合金的时效课件

第三章第三章 合金的时效合金的时效聊城大学材料学院 由由A A、B B两两组组元元组组成成的的合合金金，B B在在A A中中的的固固溶溶度度是是有有限限的的，并且随温度的降低而减小。如图示。并且随温度的降低而减小。如图示。固固溶溶处处理理：如如果果把把这这种种合合金金加加热热到到固固溶溶度度曲曲线线以以上上的的某某一一温温度度并并保保持持足足够够长长的的时时间间，使使溶溶质质元元素素（元元素素B B）充充分分溶溶入入固固溶溶体体（相相）中中，然然后后予予以以快快速速冷冷却却，以以抑抑制制这这些些元元素素重重新新析析出出，致致使使室室温温下下获获得得一一个个过过饱饱和和固固溶溶体体，这这种热处理称为固溶处理或固溶淬火。种热处理称为固溶处理或固溶淬火。析析出出：指指某某些些合合金金的的过过饱饱和和固固溶溶体体在在室室温温下下放放置置或或将将它它加加热热到到一一定定温温度度，溶溶质质原原子子会会在在固固溶溶体体点点阵阵中中的的一一定定区区域内聚集或组成第二相的现象。析出又称为沉淀域内聚集或组成第二相的现象。析出又称为沉淀 时时效效：适适当当温温度度，在在析析出出过过程程中中，合合金金的的机机械械性性能能、物物理理性性能能、化化学学性性能能等等随随之之发发生生变变化化，这这种种现现象象称称为为时时效效，本质是从过饱和固溶体析出弥散相。本质是从过饱和固溶体析出弥散相。时时效效硬硬化化：一一般般情情况况下下，在在析析出出过过程程中中，合合金金的的硬硬度度或或强强度度会会逐逐渐渐升升高高，这这种种现现象象称称为为时时效效硬硬化化或或时时效效强强化化，也可称为沉淀硬化或沉淀强化。也可称为沉淀硬化或沉淀强化。时时效效合合金金：能能够够发发生生时时效效现现象象的的合合金金称称为为时时效效型型合合金金或简称为时效合金。或简称为时效合金。成成为为这这种种合合金金的的基基本本条条件件：一一是是能能形形成成有有限限固固溶溶体体；二是其固溶度随着温度的降低而减小。二是其固溶度随着温度的降低而减小。时时效效处处理理如如采采用用室室温温下下放放置置的的方方法法进进行行，则则称称为为自自然然时时效效或或室室温温时时效效；如如采采用用加加热热到到一一定定温温度度的的方方式式，则则称为人工时效。称为人工时效。成成核核与与长长大大型型析析出出又又可可分分为为两两个个小小类类：一一是是析析出出物物的的晶晶体体结结构构与与母母相相的的相相同同，而而析析出出物物的的成成分分则则与与母母相相的的不不同同；二二是是析析出出物物和和母母相相不不但但在在晶晶体体结结构构上上，而而且且在在成成分上都不相同。分上都不相同。对对时时效效合合金金而而言言，析析出出物物和和母母相相的的晶晶体体结结构构和和成成分分都都不不相相同同的的系系列列的的合合金金更更有有意意义义，由由于于析析出出物物和和母母相相的的晶晶体体结结构构和和成成分分都都不不相相同同，所所以以在在析析出出时时所所产产生生的的时时效效现现象一般是较为显著的。象一般是较为显著的。3.13.1析出过程的热力学析出过程的热力学铝合金的热处理铝合金的热处理 可热处理强化变形铝合金的热可热处理强化变形铝合金的热 处理方法：处理方法：固溶处理固溶处理 +时效时效。固溶处理固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。温，以析出弥散强化相的热处理。固溶热处理固溶热处理 (solution treatmentsolution treatment)淬火淬火(quenchquench)時效处理時效处理(aging treatmentaging treatment)在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效（自然时效（natural aging）；在加热条件下进行的时效称在加热条件下进行的时效称人工时效（人工时效（artificial aging ）时效强化效果与时效强化效果与加热温度加热温度和和保温时间保温时间有关。有关。温温度度一一定定时时,随随时时效效时时间间延延长长,时时效效曲曲线线上上出出现现峰峰值值,超超过峰值时间过峰值时间,析出相聚集长大析出相聚集长大,强度下降强度下降,为为过时效过时效。随时效温度提高，峰值强随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间度下降，出现峰值的时间提前。提前。含含4%Cu铝合铝合金的时效曲线金的时效曲线 铝合金的时效强化与其在时效过程中所产生的组织有铝合金的时效强化与其在时效过程中所产生的组织有关。以关。