固溶度方程怎么求 固溶强化和析出强化有什么区别
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X射线的衍射分析法可以用来对无机物进行定性分析。
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一、防锈铝合金防锈铝合金包括铝-镁系和铝-锰系合金以及工业纯铝.防锈铝合金的牌号及化学成分见表6-2. 这类铝合金的主要性能特点是具有优良的耐蚀性能,因而得名防锈铝合金,简称为防锈铝.此外,还具有良好的塑性与焊接性,适宜压力加工和焊接.这类合金不能进行热处理强化,力学性能比较低.为了提高其强度,可用冷加工方法使其强化.但由于防锈铝的切削加工工艺性差,故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其他冷变形零件. 1.铝-镁系合金铝-镁系合金的化学成分中,镁是合金的主要组成元素,此外,还加入少量锰、钛等其他元素. 镁含量对合金力学性能的影响是随着镁含量的增加,合金的强度、塑性亦相应提高.但是,当合金中的镁含量超过5%Mg时,合金的抗应力腐蚀性能降低；当镁含量超过7%时,合金的塑性降低,焊接性能也变坏.这可能是与镁含量增加使合金在液态结晶时成分偏析倾向增大有关.由于合金不平衡结晶的结果,合金组织中出现脆性的β(Mg2Al3)相,而导致铝-镁合金性能变坏.实验指出,在镁含量较低的5A02和5A03合金中没有发现β(Mg2Al3)相,随着镁含量的增加,在5A05中可以看到少量β(Mg2Al3)相,而在5A06 合金中,由于镁含量增加,β(Mg2Al3)相的数量亦相应的增加. 铝-镁合金中加入少量（0.3%～0.8%）锰,不仅能改善合金的耐蚀性,而且还能提高合金的强度.少量的钛或钒主要是起细化晶粒的作用,少量硅可以改善合金的焊接性能. 在铝-镁系防锈铝中,铁、铜和锌等是有害的杂质元素,它们能使合金的耐蚀性能与工艺性能恶化,故其含量应严格控制. 在铝-镁合金中,镁在固态铝中虽然有较大的溶解度,且随温度变化亦比较大,但由于铝-镁合金淬火后,在时效过程中形成的过渡相β′与基体不发生共格关系,其时效强化效果甚微,故铝-镁系合金含7%以下的防锈铝均不采用时效处理来提高强度. 为了提高铝-镁系防锈铝的强度,可以采用冷加工硬化的方法使其强度提高.但是,含镁高的铝-镁系防锈铝在冷加工硬化后,随着在室温放置时间的增长,合金的强度、特别是屈服强度明显下降,而延伸率显著提高.而且,这种软化现象随着合金的镁含量和变形度增加而表现得更明显.为了防止高镁防锈铝冷加工后的软化现象,冷变形后应进行稳定化处理,即加热到150℃保温3小时,使之在室温下力学性能稳定化. 2.铝-锰系防锈铝铝-锰系防锈铝中常见的合金牌号是3A21.锰是该合金的主要组成元素,锰含量在1.0%～1.6%范围内的合金具有较高的强度,同时具有较高的塑性、焊接性以及优良的耐蚀性.当锰的含量超过1.6%时,由于形成大量的脆性化合物MnAl6,虽然强度有所提高,但合金的塑性显著降低,压力加工工艺性能变坏,故防锈铝中锰含量一般不超过1.6%. 铁和硅是合金中的主要杂质.铁降低锰在铝中的溶解度,并能溶于MnAl6中,形成（FeMn）Al6,这是硬而脆的难溶相.实践证明,合金中含有少量铁能细化合金组织,但铁含量过高时,则由于形成大量的（FeMn）Al6相,而显著降低合金的力学性能与工艺性能,降低铸造性,故应严格控制其含量,一般控制在0.6%以下. 铝-锰系防锈铝因其时效强化效果不佳,故不采用时效处理.3A21合金制品的热处理主要是退火.但3A21合金退火时,极易产生晶粒粗大,导致合金半制品在深冲或弯曲时表面粗糙或产生裂纹.为了保证获得细晶粒的3A21合金制品,应提高退火时的加热速度,或在合金中加入少量钛的同时,加入0.4%铁来细化合金组织.或者将铸锭在600～620℃进行均匀化退火,消除锰在晶内和晶间的严重偏析.从而获得均匀细小的晶粒,以改善压力加工工艺性能. 二、硬铝合金铝-铜-镁系合金是使用较早,用途很广的铝合金.