)度提高。移的難度并使強(qiáng)度提高。 對(duì)

36、有色合金進(jìn)行冷塑性變形，利用金屬的加工硬化效應(yīng)提高對(duì)有色合金進(jìn)行冷塑性變形，利用金屬的加工硬化效應(yīng)提高合金強(qiáng)度。形變強(qiáng)化在工業(yè)上具有廣泛的實(shí)用價(jià)值，幾乎適用于合金強(qiáng)度。形變強(qiáng)化在工業(yè)上具有廣泛的實(shí)用價(jià)值，幾乎適用于所有的有色金屬材料，并且是純金屬、單相固溶體合金和不能熱所有的有色金屬材料，并且是純金屬、單相固溶體合金和不能熱處理強(qiáng)化的有色合金的主要強(qiáng)化方法。處理強(qiáng)化的有色合金的主要強(qiáng)化方法。授課 朱世杰2022-4-1923 有色金屬及其合金的半成品或制有色金屬及其合金的半成品或制品的生產(chǎn)工藝流程如右圖，可以看出品的生產(chǎn)工藝流程如右圖，可以看出熱處理是有色金屬的重要組成部分，熱處理是有色金屬的

37、重要組成部分，沒(méi)有熱處理工序，板帶材的生產(chǎn)就不沒(méi)有熱處理工序，板帶材的生產(chǎn)就不能進(jìn)行能進(jìn)行 。 有色金屬及其合金的熱處理可依有色金屬及其合金的熱處理可依工藝性能和使用性能的不同而異。主工藝性能和使用性能的不同而異。主要有要有鑄錠的均勻化退火鑄錠的均勻化退火、壓力加工過(guò)壓力加工過(guò)程中的退火程中的退火（去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退（去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火）、火）、成品的熱處理成品的熱處理（固溶處理及時(shí)（固溶處理及時(shí)效），效），形變熱處理形變熱處理也有一定的應(yīng)用。也有一定的應(yīng)用。有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程授課 朱世杰2022-4-1924 有色合金的熱處理作用有以下幾有色合金的

38、熱處理作用有以下幾個(gè)方面?zhèn)€方面： (1) 改善工藝性能，保證后道工序改善工藝性能，保證后道工序順利進(jìn)行。如鑄錠的均勻化退火可以順利進(jìn)行。如鑄錠的均勻化退火可以改善合金成分和組織的均勻性，消除改善合金成分和組織的均勻性，消除內(nèi)應(yīng)力，從而改善熱加工性能。中間內(nèi)應(yīng)力，從而改善熱加工性能。中間退火可以使合金發(fā)生再結(jié)晶，改善合退火可以使合金發(fā)生再結(jié)晶，改善合金的塑性變形能力。金的塑性變形能力。 (2) 提高使用性能，充分發(fā)揮材料提高使用性能，充分發(fā)揮材料的潛力。如鋁合金合金經(jīng)固溶處理及的潛力。如鋁合金合金經(jīng)固溶處理及時(shí)效后可以提高合金的強(qiáng)度。時(shí)效后可以提高合金的強(qiáng)度。 有色金屬及合金的生產(chǎn)工藝流程有色金

39、屬及合金的生產(chǎn)工藝流程授課 朱世杰2022-4-1925有色金屬及合金熱處理主要類(lèi)型有：有色金屬及合金熱處理主要類(lèi)型有： (一一) 均勻化退火均勻化退火 (二二) 基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火 (三三) 基于固態(tài)相變的退火基于固態(tài)相變的退火 (四四) 形變熱處理形變熱處理 (五五) 固溶處理（淬火）和時(shí)效固溶處理（淬火）和時(shí)效 授課 朱世杰2022-4-1926 用于消除或減少鑄態(tài)合金非平衡態(tài)的熱處理。其用于消除或減少鑄態(tài)合金非平衡態(tài)的熱處理。其是通是通過(guò)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱以使原子充分?jǐn)U散，使合金：過(guò)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱以使原子充分?jǐn)U散，使合金： (1) 充分提高鑄件的力學(xué)性能，保證一定

40、的塑性，提高合金充分提高鑄件的力學(xué)性能，保證一定的塑性，提高合金抗拉強(qiáng)度和硬度，改善合金的切削加工性能等；抗拉強(qiáng)度和硬度，改善合金的切削加工性能等； (2) 消除由于鑄件壁厚不均勻，快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力；消除由于鑄件壁厚不均勻，快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力； (3) 穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)生體積脹大現(xiàn)象；生體積脹大現(xiàn)象； (4) 改善和消除鑄錠或鑄件在冶金過(guò)程中形成的偏析和針狀改善和消除鑄錠或鑄件在冶金過(guò)程中形成的偏析和針狀組織，實(shí)現(xiàn)合金成分均勻化，改善合金的組織和力學(xué)性能；組織，實(shí)現(xiàn)合金成分均勻化，改善合金的組織和力學(xué)