以AlAl4%Cu4%Cu合金为例。该合金在室温时的平衡组合金为例。该合金在室温时的平衡组织为织为+CuAl+CuAl2 2（CuAlCuAl2 2即为平衡相即为平衡相），），加热到固相线加热到固相线以上，第二相以上，第二相CuAlCuAl2 2完全溶入完全溶入固溶体中，淬火后获得固溶体中，淬火后获得在铝中的过饱和固溶体，有自发分解的倾向。当给予在铝中的过饱和固溶体，有自发分解的倾向。当给予一定温度与时间条件时便要发生分解。包括以下四个一定温度与时间条件时便要发生分解。包括以下四个阶段：阶段：1 1）时效初期时效初期 铜原子偏聚于铜原子偏聚于固溶体的固溶体的100100晶面上，形成铜原子富集区，称为晶面上，形成铜原子富集区，称为GPGP区。区。2 2）随着时间的延长或温度的提高随着时间的延长或温度的提高，在，在GP1GP1区的基础上铜原子进一步偏聚，称为区的基础上铜原子进一步偏聚，称为GPGP。GPGP区可视为中间过渡相，常用区可视为中间过渡相，常用表示，使合金得到进一步强化。表示，使合金得到进一步强化。3 3）随着时效过程的进一步发展随着时效过程的进一步发展，铜原子在，铜原子在GP GP 区继续偏聚，形成过渡相区继续偏聚，形成过渡相，晶格晶格畸变减轻，合金的硬度开始下降。畸变减轻，合金的硬度开始下降。4 4）时效后期时效后期，过渡相，过渡相完全从母相完全从母相中脱中脱溶，形成平衡相溶，形成平衡相，使合金的强度、硬度进一步使合金的强度、硬度进一步降低，即所谓降低，即所谓“过时效过时效”。AlAl4%Cu4%Cu合金时效的基本过程可以概括为：合金时效的基本过程可以概括为：合金淬火合金淬火过饱和过饱和固溶体固溶体形成铜原子富集区形成铜原子富集区（GPGP区）区）铜原子富集区有序化（铜原子富集区有序化（GPGP区）区）形成过渡相形成过渡相析出平衡相析出平衡相（CuAlCuAl2 2）+平衡的平衡的固溶体。固溶体。时效温度时效温度越高越高，原子的活动能力原子的活动能力越强越强，达到峰值时达到峰值时效所需的时间效所需的时间越短越短，峰值硬度峰值硬度较低温时效的低较低温时效的低。4%Cu的的Al-Cu合金，加热到合金，加热到550并保温一段并保温一段时间后时间后,在水中快冷时在水中快冷时,相相(CuAl2)来不及析来不及析出出,合金获得过饱和的合金获得过饱和的 固溶体组织固溶体组织,其强度其强度为为b250MPa。若在室温下放置若在室温下放置,随着时间的延续随着时间的延续,强度将逐强度将逐渐提高渐提高,经经45天后天后,b可达可达400MPa。一一般般而而言言，在在固固溶溶体体析析出出情情况况中中，临临界界晶晶核核尺尺寸寸和和临临界界晶晶核核形形成成功功也也是是随随着着体体积积自自由由能能差差值值的的增增加加而而减减小小的的。在在时时效效温温度度相相等等的的条条件件下下，随随着着溶溶质质元元素素含含量量的的增增加加，即即随随着着固固溶溶体体过过饱饱和和度度的的增增加加，析析出出物物的的临临界界尺尺寸寸是是减减小小的的，在在溶溶质质元元素素含含量量相相等等的的情情况况下下，随随着着时时效效温温度度的的降降低低，临临界界晶晶核核尺尺寸寸是是减减小小的的，这这是是因因为为固固溶溶体体过饱和度增加的缘固。过饱和度增加的缘固。过饱和固溶体、溶解度过饱和固溶体、溶解度固溶处理固溶处理时时效效：过过饱饱和和固固溶溶体体在在室室温温或或较较高高温温度度保保留留一段时间，有第二相从基体中析出的过程。一段时间，有第二相从基体中析出的过程。固态相变固态相变一、一、脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程脱溶沉淀过程受脱溶沉淀过程受溶质扩散溶质扩散控制，在沉淀过程控制，在沉淀过程中可能形成一系列中可能形成一系列介介稳定稳定相相（过渡相）。（过渡相）。概述概述固态相变固态相变Al-CuAl-Cu合金合金室温平衡组织为：室温平衡组织为：（AlAl2 2CuCu）的实际过程要经过形成三个中间的实际过程要经过形成三个中间相来完成，相来完成，在较低的温度下时效的脱溶沉在较低的温度下时效的脱溶沉淀顺序为淀顺序为：固态相变固态相变(1)GP(1)GP区区GPGP区区是是溶溶质质原原子子(Cu)(Cu)偏偏聚聚区区，在在100100面面上上偏偏聚聚。此此区区内内晶晶体体结结构构与与基基体体相相同同并并与与基基体体共共格，无明显界面格，无明显界面。GPGP区区是是19381938年年GuinierGuinier和和PrestonPreston各各自自独独立立用用X X射线衍射发现的，故称射线衍射发现的，故称GPGP区。