固溶度方程怎么求 固溶強化和析出強化有什么區(qū)別

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X-射線衍射分析法測試什么

X射線的衍射分析法可以用來對無機物進行定性分析。

相圖怎么看固溶度呀

看相圖的交界點，有個最大固溶度

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一、防銹鋁合金防銹鋁合金包括鋁-鎂系和鋁-錳系合金以及工業(yè)純鋁.防銹鋁合金的牌號及化學(xué)成分見表6-2. 這類鋁合金的主要性能特點是具有優(yōu)良的耐蝕性能,因而得名防銹鋁合金,簡稱為防銹鋁.此外,還具有良好的塑性與焊接性,適宜壓力加工和焊接.這類合金不能進行熱處理強化,力學(xué)性能比較低.為了提高其強度,可用冷加工方法使其強化.但由于防銹鋁的切削加工工藝性差,故適用制作焊接管道、容器、鉚釘以及其他冷變形零件. 1.鋁-鎂系合金鋁-鎂系合金的化學(xué)成分中,鎂是合金的主要組成元素,此外,還加入少量錳、鈦等其他元素. 鎂含量對合金力學(xué)性能的影響是隨著鎂含量的增加,合金的強度、塑性亦相應(yīng)提高.但是,當(dāng)合金中的鎂含量超過5%Mg時,合金的抗應(yīng)力腐蝕性能降低；當(dāng)鎂含量超過7%時,合金的塑性降低,焊接性能也變壞.這可能是與鎂含量增加使合金在液態(tài)結(jié)晶時成分偏析傾向增大有關(guān).由于合金不平衡結(jié)晶的結(jié)果,合金組織中出現(xiàn)脆性的β(Mg2Al3)相,而導(dǎo)致鋁-鎂合金性能變壞.實驗指出,在鎂含量較低的5A02和5A03合金中沒有發(fā)現(xiàn)β(Mg2Al3)相,隨著鎂含量的增加,在5A05中可以看到少量β(Mg2Al3)相,而在5A06 合金中,由于鎂含量增加,β(Mg2Al3)相的數(shù)量亦相應(yīng)的增加. 鋁-鎂合金中加入少量（0.3%～0.8%）錳,不僅能改善合金的耐蝕性,而且還能提高合金的強度.少量的鈦或釩主要是起細(xì)化晶粒的作用,少量硅可以改善合金的焊接性能. 在鋁-鎂系防銹鋁中,鐵、銅和鋅等是有害的雜質(zhì)元素,它們能使合金的耐蝕性能與工藝性能惡化,故其含量應(yīng)嚴(yán)格控制. 在鋁-鎂合金中,鎂在固態(tài)鋁中雖然有較大的溶解度,且隨溫度變化亦比較大,但由于鋁-鎂合金淬火后,在時效過程中形成的過渡相β′與基體不發(fā)生共格關(guān)系,其時效強化效果甚微,故鋁-鎂系合金含7%以下的防銹鋁均不采用時效處理來提高強度. 為了提高鋁-鎂系防銹鋁的強度,可以采用冷加工硬化的方法使其強度提高.但是,含鎂高的鋁-鎂系防銹鋁在冷加工硬化后,隨著在室溫放置時間的增長,合金的強度、特別是屈服強度明顯下降,而延伸率顯著提高.而且,這種軟化現(xiàn)象隨著合金的鎂含量和變形度增加而表現(xiàn)得更明顯.為了防止高鎂防銹鋁冷加工后的軟化現(xiàn)象,冷變形后應(yīng)進行穩(wěn)定化處理,即加熱到150℃保溫3小時,使之在室溫下力學(xué)性能穩(wěn)定化. 2.鋁-錳系防銹鋁鋁-錳系防銹鋁中常見的合金牌號是3A21.錳是該合金的主要組成元素,錳含量在1.0%～1.6%范圍內(nèi)的合金具有較高的強度,同時具有較高的塑性、焊接性以及優(yōu)良的耐蝕性.當(dāng)錳的含量超過1.6%時,由于形成大量的脆性化合物MnAl6,雖然強度有所提高,但合金的塑性顯著降低,壓力加工工藝性能變壞,故防銹鋁中錳含量一般不超過1.6%. 鐵和硅是合金中的主要雜質(zhì).鐵降低錳在鋁中的溶解度,并能溶于MnAl6中,形成（FeMn）Al6,這是硬而脆的難溶相.實踐證明,合金中含有少量鐵能細(xì)化合金組織,但鐵含量過高時,則由于形成大量的（FeMn）Al6相,而顯著降低合金的力學(xué)性能與工藝性能,降低鑄造性,故應(yīng)嚴(yán)格控制其含量,一般控制在0.6%以下. 鋁-錳系防銹鋁因其時效強化效果不佳,故不采用時效處理.3A21合金制品的熱處理主要是退火.但3A21合金退火時,極易產(chǎn)生晶粒粗大,導(dǎo)致合金半制品在深沖或彎曲時表面粗糙或產(chǎn)生裂紋.為了保證獲得細(xì)晶粒的3A21合金制品,應(yīng)提高退火時的加熱速度,或在合金中加入少量鈦的同時,加入0.4%鐵來細(xì)化合金組織.或者將鑄錠在600～620℃進行均勻化退火,消除錳在晶內(nèi)和晶間的嚴(yán)重偏析.從而獲得均勻細(xì)小的晶粒,以改善壓力加工工藝性能. 二、硬鋁合金鋁-銅-鎂系合金是使用較早,用途很廣的鋁合金.它有強烈的時效強化作用,經(jīng)時效處理后具有很高的硬度、強度,故鋁-銅-鎂系合金總稱為硬鋁合金.