41、性能； (5) 改善第二相的形狀和分布，提高合金的塑性，改善加工改善第二相的形狀和分布，提高合金的塑性，改善加工性能和使用性能。性能和使用性能。授課 朱世杰2022-4-1927 工業(yè)生產(chǎn)的冷卻條件下，鑄造組織的不平衡特征表現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的冷卻條件下，鑄造組織的不平衡特征表現(xiàn)： 基體固溶體成分不均勻，產(chǎn)生晶內(nèi)偏析或枝晶偏析，組織基體固溶體成分不均勻，產(chǎn)生晶內(nèi)偏析或枝晶偏析，組織上不均勻性增加，其組織呈現(xiàn)樹(shù)枝晶狀；上不均勻性增加，其組織呈現(xiàn)樹(shù)枝晶狀； 形成偽共晶、離異共晶組織；形成偽共晶、離異共晶組織； 在某些情況下，平衡狀態(tài)為單相成分的合金可能出現(xiàn)非平在某些情況下，平衡狀態(tài)為單相成分的合金可能出現(xiàn)

42、非平衡的第二相，而多相合金過(guò)剩相的數(shù)量會(huì)增多。衡的第二相，而多相合金過(guò)剩相的數(shù)量會(huì)增多。 可溶相在基體中的最大固溶度發(fā)生偏移?？焖倌虝r(shí)，高可溶相在基體中的最大固溶度發(fā)生偏移。快速凝固時(shí)，高溫形成的不均勻固溶體，由于合金元素濃度高的部分在冷卻時(shí)溫形成的不均勻固溶體，由于合金元素濃度高的部分在冷卻時(shí)不能進(jìn)行充分?jǐn)U散，來(lái)不及從固溶體中平衡析出，則此部分固不能進(jìn)行充分?jǐn)U散，來(lái)不及從固溶體中平衡析出，則此部分固溶體就會(huì)呈飽和狀態(tài)，從而擴(kuò)大了合金元素的固溶度極限，得溶體就會(huì)呈飽和狀態(tài)，從而擴(kuò)大了合金元素的固溶度極限，得到過(guò)飽和狀態(tài)的固溶體。到過(guò)飽和狀態(tài)的固溶體。 晶粒間還有氣孔和顯微縮孔、非金屬夾雜，它

43、們都能使晶晶粒間還有氣孔和顯微縮孔、非金屬夾雜，它們都能使晶粒彼此隔絕，從而阻礙擴(kuò)散過(guò)程。粒彼此隔絕，從而阻礙擴(kuò)散過(guò)程。授課 朱世杰2022-4-1928對(duì)鑄造狀態(tài)合金的性能的影響，主要表現(xiàn)：對(duì)鑄造狀態(tài)合金的性能的影響，主要表現(xiàn)： 若發(fā)生枝晶偏析和組織中出現(xiàn)非平衡脆性相，則合金塑性若發(fā)生枝晶偏析和組織中出現(xiàn)非平衡脆性相，則合金塑性明顯降低，特別在枝晶網(wǎng)胞邊緣生成連續(xù)的粗大脆性化合物網(wǎng)明顯降低，特別在枝晶網(wǎng)胞邊緣生成連續(xù)的粗大脆性化合物網(wǎng)狀殼層時(shí)，合金的塑性將急劇下降。狀殼層時(shí)，合金的塑性將急劇下降。 對(duì)于鑄件來(lái)說(shuō)，非平衡組織狀態(tài)有些情況下對(duì)合金的耐蝕對(duì)于鑄件來(lái)說(shuō)，非平衡組織狀態(tài)有些情況下對(duì)合金