它有强烈的时效强化作用,经时效处理后具有很高的硬度、强度,故铝-铜-镁系合金总称为硬铝合金.此外,这类合金还具有优良的加工工艺性能,可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品,广泛应用在国民经济和国防建设中. 硬铝合金的主要合金元素是铜、镁,此外还含有锰和一些杂质元素铁、硅、镍、锌等.硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2. 不同牌号的硬铝合金具有不同的化学成分,其性能特点亦不同.含铜、镁量低的硬铝强度较低而塑性高；含铜、镁量较高的硬铝则强度高而塑性较低.硬铝合金的成分与力学性能的关系,是由合金中形成的强化相所决定的.硬铝合金中铜与镁比值不同,形成的强化相亦不同,其强化相与强化效果亦不同.镁含量低时,形成的主要强化相是θ相(CuAl2),当镁量增加时,θ相减少,而形成强化效果比θ相更大的、并具有一定耐热性的S(Al2CuMg)相.进一步增加镁含量,则相继形成强化效果较差的T(Al6CuMg4)相与β(Al3Mg2)相.当铜与镁的比值一定时,铜和镁总量愈高,强化相数量愈多,强化效果愈大. 在硬铝合金中除主要元素铜和镁外,还加入一定量的锰.锰能改善硬铝的耐蚀性,细化合金组织,淬火是锰溶于固溶体起固溶强化作用,使淬火硬铝的强度提高30~70MPa.但含锰量过高时塑性显著降低,因此,硬铝合金中的锰含量控制在0.3%～1.0%.此外,锰还能提高硬铝的耐热性能和削弱杂质铁的有害作用.硬铝合金中的锰含量控制在0.3%～1.0%. 铁是硬铝中的有害元素,它不仅能与铝形成金属间化合物FeAl3,降低合金的塑性与耐蚀性能,而且还能夺取合金中的铜形成Cu2FeAl7难溶化合物,减少强化相θ和S的数量,降低时效强化效果.此外,铁还能与硅、锰等元素形成粗大的脆性化合物,使工艺性能变差.因此,在硬铝合金中铁含量一般都控制在0.5%以下. 硅在硬铝中亦是以杂质存在.当合金中铁含量较低时,硅与镁优先形成Mg2Si化合物,消耗一部分镁,使强化相S(Al2CuMg)相减少.从而降低硬铝的自然时效强化效果.硅对硬铝的塑性没有太大的影响,相反当合金中有铁存在时,硅与铁形成Fe2SiAl2相,可以减少由于形成粗大片状的(FeMn)Al2相的是有害元素,作用.在硬铝中硅的含量一般控制在0.5%～0.7%. 镍在硬铝合金中亦是有害杂质.镍能与铜形成AlCuNi难溶化合物,从而减少了强化相θ(CuAl2)、S(Al2CuMg)相的数量,使硬铝的时效强化效果降低,因此镍含量应限制在0.1%以下. 锌在硬铝中以杂质存在,它对硬铝的室温力学性能没有影响,但降低硬铝的热硬性,并增加焊接时形成裂纹的倾向,也需严加控制. 硬铝合金按其合金元素含量及性能不同,可分为三种类型：即低强度硬铝,如2A01、2A03、2A10等合金；中强度硬铝如2A11 等合金；高强度硬铝,如2A12等合金. 1.低强度硬铝这类硬铝合金镁含量较低（2A10）或含铜、镁量都比较低（2A01）.其主要强化相是θ(CuAl2)相,所以时效强化效果较小,强度比较低,具有较高的塑性,而且时效硬化速度比较缓慢.时效强化后具有较高的剪切抗力,适宜作铆接材料. 2.中强度硬铝中强度硬铝亦称标准硬铝.这类合金的铜、镁含量都比较高.它在图6-9中（如2A11合金）处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区左侧,主要强化相亦是θ(CuAl2)相,其次是S(Al2CuMg)相.但铜和镁总量较高,镁量较低,因此具有较高的强度和较好的塑性.退火后工艺性能良好,可进行冷弯、冲压等工艺过程焊接性能良好,耐蚀性中等.被切削加工性在退火状态比较差,但时效硬化状态被切削加工性良好.主要用作中等载荷的结构零件. 3.高强度硬铝为了提高硬铝合金的强度和屈服极限,在中强度硬铝的基础上,同时提高铜和镁的含量或单独提高镁的含量而形成高强度硬铝.,如2A12合金.它在图6-9中处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区的右侧.