此外,這類合金還具有優(yōu)良的加工工藝性能,可以加工成板、棒、管、線、型材及鍛件等半成品,廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中. 硬鋁合金的主要合金元素是銅、鎂,此外還含有錳和一些雜質(zhì)元素鐵、硅、鎳、鋅等.硬鋁合金的牌號及化學(xué)成分見表6-2. 不同牌號的硬鋁合金具有不同的化學(xué)成分,其性能特點亦不同.含銅、鎂量低的硬鋁強度較低而塑性高；含銅、鎂量較高的硬鋁則強度高而塑性較低.硬鋁合金的成分與力學(xué)性能的關(guān)系,是由合金中形成的強化相所決定的.硬鋁合金中銅與鎂比值不同,形成的強化相亦不同,其強化相與強化效果亦不同.鎂含量低時,形成的主要強化相是θ相(CuAl2),當(dāng)鎂量增加時,θ相減少,而形成強化效果比θ相更大的、并具有一定耐熱性的S(Al2CuMg)相.進一步增加鎂含量,則相繼形成強化效果較差的T(Al6CuMg4)相與β(Al3Mg2)相.當(dāng)銅與鎂的比值一定時,銅和鎂總量愈高,強化相數(shù)量愈多,強化效果愈大. 在硬鋁合金中除主要元素銅和鎂外,還加入一定量的錳.錳能改善硬鋁的耐蝕性,細(xì)化合金組織,淬火是錳溶于固溶體起固溶強化作用,使淬火硬鋁的強度提高30~70MPa.但含錳量過高時塑性顯著降低,因此,硬鋁合金中的錳含量控制在0.3%～1.0%.此外,錳還能提高硬鋁的耐熱性能和削弱雜質(zhì)鐵的有害作用.硬鋁合金中的錳含量控制在0.3%～1.0%. 鐵是硬鋁中的有害元素,它不僅能與鋁形成金屬間化合物FeAl3,降低合金的塑性與耐蝕性能,而且還能奪取合金中的銅形成Cu2FeAl7難溶化合物,減少強化相θ和S的數(shù)量,降低時效強化效果.此外,鐵還能與硅、錳等元素形成粗大的脆性化合物,使工藝性能變差.因此,在硬鋁合金中鐵含量一般都控制在0.5%以下. 硅在硬鋁中亦是以雜質(zhì)存在.當(dāng)合金中鐵含量較低時,硅與鎂優(yōu)先形成Mg2Si化合物,消耗一部分鎂,使強化相S(Al2CuMg)相減少.從而降低硬鋁的自然時效強化效果.硅對硬鋁的塑性沒有太大的影響,相反當(dāng)合金中有鐵存在時,硅與鐵形成Fe2SiAl2相,可以減少由于形成粗大片狀的(FeMn)Al2相的是有害元素,作用.在硬鋁中硅的含量一般控制在0.5%～0.7%. 鎳在硬鋁合金中亦是有害雜質(zhì).鎳能與銅形成AlCuNi難溶化合物,從而減少了強化相θ(CuAl2)、S(Al2CuMg)相的數(shù)量,使硬鋁的時效強化效果降低,因此鎳含量應(yīng)限制在0.1%以下. 鋅在硬鋁中以雜質(zhì)存在,它對硬鋁的室溫力學(xué)性能沒有影響,但降低硬鋁的熱硬性,并增加焊接時形成裂紋的傾向,也需嚴(yán)加控制. 硬鋁合金按其合金元素含量及性能不同,可分為三種類型：即低強度硬鋁,如2A01、2A03、2A10等合金；中強度硬鋁如2A11 等合金；高強度硬鋁,如2A12等合金. 1.低強度硬鋁這類硬鋁合金鎂含量較低（2A10）或含銅、鎂量都比較低（2A01）.其主要強化相是θ(CuAl2)相,所以時效強化效果較小,強度比較低,具有較高的塑性,而且時效硬化速度比較緩慢.時效強化后具有較高的剪切抗力,適宜作鉚接材料. 2.中強度硬鋁中強度硬鋁亦稱標(biāo)準(zhǔn)硬鋁.這類合金的銅、鎂含量都比較高.它在圖6-9中（如2A11合金）處于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相區(qū)左側(cè),主要強化相亦是θ(CuAl2)相,其次是S(Al2CuMg)相.但銅和鎂總量較高,鎂量較低,因此具有較高的強度和較好的塑性.退火后工藝性能良好,可進行冷彎、沖壓等工藝過程焊接性能良好,耐蝕性中等.被切削加工性在退火狀態(tài)比較差,但時效硬化狀態(tài)被切削加工性良好.主要用作中等載荷的結(jié)構(gòu)零件. 3.高強度硬鋁為了提高硬鋁合金的強度和屈服極限,在中強度硬鋁的基礎(chǔ)上,同時提高銅和鎂的含量或單獨提高鎂的含量而形成高強度硬鋁.,如2A12合金.它在圖6-9中處于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相區(qū)的右側(cè).其主要強化相是S(Al2CuMg)相,其次是θ(CuAl2)相.由于S相的自然時效強化效果比θ相強,故2A12合金具有比2A11更高的強度和屈服極限以及良好的耐熱性,但塑性和某些工藝性能較差些.2A12合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種高強度硬鋁合金. 硬鋁合金的耐蝕性比防銹鋁要差的多,特別是在海水中的耐蝕性更差.