金属材料及热处理 04 淬火与时效
时间：2025-04-20
金属材料与热处理
第五章 无多型性转变合金的 淬火与时效Quenching and aging in the alloys without allotropic transformation in matrix
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五、无多型性转变合金的淬火与时效5. 1 概述 5. 2 固溶处理
5. 3 过饱和固溶体分解机制1、脱溶过程的热力学基础 2、脱溶过程的相变驱动力及其在自由能-成分曲线上的表征 3、不形核自发分解(Spinodal 分解) 4、按形核长大机制分解的固溶体脱溶
5. 4 脱溶序列 5. 5 脱溶产物的组织特征 5. 6 时效前后合金性能的变化 5. 7 影响时效过程及材料性能的因素 5. 8 淬火(固溶处理)与时效的工艺规程 5. 9 小结
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5. 1 概述1、 基本概念：淬火——高温快冷至低温，建立低温下的亚 稳态，形成过饱和固溶体的过程。 两种情
况有多型性和无多型性。时效(回火)——亚稳过饱和固溶体分解， 时效与回火区别在于 基体转变与否？铝、 铜、钛和钢铁 。
2、工艺形式：大多数情况下淬火+ 时效，但是也存在仅有 淬火(自然时效)和仅有时效(挤后冷即
淬)的情况
淬火
时效
3、目的与应用：淬火(固溶处理)——获得过饱和固溶体：i、时效前的预处理；ii、冷加工前的中 间处理，消除加工硬化，消除脆硬相的有害影响；iii、最终热处理(固溶处理); 时效——使过饱和固溶体分解(脱溶、沉淀),用作最终热处理，调整组织性能。
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4、组织变化：淬火(固溶处理)——可溶相溶解，形成过饱和 固溶体，基体发生回复、再结晶与晶粒长大； 时效——过饱和固溶体分解(脱溶、沉淀),粗 化，产生强化相颗粒，基体晶粒一般无明显变化。
5、性能变化：淬火(固溶处理),分三种情况： i、若原始组织中第二相弥散且硬，固溶后强度下 降，塑性保持或提高(第二相沉淀强化大于固溶 强化); ii、若原始组织中第二相粗大、不弥散，固溶后强 度提高(第二相沉淀强化小于固溶强化) ; iii、若原始组织中第二相脆硬，且沿晶界或网胞 呈网状分布，固溶后强度、塑性都会有明显提高 (第二相沉淀强化大于固溶强化，例如，铸造合 金的固溶处理)。 时效——如图所示。
淬火
时效
强 度 、 硬 度
温度或时间
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5.2 固溶处理(只讨论基体无多型性变化的情况) 固溶过程的热力学分析只要基体的固溶度随温度变化即可。铝、 T L
镁、铜、镍合金均可。
合金固溶处理前后性能的变化分析不同合金性能变化会不相同，与合金成 分、原始组织、淬火工艺、淬火后组织 等有关： 一些合金处理后，其强度提高而塑性降
T1
+
T2
低；但有些合金相反，也有些合金的性
A
C2
C0
C1
B
能变化不大。 基体无多型性转变的合金固溶处理后急
固溶处理的应用1、获得过饱和固溶体。 2、可作为在某些合金如QBe 、Cr18Ni9 等冷变形前的软化处 理(中间退火)。 3、最终热处理提高综合性能(ZL301)。
剧强化及明显降低塑性的现象很少。 但对于铸造合金而言，可以起到提高强
度和塑性，调节性能的作用。
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5.3 过饱和固溶体分解机制1、 脱溶过程的热力学基础
TT1 T2 G G(T2) a b C1
这里，以一个具有混合间隙的A-B 二元合金系为解说对象，以便我们
能较全面地了解过饱和固溶体分解 的相变驱动力和脱溶过程。
a
s1
s2
b
对于处于ab之间成分的合金，其过 饱和固溶体都会发生分解，自发分
解成αa+αb两相组织。
G(T1)B
然而，过饱和固溶体的脱溶可以以 两种不同类型的转变来完成： G (C2)——不形核自发分解 (Spinodal分解);
A
C2
( 1 ) 成 份 处 于 s1s2 之 间 的 合 金
G(T) s1 a s2 b B
( 2 ) 成 份 处 于 s1s2 之 外 的 合 金
(C1)——以形核长大过程的分解 A
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2、脱溶过程的相变驱动力及其在自由能-成分曲线上的表征
相变驱动力是脱溶过程发生前后的体系自由能变化(差)
在温度T下，C0合金单相固溶体α摩尔自由 能为G0,析出少量成分C2脱溶晶核， α相成 分降至C1,二者摩尔自由能分别为G2 、 G1 。 若脱溶相摩尔数n1而脱溶后α基体的为n2, ΔG=G(析出后)-G(析出前) =(n1G1+n2G2)-( n1+n 2)G0
若脱溶相和基体成分均匀，由杠杆定律有，n1/n 2 =(G2-G0)/ (G0-G1) 两式合并，则有， ΔG=n2 {(G2-G0)- (C2-C0)[ (G0-G1)/ (C0-C1)]} 当C2成分的脱溶相很少时， C1→C0, (G0-G1)/ (C0-C1)→(dG/dC)c0 因此，ΔGV= ΔG/ n2 = (G2-G0)- (C2-C0) (dG/dC)c0 , 则， G2-G0=AE, (C2-C0) (dG/dC)c0 =BE, 故ΔG=AB
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3、不形核自发分解(Spinodal 分解) 拐点或旋点(Spinodal point)可能出现Spinodal分解的合金系有：Al-Zn、AuNi、Au-Pt、Nb-V、Zr-Nb、Cr-W、 Cu-Ni、CuRb、Ir-Pt等，其相图都存在 如图所示的混溶间 隙，析出相仅成分与母相存在差异，结构相同。 如图所示，自由能成分曲线必然存在其二阶导 数d2G/dC2=0的点，即s1和s2两个点，可称之 为拐点或旋点(Spinodal point),成分在两拐 点 间 ， d2G/dC2<0 , 而 在 两 拐 点 以 外 ， d2G/dC2>0。若将不同温度下的自由能成分曲 线的拐点的成分位置相应地表示在相图上，则 可得到旋点线(RKV),过冷到旋点线以下的 固溶体 …… 此处隐藏：2915字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……
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