区。(2)(2)相相随随着着时时效效时时间间的的延延长长，将将形形成成介介稳稳相相,成成分分接接近近于于AlAl2 2Cu,Cu,正正方方点点阵阵。可可能能是是GPGP区区溶溶解解再再析析出出形形成成，亦亦可可由由GPGP区区转转化化。呈呈盘盘状状，与与母母相相有有一一定定取取向向关关系系。这这种种盘盘状状共共格格沉沉淀淀物物在在基基体体内内产产生生较较大大弹弹性性应应变变，可可使使合合金金明明显强化。显强化。固态相变固态相变，随随着着时时效效温温度度的的升升高高和和时时间间的的延延长长，将将析析出出介介稳稳相相。成成分分近近似似AlAl2 2CuCu，正正方方点点阵阵,但但轴轴比比c/ac/a相相对对于于 下下降降，与与基基体体的的界界面面为为半半共共格关系格关系。(3)(3)相相经经更更高高温温度度或或更更长长时时间间的的时时效效,将将析析出出平平衡衡相相,成成分分为为AlAl2 2CuCu，正正方方点点阵阵，轴轴比比c/ac/a相相对对于于 又又下降。下降。与基体非共格，界面能较高与基体非共格，界面能较高。(4)(4)相相固态相变固态相变时时效效过过程程中中，最最大大强强化化效效果果是是在在 析析出出阶阶段段，当当 大大量量形形成成时时，硬硬度度开开始始下下降降，称称为为过时效过时效。回归现象：回归现象：时时效效强强化化后后的的AlCu合合金金，加加热热到到稍稍高高温温度度，短短时时保保温温再再迅迅速速冷冷却却，时时效效硬硬化化效效果果基基本本消消失失，硬硬度度和和塑塑性性基基本本恢恢复复到到固固溶溶处处理理状状态态，称称为为回回归归。实实质质是是GP区区和和 的的加加热回溶。热回溶。2.2.不连续沉淀不连续沉淀从从过过饱饱和和固固溶溶体体中中同同时时形形成成饱饱和和的的 固固溶溶体体与与 相相,两两相相耦耦合合生生长长。饱饱和和的的 相相和和母母相相之之间间溶溶质质浓浓度度不不连连续续。不不连连续续沉沉淀淀物物通通常常在在界面形核。界面形核。固态相变固态相变二、二、沉淀方式沉淀方式1.1.连续沉淀连续沉淀沉沉淀淀过过程程中中邻邻近近沉沉淀淀物物的的母母相相溶溶质质浓浓度度连连续续变变化。多呈针状或条状，相互按一定交角分布。化。多呈针状或条状，相互按一定交角分布。三、沉淀强化机制三、沉淀强化机制固态相变固态相变通通过过热热处处理理实实现现的的强强化化，称称为为沉沉淀淀强强化化、析析出出硬硬化化或或时时效效硬硬化化;通通过过粉粉末末烧烧结结实实现现的的强强化化，称称为为弥弥散散强强化化、颗颗粒粒强强化化。本本质质上上都都是是由由于于分分散性颗粒与位错交互作用散性颗粒与位错交互作用而产生的强化。而产生的强化。机制：机制：1.1.切过机制切过机制2.2.绕过机制绕过机制3.23.2析出过程（脱溶沉淀过程）析出过程（脱溶沉淀过程）（一）实际析出过程（一）实际析出过程 过过饱饱和和固固溶溶体体发发生生析析出出后后，将将变变为为饱饱和和固固溶溶体体和和析析出出物物，一一般般是是指指平平衡衡析析出出过过程程（即即达达到到了了最最终终状状态态）而而言言。而而在在实实际际析析出出过过程程中中，在在达达到到这这个个最最终终状状态态以以前前，往往往往要要经经过过几几个个过过渡渡阶阶段段。最最典典型型的的，也也是是研研究究得得最最早早的的和和最最细细致的是致的是Al-CuAl-Cu合金。这种合金的析出过程为：合金。这种合金的析出过程为：相相（AlAl基基过过饱饱和和固固溶溶体体）、G.P.G.P.区区、相相、相、相、相（平衡相相（平衡相CuAlCuAl2 2)G.P.G.P.区区是是溶溶质质原原子子聚聚集集区区。它它的的点点阵阵结结构构与与过过饱饱和和固固溶溶体体的的点点阵阵结结构构相相同同。换换言言之之，当当从从过过饱饱和和固固溶溶体体形形成成G.P.G.P.区区时时，晶晶体体结结构构并并未未发发生生变变化化，所所以以一一般般把把它它当当作作“区区”，而而不不把把它它当当作作新新的的“相相”看看待待。G.P.G.P.区区与与过过饱饱和和固固溶溶体体（基基体体）是是完完全全共共格格的的。这这种种共共格格关关系系是是靠靠正正应应变变维持的，属于第一类共格。维持的，属于第一类共格。相相和和相相都都是是亚亚平平衡衡（亚亚稳稳定定）的的过过渡渡相相。相相与与过过饱饱和和固固溶溶体体也也是是完完全全共共格格的的，而而相相与与过过饱饱和和固固溶溶体体则则变变为为部部分分共共格格的的。它它们们的的点点阵阵结结构构与与过过饱饱和和固固溶溶体体的的不不同同。它它们们具具有有一一定定的的化化学学成成分分，相相当当于于CuAlCuAl2 2。