所以凡需要在腐蝕環(huán)境中工作的硬鋁合金零件,其表面都要包一層高純度鋁,以提高其抗蝕能力,但是,包鋁的硬鋁材料熱處理后的力學(xué)性能要比未包鋁的低些. 硬鋁淬火加熱的過燒敏感性很大,為獲得最大固溶度的過飽和固溶體,2A12合金最理想的淬火溫度為500±3℃,但實際生產(chǎn)條件下很難辦到,所以2A12合金常用的淬火溫度為495～500℃. 硬鋁合金淬火加人工時效狀態(tài)比淬火加自然時效具有更大的晶間腐蝕傾向,所以除高溫工作的構(gòu)件外,一般采用自然時效.2A12合金淬火后自然時效與力學(xué)性能的關(guān)系. 淬火冷卻速度對硬鋁合金的強度及耐蝕性都有強烈的影響.當(dāng)淬火冷卻速度低時,由于淬火過程中強化相,如θ(CuAl2)相沿晶界大量析出,而降低自然時效強化效果和增大晶間腐蝕傾向.因此硬鋁合金淬火時,在保證不變形開裂的前提下,冷卻速度愈快愈好.對于2A11和2A12合金,淬火冷卻速度分別不小于20℃/s和14℃/s,通常采用清水作淬火介質(zhì). 三、超硬鋁合金鋁-鋅-鎂-銅系合金是目前室溫強度最高的一類鋁合金,其強度達(dá)500～700 MPa,超過高強度的硬鋁2A12合金（400～430 MPa）,故稱為超硬鋁合金.超硬鋁合金的牌號及化學(xué)成分見表6-2.超硬鋁合金中,主要合金元素是鋅、鎂、銅,有時還加入少量錳、鉻、鈦等元素. 鋅和鎂是合金的主要強化元素,在合金中形成強化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn3)相,它們在鋁中都有很大的溶解度變化,具有顯著的時效強化效果.但含鋅、鎂量過高時,雖然合金強度很高,但塑性和抗應(yīng)力腐蝕性能降低. 在合金中加入一定量銅,可以改善超硬鋁的抗應(yīng)力腐蝕性能,同時銅還能形成θ(CuAl2)和S(Al2CuMg)相起補充強化作用,提高合金強度.但銅含量超過3%時,合金的耐蝕性反而降低,故超硬鋁合金中的銅含量應(yīng)控制在3%以下. 在超硬鋁中加入錳和鉻可以提高合金在淬火狀態(tài)下的強度和人工時效強化效果,同時改善合金的抗應(yīng)力腐蝕性能. 鐵和硅都是有害雜質(zhì),.鐵與錳形成難溶的復(fù)雜化合物相,降低合金的力學(xué)性能,并使鉚接性能變差.硅在合金中奪取鎂形成Mg2Si相,使合金中主要強化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn2)相的數(shù)量減少,降低時效強化效果.鐵和硅同時存在時,對超硬鋁合金的性能影響比單獨存在時要小.如鐵和硅的含量均低于0.5%.時,實際上對合金的力學(xué)性能沒有影響. 7A04合金的主要強化相是η相和T相,其次為S相,若在7A04合金的基礎(chǔ)上稍提高鋅、鎂、銅含量,如7A06合金的組織中,η相與T相數(shù)量增多,而S相減少,則合金具有更強烈的時效強化效果,故7A06比7A04合金熱處理后具有更高的強度,Rm可達(dá)600～700 MPa. 超硬鋁和硬鋁比較,淬火溫度范圍比較寬.對于6%Zn和含3%Mg以下的合金,淬火溫度為450～480℃.但淬火溫度不宜超過480℃,否則會降低合金的耐蝕性能.合金淬火時應(yīng)盡量縮短淬火轉(zhuǎn)移時間,以防止含銅相析出,降低合金時效效果. 超硬鋁熱處理與硬鋁不同,超硬鋁自然時效的時間很長,要經(jīng)50～60天才能達(dá)到最大強化效果；此外自然時效的超硬鋁比人工時效的具有更大的應(yīng)力腐蝕傾向,因此超硬鋁均采用人工時效處理.為了進一步提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能,可采用分級人工時效,即在120℃時效6小時,然后再在160℃時效3小時,以進一步消除內(nèi)應(yīng)力. 超硬鋁若退火后空冷,有淬火效應(yīng).因此,退火冷卻速度不易過快,一般不大于30℃/h,爐冷至150℃出爐空冷. 超硬鋁合金的主要缺點是耐蝕性差.為了提高合金的耐蝕性能,一般板材表面包含有1%Zn的包鋁層.此外,超硬鋁的室溫強度雖比硬鋁高得多,但耐熱強度不如硬鋁,當(dāng)溫度升高時,超硬鋁合金中固溶體迅速分解,強化相聚集長大,而使得強度急劇降低.故超硬鋁合金不宜在120～130℃溫度以上工作.超硬鋁主要用作受力較大的結(jié)構(gòu)零件. 四、鍛鋁合金鋁-鎂-硅-銅系合金具有優(yōu)良的鍛造工藝性能,主要用作制造外形復(fù)雜的鍛件,故稱為鍛鋁合金.鍛鋁合金的牌號及化學(xué)成分見表6-2. 鍛鋁合金是在鋁-鎂-硅系合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.