44、的耐蝕性能是不利的。晶內(nèi)偏析也使合金的抗蝕性能降低。性能是不利的。晶內(nèi)偏析也使合金的抗蝕性能降低。 粗大的枝晶和嚴(yán)重的枝晶偏析可能在隨后的鑄造坯料粗大的枝晶和嚴(yán)重的枝晶偏析可能在隨后的鑄造坯料(鑄錠鑄錠)進(jìn)行軋制及擠壓時(shí)，具有不同化學(xué)成分的各顯微區(qū)域拉長(zhǎng)并形進(jìn)行軋制及擠壓時(shí)，具有不同化學(xué)成分的各顯微區(qū)域拉長(zhǎng)并形成帶狀組織。產(chǎn)生各向異性和增加晶間斷裂傾向。成帶狀組織。產(chǎn)生各向異性和增加晶間斷裂傾向。 非平衡組織狀態(tài)對(duì)鑄件使用過(guò)程中組織和性能的穩(wěn)定性都非平衡組織狀態(tài)對(duì)鑄件使用過(guò)程中組織和性能的穩(wěn)定性都是不利的。是不利的。授課 朱世杰2022-4-1929均勻化退火時(shí)的主要組織變化均勻化退火時(shí)的主要

45、組織變化 ： 由于溫度高、原子擴(kuò)散速度快，主要的組織變化是枝晶偏由于溫度高、原子擴(kuò)散速度快，主要的組織變化是枝晶偏析消除或減少析消除或減少 ，沿晶界分布的非平衡共晶體及其他非平衡相將，沿晶界分布的非平衡共晶體及其他非平衡相將被溶解，使合金溶質(zhì)濃度逐漸均勻化。被溶解，使合金溶質(zhì)濃度逐漸均勻化。Cu-Ni合金均勻化退火前后的顯微組織和微區(qū)分析合金均勻化退火前后的顯微組織和微區(qū)分析(a) 鑄態(tài)枝晶偏析組織鑄態(tài)枝晶偏析組織 (b)擴(kuò)散退火后的組織擴(kuò)散退火后的組織 (c)微區(qū)分析微區(qū)分析授課 朱世杰2022-4-1930 均勻化退火均勻化退火對(duì)區(qū)域偏析的影響卻極其微弱。對(duì)于區(qū)域偏析需擴(kuò)散時(shí)間之對(duì)區(qū)域偏析

46、的影響卻極其微弱。對(duì)于區(qū)域偏析需擴(kuò)散時(shí)間之久，這是生產(chǎn)條件所不容許的，因?yàn)橄齾^(qū)域偏析需要晶間相互擴(kuò)散，這種久，這是生產(chǎn)條件所不容許的，因?yàn)橄齾^(qū)域偏析需要晶間相互擴(kuò)散，這種晶間擴(kuò)散也因受到晶界夾雜及空隙等的阻礙而難以實(shí)現(xiàn)。晶間擴(kuò)散也因受到晶界夾雜及空隙等的阻礙而難以實(shí)現(xiàn)。 均勻化退火時(shí)還可能發(fā)生晶粒的長(zhǎng)大、過(guò)飽和固溶體的分解、第二相均勻化退火時(shí)還可能發(fā)生晶粒的長(zhǎng)大、過(guò)飽和固溶體的分解、第二相的聚集與球化、相的轉(zhuǎn)變和淬火效應(yīng)等變化。的聚集與球化、相的轉(zhuǎn)變和淬火效應(yīng)等變化。 均勻化退火時(shí)基體無(wú)多型性轉(zhuǎn)變的合金，一般不會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，均勻化退火時(shí)基體無(wú)多型性轉(zhuǎn)變的合金，一般不會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象

47、，但發(fā)生多型性轉(zhuǎn)變的合金晶?？赡艽只Ｔ谀軣崽幚韽?qiáng)化的工業(yè)鎂、鋁、銅但發(fā)生多型性轉(zhuǎn)變的合金晶?？赡艽只Ｔ谀軣崽幚韽?qiáng)化的工業(yè)鎂、鋁、銅合金中，第二相在基體中的溶解度隨溫度的變化而變化。合金中，第二相在基體中的溶解度隨溫度的變化而變化。 在均勻化退火溫度下仍處于過(guò)飽和的固溶體，在均勻化保溫過(guò)程中還會(huì)在均勻化退火溫度下仍處于過(guò)飽和的固溶體，在均勻化保溫過(guò)程中還會(huì)發(fā)生飽和的固溶體分解，析出過(guò)剩相。發(fā)生飽和的固溶體分解，析出過(guò)剩相。 多組元合金中，不同組元所形成的相在固溶體中的固溶度與溫度的關(guān)系多組元合金中，不同組元所形成的相在固溶體中的固溶度與溫度的關(guān)系具有不同的變化規(guī)律。在通常所選擇的均勻化退火溫