过过渡渡相相具具有有一一定定的的化化学学成成分分和和晶晶体体结结构构，这这是是它它们们与与溶溶质质原子集团的原子集团的G.P.G.P.区主要区别。区主要区别。（二）二）G.P.G.P.区的结构与形成区的结构与形成 G.P.G.P.区区的的结结构构模模型型如如图图所所示示。此此图图表表示示G.P.G.P.区区的的右右半半边边（左左半半边边与与其其对对称称）的的横横 截截 面面。图图 面面 平平 行行 于于（100100）（指指AlAl原原子子点点阵阵），而而垂垂直直（001001）和和（010010）。CuCu原原子子层层（图图中中的的黑黑点点）是是在在（001001）上上形形成成的的。由由于于CuCu原原子子半半径径小小于于AlAl原原子子半半径径，所所以以CuCu原原子子层层附附近近的的AlAl原原子子点点阵阵必必然然要要沿沿001001方方向向发发生生收缩。收缩。CuCu原原子子半半径径为为AlAl原原子子半半径径的的87%87%左左右右，所所以以有有理理由由认认为为最最近近邻邻那那两两层层AlAl原原子子层层间间距距的的收收缩缩大大约约为为10%10%，相相邻邻各各层层原原子子间间距距的的收收缩缩逐逐渐渐减减小小。可可以以看看出出，在在CuCu原原子子层层边边缘缘的的点点阵阵畸畸变变最最为为剧剧烈烈。由由于于CuCu原原子子半半径径与与AlAl原原子子半半径径之之间间的的差差值值较较大大（-11.8%)-11.8%)，CuCu原原子子层层在在形形成成时时所所发发生生的的弹弹性性应应变变能能较较大大，所所以以Al-Al-CuCu合金中的合金中的G.P.G.P.区呈圆盘状。区呈圆盘状。在在 Al-AgAl-Ag系系 和和 Al-ZnAl-Zn系系合合金金中中，溶溶质质原原子子半半径径和和溶溶剂剂原原子子半半径径之之间间差差值值很很小小，在在G.P.G.P.区区形形成成时时所所发发生生的的弹弹性性应应变变能能相相对对较较小小，而而界界面面能能则则相相对对较较大大，所所以以它它们们的的G.P.G.P.区区呈呈球球状状。如如图图所所示示，此此图图为为通通过过G.P.G.P.区区中中心心的的一一个个截截面面，小小圆圆表表示示G.P.G.P.区区，大大圆圆和和小小圆圆之之间间表表示示贫贫溶溶质质原子区（贫银区）。原子区（贫银区）。（三）三）相的结构与形成相的结构与形成 相相具具有有正正方方点点阵阵，点点阵阵常常数数为为a=4.04a=4.04，c=7.6-8.9c=7.6-8.9。其其晶晶胞胞中中的的原原子子分分为为五五层层，中中央央一一层层为为100%100%的的CuCu原原子子，上上、下下两两面面系系100%100%的的AlAl原原子子，而而中中央央一一层层与与上上、下下两两面面之之间间的的两两个个夹夹层层则则由由CuCu和和AlAl原原子子混混合合组组成，总的成分相当于成，总的成分相当于AlAl2 2Cu Cu。相相一一般般是是在在G.P.G.P.区区的的基基础础上上，向向直直径径和和厚厚度度方方向向，但但主主要要是是向向厚厚度度方方向向成成长长。在在厚厚度度方方向向上上，以以一一层层CuCu原原子子浓浓度度较较高高，另另一一层层CuCu原原子子浓浓度度较较低低，如如此此交交替替重重叠叠而而成成。点点阵阵常常数数与与母母相相相相比比，在在a a、b b方方向向上上基基本相同，在本相同，在c c方向上则稍为收缩。方向上则稍为收缩。相相和和 基基 体体仍仍保保持持完完全全共共格格的的关关系系。随随着着的的相相成成长长，在在相相周周围围的的基基体体相相中中不不断断产产生生应应力力和和应应变变。如如图图示示出出相相周周围基体相的应变。围基体相的应变。（四）四）相的结构与形成相的结构与形成 相相也也具具有有正正方方点点阵阵，成成分分相相当当于于CuAlCuAl2 2。是是通通过过形形核核长长大大方方式式形形成成的的。与与相相不不同同，相相是是不不均均形形核核，通通常常是是在在螺螺型型位位错错及及胞胞壁壁处处形形成成。与与基基体体相相保保持部分共格联系。持部分共格联系。（五）五）相的结构与形成相的结构与形成 一一般般认认为为，相相是是由由长长大大而而成成。随随着着相相的的长长大大，相相周周围围的的相相中中的的应应力力、应应变变和和弹弹性性应应变变能能越越来来越越大大，相相就就越越来来越越不不稳稳定定。当当相相长长大大到到一一定定尺尺寸寸时时，相相与与相相完完全全脱脱离离，而而以以完完全全独独立立 的的 平平 衡衡 相相-相相 出出 现现。相相 也也 具具 有有 正正 方方 点点 阵阵，a=6.066a=6.066，c=4.874c=4.874。相与基体相之间为非共格关系。