鋁中加入鎂和硅能形成Mg2Si化合物,它在鋁中有較大的固溶度,且隨溫度降低而急劇減小.當(dāng)Mg2Si相從過飽和固溶體中析出時引起晶格嚴(yán)重崎變,故Mg2Si相是一個極有效的強化相.但是,Mg2Si相具有一定的自然時效強化傾向,若淬火后不立即時效處理,則會降低人工時效強化效果.為了彌補這種強度損失,在鋁-鎂-硅系中同時加入銅和少量錳. 在鋁-鎂-硅-銅系中,錳的主要作用不僅是阻止在結(jié)晶退火時晶粒粗大,而且還能提高合金的淬火溫度上限,從而提高合金在淬火態(tài)的強度.加入銅,可顯著地改善熱加工塑性和提高熱處理強化效果,并且還能抑制擠壓效應(yīng),降低因加入錳而引起的各向異性. 鋁-鎂-硅-銅系鍛鋁合金的相組成主要是a、Mg2Si、W(Cu4Mg5Si4Alx)相,當(dāng)合金中銅含量較高時,亦有θ（CuSi2）和S(Al2CuMg)相. 鍛鋁合金的熱處理由于共同的強化相Mg2Si和W(Cu4Mg5Si4Alx)相在室溫下析出緩慢,所以在自然時效時很難達(dá)到最大的強化效果,必須采用人工時效. 鍛鋁合金熱處理的共同缺點是淬火后在室溫下的停留時間不宜過長,否則顯著降低人工時效強化效果.而且停留時間愈長,人工時效強化效果愈差.因此,鍛鋁合金淬火后應(yīng)立即進行時效處理. 鑄造鋁合金鑄造鋁合金除要求具備一定的使用性能外,還要求具有優(yōu)良的鑄造工藝性能.成分處于共晶點的合金具有最佳鑄造性能,但由于此時合金組織中出現(xiàn)大量硬脆的化合物,使合金的脆性急劇增大.因此,實際使用的鑄造合金并非都是共晶合金,它與變形鋁合金相比較只是合金元素含量高一些. 鑄造鋁合金的牌號按著GB/T8063-1994標(biāo)準(zhǔn),用“ZAl＋主加元素符號和百分比含量＋輔加元素符號和百分比含量＋輔加元素符號和百分比含量……”表示. 鑄造鋁合金的代號用“鑄造”二字的漢語拼音第一個大寫字母“ZL”加三位數(shù)字表示.第一位數(shù)表示合金系別：1表示為鋁硅系合金；2表示為鋁銅系合金；3表示為鋁鎂系合金；4表示為鋁鋅系合金；如ZL110表示10號鋁硅系合鑄造鋁合金,一、鋁-硅鑄造合金鋁-硅合金具有極好的流動性,鑄造收縮性和線膨脹系數(shù)小,優(yōu)良的焊接性、耐蝕性以及足夠的力學(xué)性能.但合金的致密度較小,適宜制造致密度要求不太高的、形狀復(fù)雜的鑄件. 在簡單的二元鋁-硅合金中,加入某些強化元素后組成的多元鋁-硅合金稱為特殊鋁-硅合金. 1.簡單的鋁-硅合金簡單的二元鋁-硅合金（ZL102）是硅含量11%～13%的合金.鑄造后的組織為粗大的針狀硅與鋁基固溶體組成的共晶體和少量的板塊狀初晶硅.由于組織中粗大的針狀共晶硅的存在,合金的力學(xué)性能不高,抗拉強度Rm不超過140 MPa,延伸率A不小于3%. 若澆注前在熔融合金中加入2%～3%的變質(zhì)劑,進行變質(zhì)處理,則可以細(xì)化組織.常用的變質(zhì)劑為2/3NaF+1/3 NaCl或25% NaF+62.5%NaCl+12%KCl混合物,經(jīng)攪拌均勻后澆入鑄型. 經(jīng)變質(zhì)處理后的ZL02合金的抗拉強度Rm達(dá)180MPa,延伸率A可達(dá)8%.鋁-硅合金變質(zhì)處理雖能細(xì)化組織,改善力學(xué)性能,但由于變質(zhì)劑鈉易與熔融合金中的氣體起反應(yīng),使變質(zhì)處理后的鋁合金鑄件產(chǎn)生氣孔（亦稱針孔）等鑄造缺陷,為了消除這種鑄造缺陷,澆注前必須進行精煉脫氣,致使鑄造工藝復(fù)雜化.故目前對于硅含量小于7%～8%的合金一般都不進行變質(zhì)處理. 簡單的鋁-硅合金經(jīng)變質(zhì)處理后,可以提高力學(xué)性能.但由于硅在鋁中的固溶度變化不大,且硅在鋁中的擴散速度很快,極易從固溶體中析出,并聚集長大,時效處理時不能起強化作用,故簡單鋁-硅合金的強度不高.為了進一步提高鋁-硅合金的力學(xué)性能,常加入銅、鎂等合金元素,形成時效強化相,并通過熱處理強化,進一步提高力學(xué)性能,以擴大其應(yīng)用范圍. 2.含鎂特殊鋁-硅合金若在鋁-硅合金中加入適量的鎂,能形成Mg2Si相,它在α固溶體中的固溶度隨溫度降低而顯著減小.在固溶處理時能全部溶入α固溶體,經(jīng)時效處理能產(chǎn)生顯著的強化效果.但鎂的加入量過高時,固溶處理后尚有一部分未溶解的過剩相Mg2Si存在,使合金變脆. 常用的特殊鋁-硅合金有ZLl04、ZLl01等合金.例如,ZL104合金的成份標(biāo)于圖中所示位置,在室溫時的平衡組織為α固溶體與(α+ Si)二元共晶體以及自α固溶體中析出的Mg2Si相.熱處理后的抗拉強度Rm達(dá)240 MPa,延伸率為3.6%.鑄造、焊接、耐蝕性能等均較高. 3.