据分析时效过程极为复杂,强化作用在质点粗化时降低

弘超提供专业的铍铜、铜合金等制品。过饱和周溶体在热力学上是亚稳定的,在一定的条件下(加热至一定温度,使原子扩散能力增强)会自动发生分解过程,析出多余的第二相,使固溶体达到所处温度下的平衡(饱和)状态,这个过程就是时效过程,这种转变称时效(脱溶)转变。在时效(脱溶)过程中,合金将产生强化现象,时效强化是某些铜合金(如Cu-Be、Cu-Cr、Cu-Zr)的重要强化手段。

时效过程就是过饱和固溶体的分解过程.根据固态相变的阶次规则,时效过程往往具有阶段性,即通常发现在平衡脱溶相出现之前会出现一种或两种亚稳定的结构。通过X射线衍射分析及电子显微镜研究证明,时效时的一般顺序如下:

过饱和固溶体一偏聚区(或称GP区)一过渡相(亚稳相)平衡相时效时不直接析出平衡相的原因在于,平衡相一般与基体形成新的非共格界面,界面能高,铍铜而亚稳定的日于效产物往往与基体完全或部分共格,界面能低。在相变初期-界面能起着关键性的作用。界面能小的相,形核功小,容易形成。所以首先形成形核功最小的过渡结构,再演变成平衡稳定相。

但是,时效过程极为复杂,并非所有合金的时效均按同一顺序进行。如各个合金的时效序列不一定相同,有些合金不一定出现GP区或过渡相;同一系不同成分的合金,在同一温度下时效,可能有不同的时效序列;过饱和度大的合金更易出现偏最区(GP区)或过渡相;同一成分合金,时效温度不同,脱溶序列也不一样合金在一定温度下时效,由于多晶体各部位的能量条件不同,在同一时期可能出现不同的脱溶产物。

根据时效析出相与基体间界面的结构。析出相与界面间主要有完全共格、部分共格及非共格三类。在不同条件下,同铍铜合金可能析出不同界面结构的析出相。例如Cu-Be合金中的GP区为完全共格的脱溶相,为部分共格脱溶相,则为非共格脱溶相。

时效时由过饱和固溶体中析出的相主要有薄片状(一般为盘状)、等轴状(一般为球状或立方体)及针状等基本形状。析出相的形状主要取决于两个因素,即界面能及应变能等轴状脱溶相具有最小界面能,若使应变能最小,则应呈薄片状,因此,究竟脱溶相是何种形状,则由起主要作用的因素而定。

完全及部分共格脱溶相在相界面上晶格连续过渡。因而弹性应变由界面附近的基体扩展到脱溶相内部,两相品格错配度愈大,则应变能愈大。当固溶体组元素愿子直径差小于3%时,共格脱溶相的形状主要接界面能最小原则趋于等轴状。当组元原子直径差大于或等于5%时,应变能较高,为降低应变能,共格脱溶相就呈薄片状(盘状)。有时共格脱溶相呈针状,这种形状较盘状脱溶相应变能大,但比等轴状应变能小。生成非共格脱溶相时,无共格应变能,但基体与脱溶相总会存在比容上的差异。在基体与脱溶相比容差很小时,不论什么形状比容应变能都不大,因此脱溶相将力图使界面能减小而呈球状。反之,在比容差很大时,应变能的作用占优势,将使脱溶相变成片状而使应变能减少。当应变能及界面能的作用相当时,脱溶相可能以针状出现。时效处理是某些铜合金的的主要强化手段.金属的强度是由位错的产生和位错的可动性所控制的。经时效的合金,强度的增量来自弥散脱溶相与位错的交互作用,这种作用机制可分为两类。

①在质点周围生成位错环的机制。当脱溶质点尺寸一定时,脱溶质点体积分数愈大,强化值愈大。当体积分数一定时,强化值与脱溶质点半径呈反比,质点愈小,强化值愈大。

②脱溶质点被位错切割的机制。

综合了两种主要机制的强化值,即屈服临界切应力增量。由奥罗万机制所产生的屈服切应力增量Ar与质点半径关系用A线表示。原则上,在达到临界切应力增量前,缸随质点尺寸减小而增大,临界切应力增量就是强化的上限。质点位错切割机制导致的强化增量如曲线B所示。位错在质点周围皮环只是在位错无法切过质点时才有可能,因此,当质点半径由零开始增加时,屈服应力增量会循B曲线增大直至与A线相交为止。此后,位错在质点周围成环较切割质点易于进行。因此,在质点半径继续增大时,屈服应力增量不断减小,说明强化作用在质点粗化时降低。

在实际工作中要得到高强度合金首先希望获得体积含量大的脱溶相。因为在一般情况下,如果其他条件相同,脱溶相的体积分数愈大,则强度愈高。例如,Cu-Be合金具有较高的体积分数,强度可达980MPa,这是时效强化合金的突出例子。体积分散大的铍铜合金要求高温下固溶度大,通常可由相图来确定获得高固溶度的成分及工艺。影响强化的第二格因素是第二相质点的弥散度。一般说来,平衡脱溶相与基体不共格,界面能比较高,形核的临界尺寸,晶粒长大的驱动力也大,不易获得高度弥散的质点。因此,生成GP区以及共格或部分共格的过渡相可使合金得到高的强度。通常,为使合金有效强化,脱溶相同的间距应小1mm。影响强化的另一个因素是脱溶相质点本身对位错的阻力。大的错配度引起大的应变场,对强化有利;界面能或反应界能高,也对强化有利。这些都是发展铍铜时效强化合金所需考虑的因素。

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