相与基体相之间为非共格关系。G.P.G.P.区区的的形形成成是是凭凭借借浓浓度度起起伏伏的的均均匀匀成成核核，过过渡渡相相与与平平衡衡相相的的形形成成可可以以有有两两种种情情况况：一一是是以以G.P.G.P.区区为为基基础础逐逐渐渐演演变变为为过过渡渡相相以以至至于于平平衡衡相相，Al-CuAl-Cu合合金金属属于于此类，二是通过非均匀形核长大方式。此类，二是通过非均匀形核长大方式。图图是是Al-4Cu合合金金在在130oC和和190oC时时效效过过程程中中硬硬度度的的变变化化。图图中中可可以以看看出出，C.P.区区所所造造成成的的硬硬度度增增加加到到一一定定程程度度即即达达到到饱饱和和状状态态，随随着着相相的的出出现现造造成成硬硬度度的的重重新新上上升升并并达达到到峰峰值值；当当组组织织中中出出现现相相时时，硬硬度度开开始始降降低低，这这种种现现象象称称为为过过时时效效；如如形形成成稳稳定定的的相相，则则合合金金完完全全软软化化。因因而而合合金金在在时时效效过过程程中中随随时时效效时时间间的的增增加加，其其硬硬度度先先增增加加后后降降低低，有有一一个个最最佳佳时时效效时时间间使使其其硬硬度度最高。最高。Al-4Cu合金时效硬化曲线合金时效硬化曲线时效过程的基本规律：时效过程的基本规律：先先由由固固溶溶处处理理获获得得双双重重过过饱饱和和的的空空位位和和固固溶溶体体；时时效效初初期期，由由于于空空位位的的作作用用，使使溶溶质质原原子子以以极极大大的的速速度度进进行行重重聚聚形形成成G.P.G.P.区区；随随着着提提高高时时效效温温度度和和增增加加时时效效时时间间，G.P.G.P.区区转转变变为为过过渡渡相相，最最后后形形成成稳稳定定相相。此此外外，在在晶晶体体内内的的某某些些缺缺陷陷地地带带也也会会直直接接由由过过饱饱和和固固溶溶体形成过渡相或稳定相。体形成过渡相或稳定相。3.33.3析出后的显微组织析出后的显微组织（一）析出的类型（一）析出的类型1 1、局部析出、局部析出 优优先先发发生生于于晶晶体体缺缺陷陷处处的的析析出出称称为为局局部部析析出出。较为常见的局部析出有两种，即滑移面析出和晶界析出。较为常见的局部析出有两种，即滑移面析出和晶界析出。滑滑移移线线析析出出的的组组织织与与魏魏氏氏组组织织相相似似，而而在在形形成成晶晶界界析析出出的的同同时时，还还会会出出现现在在晶晶界界附附近近区区域域形形成成无无析析出出区区。局局部部析析出出时时，析析出出物物附附近近基基体体的的浓浓度度显显著著下下降降，但但是远离析出物的地方基体仍保持原有成分。是远离析出物的地方基体仍保持原有成分。2 2、连续析出、连续析出 析析出出物物附附近近基基体体的的浓浓度度变变化化是是连连续续的的。在在连连续续析析出出中中，析析出出物物的的分分布布是是较较为为均均匀匀的的，或或者者说说是是较较为为全全面的，因而连续析出又称全面析出。面的，因而连续析出又称全面析出。连连续续析析出出的的形形核核属属于于均均匀匀形形核核，析析出出物物的的分分布布与与基基体体中中的的晶晶界界、位位错错等等缺缺陷陷无无关关。一一般般情情况况下下，析析出出物物与与基基体体保保持持一一定定的的晶晶体体学学位位向向关关系系和和惯惯习习面面，形形成成具具有有魏魏氏氏组组织织形形态态特特征征的的组组织织。另另外外在在析析出出物物长长大大时时，溶溶质原子进行长程扩散。质原子进行长程扩散。3 3、不连续析出、不连续析出 不不连连续续析析出出的的主主要要特特征征是是沿沿晶晶界界不不均均匀匀形形核核，然后逐步向晶内扩展，同时伴有应变诱发再结晶。然后逐步向晶内扩展，同时伴有应变诱发再结晶。应应变变诱诱发发再再结结晶晶：在在等等温温条条件件下下，由由于于应应力力和应变不断增加而诱发的再结晶称为应变诱发再结晶。和应变不断增加而诱发的再结晶称为应变诱发再结晶。不不连连续续析析出出过过程程中中，析析出出区区与与未未析析出出区区，在在界界面面两两侧侧溶溶质质浓浓度度的的变变化化是是突突变变的的，不不连连续续的的。溶溶质质原原子子在析出过程中只做短程扩散。在析出过程中只做短程扩散。4 4、连续析出与不连续析出的区别、连续析出与不连续析出的区别（1 1）基体浓度变化，连续与不连续；）基体浓度变化，连续与不连续；（2 2）析出过程有无再结晶；）析出过程有无再结晶；（3 3）析析出出物物分分散散于于晶晶粒粒内内，较较均均匀匀。析析出出物物集集中中在在晶晶界逐步向晶内发展；界逐步向晶内发展；（4 4）扩散性质，长程扩散，短程扩散；）扩散性质，长程扩散，短程扩散；（5 5）析出物组织形态不同。）析出物组织形态不同。