含銅特殊鋁-硅合金在鋁-硅合金中加入銅能形成θ (CuAl2)強化相,通過熱處理能進一步提高合金強度.常用的含銅特殊鋁-硅合金有ZL107合金, ZL107經(jīng)熱處理后抗拉強度達(dá)260MP,延伸率為3%. 4.含銅、鎂特殊鋁-硅合金鋁-硅合金中同時加銅、鎂形成的多元合金.．其組織中除Mg2Si、CuAl2等相外,還有Al2CuMg、W（AlxCu4Mg5Si）等強化相.常用的合金有ZL103、ZL105、ZL110等合金.多元特殊鋁-硅合金,因其熱處理后具有更高的力學(xué)性能,故可用作受力較大的內(nèi)燃機零件,如缸體、缸蓋、曲軸箱等. 二、鋁-銅鑄造合金鋁-銅鑄造合金的最大特點是耐熱性高,是所有鑄造鋁合金中最高的一類合金.其高溫強度隨銅含量的增加而提高,而合金的收縮率和形成裂紋的傾向則減小.但由于銅含量增加,使合金的脆性增加,故鑄造鋁臺金的銅含量一般不超過14%.鋁-銅合金的最大缺點是耐蝕性差,且隨銅含量的增加耐蝕性降低. 銅含量不同,鋁-銅鑄造合金的性能特點不同,其用途并不一樣.銅含量4%～5%的合金熱處理強化效果最好,具有高的強度和塑性,但鑄造性能較差.例如ZL203合金適宜制造形狀比較簡單強度要求較高的鑄件.中等銅含量(8%～10%左右）的合金熱處理強化效果較差,但鑄造性能較好,例如ZL202合金適宜鑄造形狀復(fù)雜,但強度和塑性要求不太高的大型鑄件.銅含量高的合金具有高的耐熱性能和優(yōu)良的鑄造性能.適宜鑄造形狀復(fù)雜和在高溫工作的鑄件,如汽車、摩托車發(fā)動機的活塞等. 三、鋁-鎂鑄造合金鋁-鎂鑄造合金是密度最?。?.55)、耐蝕性最好、強度最高（抗拉強度可達(dá)350MP)的鑄造鋁合金.但由于結(jié)晶溫度范圍寬,故流動性差,形成疏松傾向大,其鑄造性能不如鋁-硅合金好,且熔化澆鑄過程中易形成氧化夾渣,使鑄造工藝復(fù)雜化.此外,由于合金的熔點較低,故熱強度較低,工作溫度不超過200℃. 常用的鋁-鎂鑄造合金有ZL301、ZL302合金.ZL301合金由α固溶體及其析出的Mg5Al8相所組成.由于鋁-鎂合金時效處理過程中不經(jīng)歷GP區(qū)階段,而直接析出Mg5Al8相,故時效強化效果較差,且強烈降低合金的耐蝕性和塑性.因此ZL301合金常以淬火狀態(tài)使用.ZL301合金經(jīng)固溶處理后抗拉強度Rm達(dá)350MPa,延伸率達(dá)10%.鋁-鎂鑄造合金常用做制造承受沖擊、振動載荷和耐海水或大氣腐蝕、外形較簡單的重要零件和接頭等. 四、鋁-鋅鑄造合金鋅在鋁中的溶解度很大,極限溶解度為32%.鋁中加入10%以上的鋅能顯著提高合金的強度,故鋁鋅鑄造合金具有較高的強度,是最便宜的一種鑄造鋁合金,其主要缺點是耐蝕性差. 常用的鋁-鋅鑄造合金是ZL401合金.由于這種合金含有較高(6.0%～8.0%）的硅,又稱含鋅特殊鋁-硅合金.在合金中加入適量的錳、鐵和鎂,可以顯著提高合金的耐熱性能.主要用于制作工作溫度不超過200℃,結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車、飛機零件、醫(yī)療機械和儀器零件等. 五、鑄造鋁合金的熱處理特點及代號鑄造鋁合金中除了鋁-硅合金ZL102、鋁-鎂合金ZL302外,所有其他合金均能熱處理強化. 鑄造鋁合金與變形鋁合金比較,其組織粗大,有嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析和粗大的針狀化合物.此外,鑄件的形狀亦比較復(fù)雜.因此,鑄造鋁合金的熱處理除了具有一般變形鋁合金的熱處理特性外,淬火加熱溫度一般比較高,保溫時間比較長,一般均在15～20小時左右.其次,由于鑄件的形狀比較復(fù)雜,壁厚不均勻,為了防止淬火時引起變形開裂,一般采用溫度較高（60～100℃）的水作淬火冷卻介質(zhì).此外,為了保證鑄件的耐蝕性以及組織與性能和尺寸穩(wěn)定性,凡是需要時效處理的鑄件,一般都采用人工時效. 鑄造鋁合金的熱處理可根據(jù)鑄件的工作條件和性能要求,選擇不同的熱處理方法.能力知識點6 耐熱鋁合金一、耐熱鋁合金的合金化耐熱鋁合金的合金化與耐熱鋼相類似,主要也是通過固溶強化、過剩相強化和晶界強化等幾方面來提高其熱強性的. 1.固溶強化耐熱鋁合金的固溶強化,要求加入的合金元素與形成的固溶體具有高的熱強性,而不顯著降低合金的熔點,以保證合金具有較高的再結(jié)晶溫度.其次,加入的合金元素要能增大原子間的結(jié)合力,減慢原子的擴散過程和固溶體分解速度.耐熱鋁合金通常采用多種合金元素進行合金化.這些合金元素加入后一般降低合金的熔點很少.它們多數(shù)是一些熔點比鋁高的過渡族元素,常用的合金元素有錳、鐵,銅、鋰以及稀士元素等. 2.