48、度下，主要的過(guò)剩相在具有不同的變化規(guī)律。在通常所選擇的均勻化退火溫度下，主要的過(guò)剩相在固溶體中有很高的固溶度，因此它們將發(fā)生溶解。固溶體中有很高的固溶度，因此它們將發(fā)生溶解。 在快冷條件下形成飽和固溶體，在均勻化退火時(shí)，則第二相在均勻化退在快冷條件下形成飽和固溶體，在均勻化退火時(shí)，則第二相在均勻化退火的加熱和保溫階段就會(huì)從固溶體中析出。火的加熱和保溫階段就會(huì)從固溶體中析出。 授課 朱世杰2022-4-1931 金屬及合金因冷變形而造成的組織與性質(zhì)處于熱力學(xué)亞穩(wěn)定金屬及合金因冷變形而造成的組織與性質(zhì)處于熱力學(xué)亞穩(wěn)定狀態(tài)，組織和亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，內(nèi)能增高，強(qiáng)度和硬度增大，塑狀態(tài)，組織和亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化

49、，內(nèi)能增高，強(qiáng)度和硬度增大，塑性減小，有時(shí)還出現(xiàn)織構(gòu)。冷變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由性減小，有時(shí)還出現(xiàn)織構(gòu)。冷變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增加，會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程，織構(gòu)也會(huì)發(fā)生于原子活動(dòng)能力增加，會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程，織構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，從而在一定程度上消除冷變形造成的亞穩(wěn)定狀態(tài)。這種熱變化，從而在一定程度上消除冷變形造成的亞穩(wěn)定狀態(tài)。這種熱處理方法稱(chēng)為處理方法稱(chēng)為基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火。 意義意義在于使不穩(wěn)定狀態(tài)通過(guò)釋放能量而逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在于使不穩(wěn)定狀態(tài)通過(guò)釋放能量而逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，消除金屬及合金因冷變形而造成的組織，在結(jié)構(gòu)、性能等方面恢消

50、除金屬及合金因冷變形而造成的組織，在結(jié)構(gòu)、性能等方面恢復(fù)或基本恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。復(fù)或基本恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。 目的目的是提高金屬塑性，以利于后續(xù)工序順利進(jìn)行；滿足產(chǎn)品是提高金屬塑性，以利于后續(xù)工序順利進(jìn)行；滿足產(chǎn)品使用性能要求，以獲取塑性與強(qiáng)度性能的配合，良好的耐蝕性和使用性能要求，以獲取塑性與強(qiáng)度性能的配合，良好的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性等。尺寸穩(wěn)定性等。 授課 朱世杰2022-4-1932 冷變形金屬加熱退火時(shí)會(huì)發(fā)生冷變形金屬加熱退火時(shí)會(huì)發(fā)生回復(fù)回復(fù)、再結(jié)晶再結(jié)晶和和晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大等過(guò)程，等過(guò)程，經(jīng)完全再結(jié)晶的金屬，其組織和性能將回復(fù)到平衡狀態(tài)。經(jīng)完全再結(jié)晶的金屬，其組織和性能將回復(fù)到平衡狀

51、態(tài)。 根據(jù)加熱退火根據(jù)加熱退火時(shí)，冷變形金屬所時(shí)，冷變形金屬所發(fā)生過(guò)程的實(shí)質(zhì)，發(fā)生過(guò)程的實(shí)質(zhì)，可將這類(lèi)退火分為可將這類(lèi)退火分為回復(fù)退火回復(fù)退火和和再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。 授課 朱世杰2022-4-1933冷變形金屬加熱退火時(shí)的組織變化冷變形金屬加熱退火時(shí)的組織變化授課 朱世杰2022-4-1934 這是一種以固態(tài)金屬合金經(jīng)高溫保溫和冷卻所發(fā)生的擴(kuò)散這是一種以固態(tài)金屬合金經(jīng)高溫保溫和冷卻所發(fā)生的擴(kuò)散型相變?yōu)榛A(chǔ)的熱處理。與基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火的區(qū)別在型相變?yōu)榛A(chǔ)的熱處理。與基于回復(fù)、再結(jié)晶的退火的區(qū)別在于后者不發(fā)生任何固態(tài)相變，而前者的先決條件和基本過(guò)程是于后者不發(fā)生任何固態(tài)相變