5 5、析出物的粗化和球化、析出物的粗化和球化 为为了了在在体体积积不不变变的的情情况况下下减减少少界界面面面面积积，从从而而减减小小界界面面能能，析析出出物物（包包括括G.P.G.P.区区、过过渡渡相相以以至至平平衡衡相相）都都会会逐逐渐渐发发生生粗粗化化和和球球化化。其其中中尤尤其其以以平平衡衡相相的的粗粗化化和和球球化化对对合合金金性性能能的的影影响响最最大大，一一旦旦平平衡衡相相发发生生粗粗化化和和球球化，合金的强度就会显著降低。化，合金的强度就会显著降低。（二）析出过程中显微组织变化序列（二）析出过程中显微组织变化序列（三）无析出区（三）无析出区 许许多多时时效效合合金金在在发发生生晶晶界界析析出出时时，还还会会在在晶晶界界附附近近形形成成一一个个无无析析出出区区，一一般般认认为为无无析析出出区区是是有有害害的的，因因为为它它的的屈屈服服强强度度很很低低，易易于于在在该该区区发发生生塑塑性性变变形形，结结果果导导致致晶晶间间破破坏坏。除除此此之之外外，相相对对于于晶晶粒粒内内部部而而言言，无无析析出出区区是是阳阳极极，易易于于发发生生电电化化学学腐腐蚀蚀，从从而而使使应应力力腐腐蚀蚀加速。加速。无无析析出出区区形形成成的的原原因因有有两两种种看看法法，一一是是溶溶质质贫贫化理论，另一是空位扩散理论。化理论，另一是空位扩散理论。（一）时效硬化机制（一）时效硬化机制 按按照照近近代代的的强强度度理理论论，合合金金的的强强化化是是由由于于位位错错的的运运动动受受到到阻阻碍碍后后所所产产生生的的结结果果。对对时时效效强强化化（硬硬化化）而言，强化的原因主要有三种：而言，强化的原因主要有三种：1 1、析析出出物物周周围围的的基基体体相相中中的的弹弹性性应应力力场场对对位位错运动有阻碍作用；错运动有阻碍作用；2 2、位位错错切切过过析析出出物物，形形成成表表面面台台阶阶，增增加加界界面能所造成的强化，即所谓化学强化；面能所造成的强化，即所谓化学强化；3 3、位位错错绕绕过过析析出出物物所所造造成成的的强强化化，即即所所谓谓的的OrowanOrowan机理而发生的强化。机理而发生的强化。3.43.4析出过程中性能的变化析出过程中性能的变化（二）硬度变化（二）硬度变化 时时效效硬硬化化是是时时效效处处理理时时的的主主要要性性能能变变化化。许许多多时时效效型型合合金金，特特别别是是铝铝基基合合金金，时时效效处处理理时时的的硬硬度度-时时间间关关系系曲曲线线根根据据时时效效温温度度的的不不同同，可可以以分分两两种种类类型型，即即所谓冷时效和温时效。所谓冷时效和温时效。1 1、冷时效（自然时效）、冷时效（自然时效）是是指指在在较较低低温温度度下下进进行行的的时时效效，一一般般是是指指室室温温下下搁搁置置时时所所发发生生的的情情况况。硬硬度度-时时间间关关系系曲曲线线大大致致可可分分为为三三段段：孕孕育育期期（某某些些合合金金的的孕孕育育期期不不明明显显）、快快速速反反应应阶阶段段以以及及慢慢速速反反应应阶阶段段。在在慢慢速速反反应应阶阶段段的的后后期期，硬硬度度基基本本上上保保持持常常数数。一一般般认认为为，冷冷时时效效所所反反应应的的性性能能变变化化是由是由G.P.G.P.区形成所致。区形成所致。2 2、温时效（人工时效）、温时效（人工时效）是是指指在在较较高高温温度度下下进进行行的的时时效效。硬硬度度-时时间间关关系系曲曲线线大大致致可可分分为为三三段段：孕孕育育期期、硬硬化化阶阶段段（上上升升阶阶段段）以以及及软软化化阶阶段段（下下降降阶阶段段）。软软化化阶阶段段又又称称为为过过时时效效，需需要要避避免免，一一般般认认为为，是是从从析析出出平平衡衡相相开开始始的的。温温度度愈愈高高，出出现现极极大大值值或或开开始始出出现现过过时时效效的的时时间间愈愈短短。温温时时效效可可以以反反映映析析出出的的全全过过程程甚甚至至析析出物的粗化和球化的情况。出物的粗化和球化的情况。(四四)、双硬度峰值、双硬度峰值 对对于于二二元元合合金金，产产生生这这一一现现象象的的原原因因可可能能有有两两种：种：（1 1）由由于于某某一一析析出出程程可可以以分分为为明明显显可可分分的的几几个个不不同同阶阶段，每个阶段的结构变化皆可以引起一个硬度峰。段，每个阶段的结构变化皆可以引起一个硬度峰。（2 2）由由于于发发生生局局部部析析出出和和连连续续析析出出的的时时间间先先后后不不同同的的缘缘故故。如如前前所所述述，局局部部析析出出发发生生在在先先，连连续续析析出出发发生生在在后后，因因此此由由这这两两种种析析出出所所引引起起的的硬硬度度也也出出现现的的有有先先有有后后。