過剩相強化耐熱鋁合金大多是多相合金,一定數(shù)量的耐熱性能好的過剩相是耐熱鋁合金不可缺少的,熔點高的、成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并在高溫下與共存的固溶體互相作用微弱的過剩相,具有高的熱穩(wěn)定性.鋁合金中熱穩(wěn)定性好的過剩相有A12CuMg(S)、AI6Cu3Ni(T),、Al.xCu,4Mg5Si4(W)、AI2FeSi等. 3.晶界強化在鋁合金中加入鈦、鋯和稀土元素等都能有效地強化晶界.特別是稀土元素能與鋁中的多種雜質(zhì)元素起作用,清除晶界處的雜質(zhì)、達(dá)到凈化晶界與提高晶界抗蠕變的目的,從而顯著地提高鋁合金的耐熱性能. 二、耐熱鋁合金牌號耐熱鋁合金根據(jù)加工工藝特點不同可分為耐熱變形鋁合金和耐熱鑄造鋁合金.常用耐熱變形鋁合金牌號有：2A02、2A16、2A17、2A70、2A80、2A90等；常用耐熱鑄造鋁合金牌號有：ZL110、ZL108、ZL109等,1.耐熱變形鋁合金 1）．耐熱硬鋁合金耐熱硬鋁合金為鋁-銅-錳系合金,常用的有2A02、2A16、2A17合金.銅和錳是這類合金的重要組成元素.銅含量為6.0%～6.5%的合金具有高的再結(jié)晶溫度,因此耐熱性能高；同時銅的加入能形成CuAl2強化相,通過人工時效可使合金強化.錳在鋁中的擴散系數(shù)小,并降低銅在鋁中的擴散速度,減慢α固溶體的分解和減小強化相在高溫下聚集長大傾向,是保證合金耐熱性的主要元素.合金的錳含量在0.4%～0.5%時,能形成細(xì)小彌散的T (CuMn2Al12）相,提高合金的耐熱性.但錳含量超過1.2%時,由于T相數(shù)量增多,相界面增加,加速了擴散過程,使合金耐熱性降低.因此,在耐熱硬鋁合金的錳含量應(yīng)控制在0.4%～0.8%. 合金中加入少量鈦能細(xì)化組織且提高合金的再結(jié)晶溫度,因而提高合金的耐熱性.但鈦含量超過0.2%時,反而使合金耐熱性降低,故鈦含量應(yīng)控制在0.1%～0 .2%. 2A17合金是在2A16 的基礎(chǔ)上加入0.25%～0.45% Mg的合金.鎂能提高合金的室溫強度,有利于提高合金在150～250℃下的耐熱性能,但它使合金的焊接性能變壞,故應(yīng)控制在0.5%以下. 耐熱硬鋁主要用于制作擠壓和模鍛的半制品,制造在200～300℃下工作的零件,如壓縮機葉片盤或加工成板材用作常溫和高溫下工作的焊接容器. 2）.耐熱鍛鋁合金耐熱鍛鋁合金屬于鋁-銅-鎂-鐵-鎳系合金,鋁-銅-鎂-鐵-鎳系合金屬于耐熱鍛鋁合金,常用的牌號是2A70,2A80、2A90合金.這類合金中的主要耐熱相為S(A12CuMg)相,因此,合金中應(yīng)力求使S(A12CuMg)相的數(shù)置達(dá)到極限值.為此,合金中應(yīng)相對地降低銅含量,而適當(dāng)提高鎂含量,以保證獲得最大數(shù)量的S(A12CuMg)相,從而獲得優(yōu)良的耐熱性能. 鐵和鎳按1:1的比例同時加入合金時,能形成FeNiAl9,對提高合金的耐熱性有良好的作用.但合金中單獨加入鐵或鎳時,都使合金的耐熱性降低. 耐熱鍛鋁合金除了具有較好的耐熱性外,還具有小的熱膨脹系數(shù),良好的導(dǎo)熱性以及加工工藝性能.可加工成各種棒材、鍛件以及制作在150～225℃下工作的結(jié)構(gòu)零件. 2.耐熱鑄造鋁合金活塞是發(fā)動機中傳遞能量的一個重要零件,它在工作時承受高溫、高壓、并高速地往復(fù)運動.因此,作為活塞材料,除了要求密度小、導(dǎo)熱性好外,還要求具備優(yōu)良的耐熱性和耐磨性以及良好的加工工藝性.活塞鋁合金是典型的耐熱鑄造鋁合金.它是在二元鋁-硅合金ZL102的基礎(chǔ)上,分別加入一定量的銅、鎂、鎳、錳及稀土元素等,組成的多元鋁-硅鑄造合金.其中鋁-硅-銅-鎂系的ZL110和ZL108以及鋁-硅-銅-鎂-鎳系的ZL109合金,是最常用的耐熱鑄造鋁合金,主要用于制造活塞. 鋁-硅合金中加入銅和鎂能形成CuAI2和Mg2Si以及W(AI5Mg5Cu4Si4）相,起強化作用,但鎂量過高會出現(xiàn)粗大的過剩相Mg2Si,使合金變脆,并使合金的吸氣性增加.錳能提高合金的耐熱性.它在固溶體中的擴散系數(shù)很小,當(dāng)合金凝固時錳被保留在固溶體中,起固溶強化作用,提高了固溶體在高溫下的穩(wěn)定性,從而提高合金的耐熱性.錳還能形成具有高溫硬度的T(CuMn2Al12)相,顯著提高合金的熱硬性.鎳在合金中能形成具有熱硬性的AI3Ni或〔CuNi）2AI3相,提高合金的熱強度.在ZL109合金組織中主是α, Si, Mg2Si, AI3Ni等相. 耐熱鋁合金的熱處理必須保證在工作溫度下具有高的組織與性能穩(wěn)定性.因此,耐熱鋁合金固溶處理后,均采用人工時效處理.