52、，而前者的先決條件和基本過(guò)程是擴(kuò)散型固態(tài)相變。由于擴(kuò)散型固態(tài)相變的類(lèi)型很多，如多晶型擴(kuò)散型固態(tài)相變。由于擴(kuò)散型固態(tài)相變的類(lèi)型很多，如多晶型性轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、加熱時(shí)的第二相的溶解等，對(duì)合金的組織性轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、加熱時(shí)的第二相的溶解等，對(duì)合金的組織和性能影響很大，這類(lèi)退火應(yīng)用比較廣泛。和性能影響很大，這類(lèi)退火應(yīng)用比較廣泛。 如圖中如圖中C0成分的合金，加熱時(shí)有成分的合金，加熱時(shí)有相的相的溶解，因而溶解，因而固溶體的濃度增大；在冷卻固溶體的濃度增大；在冷卻過(guò)程中有過(guò)程中有相從相從相中析出，相中析出，固溶體的濃固溶體的濃度減小。若固溶度隨溫度升高而減小，則度減小。若固溶度隨溫度升高而減小，則加熱和冷

53、卻時(shí)將發(fā)生與上述情況相反的變加熱和冷卻時(shí)將發(fā)生與上述情況相反的變化（加熱時(shí)有第二相的析出，冷卻時(shí)發(fā)生化（加熱時(shí)有第二相的析出，冷卻時(shí)發(fā)生第二相的溶解）。第二相的溶解）。 授課 朱世杰2022-4-1935 在發(fā)生脫溶的情況下，脫溶相的大小與脫溶溫度有關(guān)。在發(fā)生脫溶的情況下，脫溶相的大小與脫溶溫度有關(guān)。 可以通過(guò)合適的可以通過(guò)合適的熱處理工藝，使復(fù)相合金中獲得不同大小和分布的第二相，以得到所需的性熱處理工藝，使復(fù)相合金中獲得不同大小和分布的第二相，以得到所需的性能，這就是所謂多相化退火。能，這就是所謂多相化退火。 工業(yè)上應(yīng)用的許多有色金屬材料，如硬鋁、鎂鋁合金、鈹青銅以及鎳鉻工業(yè)上應(yīng)用的許多有色

54、金屬材料，如硬鋁、鎂鋁合金、鈹青銅以及鎳鉻系合金等，都是以固溶體為基體的復(fù)相合金。它們的共同特點(diǎn)是：固溶度隨系合金等，都是以固溶體為基體的復(fù)相合金。它們的共同特點(diǎn)是：固溶度隨溫度降低而減小，在緩冷時(shí)有第二相從固溶體中析出，而加熱時(shí)有第二相溶溫度降低而減小，在緩冷時(shí)有第二相從固溶體中析出，而加熱時(shí)有第二相溶解。解。 第二相的相對(duì)量一般不超過(guò)整個(gè)合金體積的第二相的相對(duì)量一般不超過(guò)整個(gè)合金體積的10%15%，第二相溶解或析，第二相溶解或析出時(shí)不會(huì)引起合金組織的根本改變，但適當(dāng)?shù)乜刂萍訜岷屠鋮s工藝，可以獲出時(shí)不會(huì)引起合金組織的根本改變，但適當(dāng)?shù)乜刂萍訜岷屠鋮s工藝，可以獲得不同濃度的基體相，并改變第二相

55、的大小、形狀和分布，從而使合金得到得不同濃度的基體相，并改變第二相的大小、形狀和分布，從而使合金得到不同的性能。不同的性能。 如果設(shè)法使固溶體基體達(dá)到盡可能低的濃度，第二相粒子及其間距又足如果設(shè)法使固溶體基體達(dá)到盡可能低的濃度，第二相粒子及其間距又足夠大，則合金將發(fā)生軟化，即多相化軟化。為達(dá)到這種軟化目的而采取的熱夠大，則合金將發(fā)生軟化，即多相化軟化。為達(dá)到這種軟化目的而采取的熱處理工藝就是多相化退火。處理工藝就是多相化退火。 授課 朱世杰2022-4-1936 完全退火是將已產(chǎn)生部分淬火硬化的合金加熱至相變臨界點(diǎn)完全退火是將已產(chǎn)生部分淬火硬化的合金加熱至相變臨界點(diǎn)（如圖（如圖4-22中的中的

56、t0）以上的溫度保溫，使合金變成單相固溶體，）以上的溫度保溫，使合金變成單相固溶體，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷）。然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷）。 不完全退火則是加熱至相變臨界點(diǎn)一下的某一適當(dāng)溫度保溫，不完全退火則是加熱至相變臨界點(diǎn)一下的某一適當(dāng)溫度保溫，然后較快冷卻（一般為空冷）。然后較快冷卻（一般為空冷）。 完全退火可以最大限度地消除淬火硬化，使合金完全軟化；完全退火可以最大限度地消除淬火硬化，使合金完全軟化；不完全退火只能部分消除淬火硬化，使合金部分軟化。不完全退火只能部分消除淬火硬化，使合金部分軟化。 完全退火和不完全退火的具體加熱溫度、保溫時(shí)間以及冷卻完全退火和不完全退火的具體加熱溫度