在在一一般般的的情情况况下下，由由局局部部析析出出和和连连续续析析出出所所引引起起的的硬硬度度分别对应第一、第二硬度峰。分别对应第一、第二硬度峰。（一）溶质浓度的影响（一）溶质浓度的影响 一一般般来来说说，在在不不超超过过最最大大溶溶解解度度的的条条件件下下，随随溶溶质质浓浓度度（即即固固溶溶体体过过饱饱和和度度）的的增增加加，将将发发生生两两方方面面的的影影响响：（1 1）析析出出过过程程加加快快。（2 2）时时效效处处理理时时性性能能变变化越来越显著。化越来越显著。当当溶溶质质浓浓度度超超过过最最大大固固溶溶度度时时，时时效效后后的的性性能能变变化化越越不不显显著著。这这是是因因为为合合金金中中出出现现了了其其他他组组织织组组成成物物，从从而而使使析析出出产产物物所所占占的的比比值值减减小小的的缘缘故故。所所以以时时效效型型合合金中的溶质浓度一般皆控制在最大固溶度附近。金中的溶质浓度一般皆控制在最大固溶度附近。3.53.5影响影响析出过程的因素析出过程的因素（二）微量元素的影响（二）微量元素的影响 在在时时效效型型合合金金中中，除除了了必必不不可可少少的的溶溶质质元元素素外外，往往往往为为了了一一定定的的目目的的而而再再加加入入一一些些其其它它合合金金元元素素，或或者者由由于于冶冶炼炼等等方方面面的的原原因因而而残残留留下下来来一一些些元元素素。这这些些元元素素的含量虽然不多，但是却可对析出过程产生很大的影响。的含量虽然不多，但是却可对析出过程产生很大的影响。1 1、降低溶质原子的扩散速度、降低溶质原子的扩散速度 例例如如在在Al-CuAl-Cu系系合合金金中中，当当加加入入CdCd、SnSn或或InIn以以后后就就是是如如此此。由由于于CdCd、SnSn或或InIn原原子子与与空空位位的的结结合合能能大大于于CuCu原原子子与与空空位位的的结结合合能能，因因此此在在固固溶溶淬淬火火时时后后大大部部分分的的空空位位皆皆与与CdCd、SnSn或或InIn原原子子结结合合，这这样样，CuCu原原子子的的扩扩散散由由于缺乏空位的帮助而变得困难。于缺乏空位的帮助而变得困难。2 2、提高过渡相析出的速度、提高过渡相析出的速度 例例如如在在Al-CuAl-Cu系系合合金金中中，当当加加入入CdCd、SnSn或或InIn以以后后，相相的的析析出出速速度度加加快快。有有人人认认为为这这是是由由于于这这些些合合金金元元素素被被吸吸附附在在 相相-基基体体的的界界面面上上，使使界界面面结结构构改改变界面能减小，从而使变界面能减小，从而使 相的临界晶核减小的缘故。相的临界晶核减小的缘故。3 3、增加析出相的弥散度、增加析出相的弥散度 例例如如在在Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合合金金系系中中当当加加入入AgAg以以后后，可可使使析析出出物物的的弥弥散散度度显显著著增增加加，并并使使无无析析出出区区消消失失，这这对对合合金金性性能能提提高高是是有有利利的的。在在Al-CuAl-Cu系系合合金金中中加加入入CdCd，也也有有类似的效果。类似的效果。（三）固溶处理工艺的影响（三）固溶处理工艺的影响 1 1、加热温度、保温时间的影响、加热温度、保温时间的影响 一一般般来来说说，固固溶溶处处理理温温度度愈愈高高，保保温温时时间间愈愈长长，被被溶溶解解的的物物质质愈愈多多化化学学成成分分愈愈均均匀匀，晶晶粒粒也也愈愈粗粗，结结果果在在随随后后的的时时效效处处理理时时的的性性能能变变化化就就愈愈显显著著。同同时时有有利利于于连连续续析析出出而而不不利利于于局局部部析析出出。还还会会使使固固溶溶处处理理后后“冻冻结结”下下来来的的空空位位数数目目增增加加，缩缩短短时时效效处处理理时时间间。但但固固溶溶处处理理温温度度受受到到合合金金熔熔点点的的限限制制，时时间间也也不不宜宜过过长长。合合适适的的加热温度和保温时间必须根据具体情况而定。加热温度和保温时间必须根据具体情况而定。2 2、固溶处理冷却速度的影响、固溶处理冷却速度的影响（1 1）许许多多合合金金当当固固溶溶处处理理冷冷却却速速度度较较慢慢时时会会发发生生部部分分析析出出，因因而而随随后后的的时时效效处处理理的的效效果果将将受受到到影影响响。要要注注意意：对对于于时时效效型型合合金金的的固固溶溶处处理理，冷冷却却速速度度愈愈大大，所所获获得得的的硬硬度度愈愈低低；而而对对于于钢钢的的淬淬火火，冷冷却却速速度度愈愈大大，则则所所得得的的硬度就愈高。两种情况正好相反。硬度就愈高。两种情况正好相反。