固溶強化和析出強化有什么區(qū)別

一、方法不同

1、固溶強化

固溶強化，是指純金屬經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮辖鸹?，強度、硬度提高的現(xiàn)象。其原因可歸結(jié)于溶質(zhì)原子和位錯的交互作用，這些作用起源于溶質(zhì)引發(fā)的局部點陣畸變。固溶體可分為無序固溶體和有序固溶體，其強化機理也不相同。

2、析出強化

析出強化即沉淀強化，沉淀硬化是指金屬在過飽和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和（或）由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導(dǎo)致硬化的一種熱處理工藝。

二、原理不同

1、固溶強化

在合金中當(dāng)溶質(zhì)原子以固溶形式溶入基體中，使合金發(fā)生強化，稱為固溶強化.固溶強化又可按溶質(zhì)原子在基體中的分布狀況分成均勻強化和非均勻強化，前者指溶質(zhì)原子混亂分布于基體中時的強化作用，后者指溶質(zhì)原子優(yōu)先分布在晶體缺陷附近，或作有序排列時的強化。

2、析出強化

沉淀硬化機理是因為金屬材料中第二相粒子從過飽和固溶體里析出而引起應(yīng)變，從而引起金屬點陣的強化。造成最大強化是在形成可見的第二相粒子之前，這個階段稱為析出的孕育階段。

在這個階段，要析出來形成第二相的原子，傾向于成群地堆積，它們與母相保持連續(xù)的共格聯(lián)系，就在這個時候發(fā)生了最大的應(yīng)變，從而產(chǎn)生了最大的強化。

三、應(yīng)用不同

1、固溶強化

微量或少量元素對 Pt 和 Pt-Rh 合金的高溫強度有明顯的影響，溶質(zhì)W、Mo、Ir、Ru、Os、Re 等內(nèi)聚能很高，它們對Pt、Pd的強化效果很好，所有過渡族元素及Cu、Ag和Au在Pt中也有相當(dāng)高的固溶度，特別是周期表中Pt附近的元素與Pt形成連續(xù)固溶體。在不甚高的溫度范圍內(nèi)，這些元素對Pt均有不同程度的固溶強化作用。

2、析出強化

馬氏體型沉淀硬化不銹鋼通常是在馬氏體狀態(tài)下供應(yīng)，經(jīng)過簡單的時效處理進行沉淀硬化。馬氏體沉淀硬化不銹鋼的性能可以通過馬氏體形成與沉淀硬化機理中的一種或兩種共同作用來獲得，它是沉淀硬化不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的鋼種。

參考資料來源：百度百科－固溶強化

參考資料來源：百度百科－析出強化

固溶作用熱力學(xué)

(一)固溶體的熱力學(xué)性質(zhì)及有限類質(zhì)同象

類質(zhì)同象現(xiàn)象可以看成是具有相同陰離子格架而含有不同陽離子的兩種礦物的互溶物,如鐵橄欖石和鎂橄欖石具有完全的互溶性,并形成一個均勻的相。在另一些情況下,溶解是有限的,如在共生的菱鐵礦 (FeCO3 )和方解石 (CaCO3 )中,僅有百分之幾的Fe或Ca可以互相被替代。固相溶解的程度取決于組分的性質(zhì)、形成溫度,以及固溶體的冷卻過程。固溶作用是一種物理化學(xué)過程,元素在固溶體系中的性質(zhì)和結(jié)合行為可以應(yīng)用熱力學(xué)理論進行定量計算。已有資料證明,固溶體相的許多熱力學(xué)性質(zhì)與純相和機械混入物不同。本節(jié)只涉及固溶體作為整體相的熱力學(xué)特征和基本計算。固溶體中單組分微跡元素的行為見本書第五章。

1.混合物和固體溶液的自由能

設(shè)A、B為兩個純相,當(dāng)該兩相形成機械混合物時,相與相之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。A+B的機械混合物總吉布斯自由能可表示為

地球化學(xué)

式中:GA、GB 為在所研究的溫度和壓力條件下純 A、B 相的自由能。對于一個摩爾的全部分子,可用純相的化學(xué)位來表示:

地球化學(xué)

如果把自由能作為組成的函數(shù),對機械混合物作圖可得聯(lián)結(jié)GA 和GB 的一條直線,如圖2-19a。

圖2-19 自由能與成分圖解

a—A+B機械混合物;b—300K時 A、B形成均勻理想溶液;c—恒溫下完全不溶

如圖2-19b 所示,在某一溫度下A、B形成均勻理想溶液中,每個組分的化學(xué)位為

地球化學(xué)

式中:μi為所研究的溫度和壓力下純i的化學(xué)位;

為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下i的化學(xué)位。設(shè)A、B屬于有共同的陰離子格架,且陽離子有相同的電荷的相,A、B 形成二元理想固溶液。1摩爾溶液與1摩爾A、B任一組分的陰離子數(shù)相同,則該溶液的摩爾自由能為

地球化學(xué)

或

地球化學(xué)

顯然理想溶液與機械混合物有如下關(guān)系:

地球化學(xué)

式中:XA、XB 都小于1,所以對數(shù)項都將是負(fù)值。因此,A和B的理想溶液總比A和B的機械混合物具有較低的自由能。這是由于被混合的粒子大,而機械混合物并不能有效地改變體系的熵的緣故。1摩爾由10μm大小的粒子組成的 NaCl僅含有1010個粒子,卻有1023個分子。形成理想溶液為分子級的混合,使體系的熵增加為

地球化學(xué)

因此,溶液的自由能降低了。

2.混合熵

固溶作用的熵變可以由在等壓和恒組成下自由能對溫度的微分求得:

地球化學(xué)

式中:R(XA l nXA+XB l nXB )一項稱為混合熵,它是固溶液的熵超過純組分熵的量。如果在固溶體相中發(fā)生置換 (混合)的晶格位置不止一個,而且在該位置中可能有兩種以上的原子占據(jù),則混合熵方程式為

地球化學(xué)

式中:n為位置數(shù);i代表各種組分。例如在(Ca、Mg、Fe、Mn)3Al2Si3O12石榴子石中, n=3,混合熵計算式為

地球化學(xué)

式中:XCa =Ca/(Ca+Mg+Fe+Mn)

XMg =Mg/(Ca+Mg+Fe+Mn)

XFe =Fe/(Ca+Mg+Fe+Mn)

XMn =Mn/(Ca+Mg+Fe+Mn)

理想溶液的摩爾焓可以用下列方程式求得:

H=G+TS

將

及

計算結(jié)果代入并整理后得:

地球化學(xué)

同理可以求得理想溶液的摩爾體積為

地球化學(xué)