57、、保溫時(shí)間以及冷卻速度即可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。速度即可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。 授課 朱世杰2022-4-1937 硬鋁硬鋁2A12合金合金在不同溫度加熱然后爐冷或空冷，其抗拉強(qiáng)在不同溫度加熱然后爐冷或空冷，其抗拉強(qiáng)度如圖所示，退火溫度對(duì)度如圖所示，退火溫度對(duì)2A12合金冷軋材最終強(qiáng)度的影響合金冷軋材最終強(qiáng)度的影響1爐冷至爐冷至200；2空冷空冷 。 該合金的軟化溫度是：完全退火約該合金的軟化溫度是：完全退火約380400，不完全退火，不完全退火約約350370 。 若溫度太低，淬火硬化不能若溫度太低，淬火硬化不能充分消除，合金的硬度仍然較高；充分消除，合金的硬度仍然較高；若溫度過(guò)高，由于強(qiáng)化相若溫度過(guò)高，由

58、于強(qiáng)化相S相和相和相的溶解和隨后冷卻時(shí)的不充分相的溶解和隨后冷卻時(shí)的不充分析出，固溶體的濃度較高，這也析出，固溶體的濃度較高，這也會(huì)減弱退火軟化的作用。會(huì)減弱退火軟化的作用。 授課 朱世杰2022-4-1938： 在實(shí)際生產(chǎn)中，變形合金（如變形鋁合金）在熱軋后、第一在實(shí)際生產(chǎn)中，變形合金（如變形鋁合金）在熱軋后、第一次冷軋之前，很少采用純粹的多相化退火工藝，而往往是將多次冷軋之前，很少采用純粹的多相化退火工藝，而往往是將多相化退火與消除部分冷加工硬化的退火結(jié)合起來(lái)，這就是通常相化退火與消除部分冷加工硬化的退火結(jié)合起來(lái)，這就是通常所說(shuō)的預(yù)備退火和坯料退火。所說(shuō)的預(yù)備退火和坯料退火。 例如，鋁合金

59、熱軋板坯的終軋溫度一般為例如，鋁合金熱軋板坯的終軋溫度一般為280330 ，在不，在不采用中溫軋制的條件下，熱軋后通常是空冷至更低的溫度。采用中溫軋制的條件下，熱軋后通常是空冷至更低的溫度。 對(duì)于熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金，這種工藝不僅會(huì)產(chǎn)生加工硬對(duì)于熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金，這種工藝不僅會(huì)產(chǎn)生加工硬化，而且會(huì)引起部分淬火硬化。為了便于冷軋，一般都需要進(jìn)化，而且會(huì)引起部分淬火硬化。為了便于冷軋，一般都需要進(jìn)行預(yù)備退火。行預(yù)備退火。 授課 朱世杰2022-4-1939 復(fù)相合金的耐蝕性與第二相的大小、形狀和分布有關(guān)。利復(fù)相合金的耐蝕性與第二相的大小、形狀和分布有關(guān)。利用多相化退火，可使合金獲得一定大小

60、和分布的第二相，從而用多相化退火，可使合金獲得一定大小和分布的第二相，從而提高合金的耐蝕性。提高合金的耐蝕性。 若采用適當(dāng)?shù)淖冃喂に?，并輔之以恰當(dāng)?shù)亩嘞嗷嘶鹗谷舨捎眠m當(dāng)?shù)淖冃喂に?，并輔之以恰當(dāng)?shù)亩嘞嗷嘶鹗瓜嘣诰?nèi)和晶界均勻分布，就可以提高合金的耐蝕性。相在晶內(nèi)和晶界均勻分布，就可以提高合金的耐蝕性。 如如5A06合金，在其最后冷加工之前先加熱至合金，在其最后冷加工之前先加熱至320 進(jìn)行多進(jìn)行多相化退火，可使相化退火，可使相幾乎均勻地分布于鋁基固溶體晶粒之內(nèi)，相幾乎均勻地分布于鋁基固溶體晶粒之內(nèi)，從而使合金的耐蝕性得到明顯的改善。從而使合金的耐蝕性得到明顯的改善。 授課 朱世杰2022-4