（2 2）剧剧烈烈的的固固溶溶淬淬火火会会产产生生很很大大的的热热应应力力，这这种种热热应应力力的的数数值值可可能能很很大大，甚甚至至达达到到屈屈服服极极限限水水平平，结结果果会会使使合合金金内内部部发发生生塑塑性性变变形形，从从而而促促进进滑滑移移面面析析出出的的形形成成。另另一一方方面面，固固溶溶淬淬火火所所产产生生的的应应力力还还会会使使零零件件发发生生变变形形甚至开裂。甚至开裂。（四）固溶处理后时效处理前的冷加工变形（四）固溶处理后时效处理前的冷加工变形 这这个个因因素素的的影影响响是是错错综综复复杂杂的的，并并由由于于所所用用的的实实验验方方法法不不统统一一，因因此此所所得得结结果果，往往往往是是矛矛盾盾的的，甚甚至至对于同一种合金，由于作者不同也会得出相反的结论。对于同一种合金，由于作者不同也会得出相反的结论。一一般般来来说说，塑塑性性变变形形能能够够诱诱发发固固态态相相变变，对对析析出出过过程程也也是是如如此此。固固溶溶处处理理后后时时效效处处理理前前的的的的冷冷加加工工变变形形能能加加速速时时效效过过程程并并提提高高时时效效处处理理后后的的最最高高硬硬度度 。另另外外冷冷加加工工变变形形还还能能促促进进平平衡衡相相的的析析出出，部部分分甚甚至至全全部部抑抑制无析出区的形成。制无析出区的形成。形变时效对形变时效对Cu-Ag-Cr合金硬度的影响合金硬度的影响（五）时效处理的温度与持续时间（五）时效处理的温度与持续时间 时时效效处处理理温温度度是是个个重重要要的的影影响响因因素素，它它对对析析出出过过程程的的机机理理和和动动力力学学，以以及及合合金金在在时时效效后后的的结结构构、组组织织和和性性能能都都有有很很大大影影响响。如如冷冷时时效效与与温温时时效效多多是是以以此此来来区区分分的的。温温度度高高原原子子活活动动能能力力强强，析析出出速速度度加加快快，但但是是随随温温度度升升高高，过过饱饱和和度度及及自自由由能能之之差差也也减减小小，当当这这一一因因素素占占主主导导作作用用时时，析析出出速速度度又又将将降降低低，因因此此，在在一一定定温温度度范范围围内内，可可以以通通过过提提高高温温度度的的办办法法来来加加速速时时效效过过程程。另另外，温度升高，时效的阶段数将减小。外，温度升高，时效的阶段数将减小。与与时时效效处处理理温温度度相相比比，时时效效处处理理时时间间是是个个次次要要的的因因素素。虽虽然然如如此此，如如果果采采用用人人工工时时效效，则则要要注注意意时时间间不能太长，以免发生过时效。不能太长，以免发生过时效。时效处理对时效处理对Cu-Ag-Cr合金硬度的影响合金硬度的影响（六）两段时效（六）两段时效 所所谓谓两两段段时时效效就就是是行行在在某某一一等等温温温温度度进进行行第第一一次时效，接着在另一个温度进行第二次时效。次时效，接着在另一个温度进行第二次时效。一一般般情情况况下下，第第一一次次时时效效采采用用较较低低的的温温度度，第第二次时效采用较高的温度。二次时效采用较高的温度。对对于于同同一一种种合合金金，即即在在溶溶质质浓浓度度相相同同的的情情况况下下，随随着着时时效效温温度度的的降降低低，由由于于固固溶溶体体过过饱饱和和度度的的增增加加，析析出出物物晶晶核核是是增增多多的的。第第一一次次时时效效的的目目的的即即在在于于获获得得弥弥散散度度较较大大的的析析出出物物。第第二二次次时时效效的的目目的的则则是是使使固固溶溶体体析析出出达达到到足足够够的的程程度度，并并使使析析出出物物长长成成一一定定的的尺尺寸寸。这这样样，与与常常规规的的一一段段时时效效相相比比，两两段段时时效效可可以以获获得得分分布布较较密密且且较为均匀的析出物。较为均匀的析出物。（七）时效后的回归（七）时效后的回归 许许多多时时效效型型合合金金在在发发生生时时效效（硬硬化化）以以后后，通通过过在在某某一一温温度度（该该温温度度的的位位置置处处于于平平衡衡相相甚甚至至过过渡渡相相的的固固溶溶度度曲曲线线以以下下）加加热热，时时效效硬硬化化现现象象会会基基本本上上消消除除，硬硬度度会会基基本本上上恢恢复复（回回归归）到到刚刚经经固固溶溶处处理理的的状状态态，这这种种现现象象称称为为回回归归。这这些些合合金金在在发发生生回回归归后后，当当再再次次进进行行时效时，会重新发生硬化。时效时，会重新发生硬化。本章小结本章小结lAl-Cu合金的析出过程为：合金的析出过程为：相（相（Al基基过饱和固溶过饱和固溶体）、体）、G.P.区、区、相、相、相、相、相（平衡相相（平衡相CuAl2)。l析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。l影响析出过程的因素。影响析出过程的因素。