總之,理想溶液的自由能和熵都因物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生變化,在方程式中有別于機械混合物的項,但理想溶液的焓和體積則簡單地等于純組分相應(yīng)焓和體積的總和。如果兩種組分形成具有體積變化的和焓變的溶液時,則該溶液就不是理想溶液。

(二)含有理想固溶體的反應(yīng)平衡的計算

對下列平衡反應(yīng):

地球化學(xué)

若各組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)定為在所研究的溫度壓力時的純相,此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能改變值應(yīng)為

地球化學(xué)

這四項的任何組合中的平衡,都需滿足下列條件:

地球化學(xué)

如果在這類組合中各相都是純的,而且均由反應(yīng) (2-19)中的各組分構(gòu)成。采用P、T標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)各組分的活度等于1,平衡條件下上式變成:

地球化學(xué)

解此方程可以計算出四個純相平衡的P—T曲線:

如:T=900K時,P= [(-43095+900×133.18)/5.458 ]+1=14.066×108Pa

T=1200K時,P=[(-43095+1200×133.18)/5.458 ]+1=21.386×108Pa

在自然界,這類礦物組合中各相并不都是純相,以上結(jié)果未必適用。通常石英和矽線石接近于純相,但斜長石是 CaAl2 Si2 O8-NaAlSi3 O8 的固溶體,而石榴子石成分為多組分的固溶體:(Ca,Fe2+,Mg,Mn)3Al2Si3O12。

設(shè)石英和矽線石為純相,

=0.2,雖然在Na、Ca斜長石中混合作用發(fā)生在每個式單位中一個位置以上,但實驗結(jié)果表明,由于受電荷平衡的約束,活度近似地等于摩爾數(shù),即:

地球化學(xué)

設(shè)石榴子石成分:

把這兩個活度代入 (2-22)式,仍按T=900K和 1200K,計算具有固溶體相的P—T曲線 (R=8.314J/mol.K),

得:T=900K,P=8.364×108Pa

T=1200K,P=13.784×108Pa

因此很明顯的是,該平衡體系中固溶體的作用相對于純的簡單體系強烈地降低了體系的平衡壓力。

(三)固溶體分溶作用

理論上任何給定成分的固溶體系的穩(wěn)定范圍都是有限度的,高溫形成的固溶體只能在很窄的溫度范圍存在,隨著溫度下降,處于XA 與XB 成分之間的固溶體是不穩(wěn)定或是亞穩(wěn)定的,固溶體將通過擴散方式分溶。固溶體分溶作用的結(jié)果受動力學(xué)因素的控制,如體系溫度下降的速率和擴散作用的速度等。如果降溫速度緩慢,有充分時間可使兩種不溶相分別擴散聚集成顯微顆粒,如堿性長石中“條紋構(gòu)造”,磁鐵礦中的鈦鐵礦分凝包體,以及閃鋅礦中的黃銅礦乳滴狀或格子狀分凝體結(jié)構(gòu)等就是這樣形成的。如果體系迅速冷卻,擴散作用不能充分地使二相分子各自集中,則形成亞穩(wěn)態(tài)近似均勻的機械混合體,并可將這一狀態(tài)永久保持。多組分體系的出溶可能比二元體系更為復(fù)雜,但是上述基本原理仍然是正確和可以應(yīng)用的。

固溶作用是控制微量元素分配的主要因素。在地質(zhì)作用中成礦元素都屬微量組分,它們的集中、分散、成礦、成暈等過程在很多環(huán)節(jié)上受類質(zhì)同象或固溶作用制約。同時,類質(zhì)同象的發(fā)育程度受環(huán)境物理化學(xué)條件的制約,因此研究元素的類質(zhì)同象和固溶作用有助于對成巖成礦機理的了解。

求鋁合金固溶的時效強化原理時效因素？？

鋁合金時效強化原理

鋁合金的時效硬化是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，它不僅決定于合金的組成、時效工藝，還取決于合金在生產(chǎn)過程中縮造成的缺陷，特別是空位、位錯的數(shù)量和分布等。目前普遍認(rèn)為時效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果。鋁合金在淬火加熱時，合金中形成了空位，在淬火時，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)。這些在過飽和鋁合金固溶爐體內(nèi)的空位大多與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的擴散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。硬化區(qū)的大小和數(shù)量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區(qū)的數(shù)量也就越多，硬化區(qū)的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減小硬化區(qū)的尺寸。沉淀硬化合金系的一個基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加固溶度增加，大多數(shù)可熱處理強化的的鋁合金都符合這一條件?！　　　∮绊憰r效的因素　　　　1.從淬火到人工時效之間停留時間的影響研究發(fā)現(xiàn)，某些鋁合金如Al－Mg－Si系合金在室溫停留后再進行人工時效，合金的強度指標(biāo)達(dá)不到最大值，而塑性有所上升。如ZL101鑄造鋁合金，淬火后在室溫下停留一天后再進行人工時效，強度極限較淬火后立即時效的要低10～20Mpa，但塑性要比立刻進行時效的鋁合金有所提高?！　　　?.合金化學(xué)成分的影響一種合金能　　　　否通過時效強化，首先取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的程度。如硅、錳在鋁中的固溶度比較小，鋁合金固熔爐且隨溫度變化不大，而鎂、鋅雖然在鋁基固溶體中有較大的固溶度，但它們與鋁形成的化合物的結(jié)構(gòu)與基體差異不大，強化效果甚微。因此，二元鋁－硅、鋁－錳、鋁－鎂、鋁－鋅通常都不采用時效強化處理。而有些二元合金，如鋁－銅合金，及三元合金或多元合金，如鋁－鎂－硅、鋁－銅－鎂－硅合金等，它們在熱處理過程中有溶解度和固態(tài)相變，則可通過熱處理進行強化。

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