其主要强化相是S(Al2CuMg)相,其次是θ(CuAl2)相.由于S相的自然时效强化效果比θ相强,故2A12合金具有比2A11更高的强度和屈服极限以及良好的耐热性,但塑性和某些工艺性能较差些.2A12合金是工业中应用最广泛的一种高强度硬铝合金. 硬铝合金的耐蚀性比防锈铝要差的多,特别是在海水中的耐蚀性更差.所以凡需要在腐蚀环境中工作的硬铝合金零件,其表面都要包一层高纯度铝,以提高其抗蚀能力,但是,包铝的硬铝材料热处理后的力学性能要比未包铝的低些. 硬铝淬火加热的过烧敏感性很大,为获得最大固溶度的过饱和固溶体,2A12合金最理想的淬火温度为500±3℃,但实际生产条件下很难办到,所以2A12合金常用的淬火温度为495～500℃. 硬铝合金淬火加人工时效状态比淬火加自然时效具有更大的晶间腐蚀倾向,所以除高温工作的构件外,一般采用自然时效.2A12合金淬火后自然时效与力学性能的关系. 淬火冷却速度对硬铝合金的强度及耐蚀性都有强烈的影响.当淬火冷却速度低时,由于淬火过程中强化相,如θ(CuAl2)相沿晶界大量析出,而降低自然时效强化效果和增大晶间腐蚀倾向.因此硬铝合金淬火时,在保证不变形开裂的前提下,冷却速度愈快愈好.对于2A11和2A12合金,淬火冷却速度分别不小于20℃/s和14℃/s,通常采用清水作淬火介质. 三、超硬铝合金铝-锌-镁-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金,其强度达500～700 MPa,超过高强度的硬铝2A12合金（400～430 MPa）,故称为超硬铝合金.超硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2.超硬铝合金中,主要合金元素是锌、镁、铜,有时还加入少量锰、铬、钛等元素. 锌和镁是合金的主要强化元素,在合金中形成强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn3)相,它们在铝中都有很大的溶解度变化,具有显著的时效强化效果.但含锌、镁量过高时,虽然合金强度很高,但塑性和抗应力腐蚀性能降低. 在合金中加入一定量铜,可以改善超硬铝的抗应力腐蚀性能,同时铜还能形成θ(CuAl2)和S(Al2CuMg)相起补充强化作用,提高合金强度.但铜含量超过3%时,合金的耐蚀性反而降低,故超硬铝合金中的铜含量应控制在3%以下. 在超硬铝中加入锰和铬可以提高合金在淬火状态下的强度和人工时效强化效果,同时改善合金的抗应力腐蚀性能. 铁和硅都是有害杂质,.铁与锰形成难溶的复杂化合物相,降低合金的力学性能,并使铆接性能变差.硅在合金中夺取镁形成Mg2Si相,使合金中主要强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn2)相的数量减少,降低时效强化效果.铁和硅同时存在时,对超硬铝合金的性能影响比单独存在时要小.如铁和硅的含量均低于0.5%.时,实际上对合金的力学性能没有影响. 7A04合金的主要强化相是η相和T相,其次为S相,若在7A04合金的基础上稍提高锌、镁、铜含量,如7A06合金的组织中,η相与T相数量增多,而S相减少,则合金具有更强烈的时效强化效果,故7A06比7A04合金热处理后具有更高的强度,Rm可达600～700 MPa. 超硬铝和硬铝比较,淬火温度范围比较宽.对于6%Zn和含3%Mg以下的合金,淬火温度为450～480℃.但淬火温度不宜超过480℃,否则会降低合金的耐蚀性能.合金淬火时应尽量缩短淬火转移时间,以防止含铜相析出,降低合金时效效果. 超硬铝热处理与硬铝不同,超硬铝自然时效的时间很长,要经50～60天才能达到最大强化效果；此外自然时效的超硬铝比人工时效的具有更大的应力腐蚀倾向,因此超硬铝均采用人工时效处理.为了进一步提高合金的抗应力腐蚀性能,可采用分级人工时效,即在120℃时效6小时,然后再在160℃时效3小时,以进一步消除内应力. 超硬铝若退火后空冷,有淬火效应.因此,退火冷却速度不易过快,一般不大于30℃/h,炉冷至150℃出炉空冷. 超硬铝合金的主要缺点是耐蚀性差.为了提高合金的耐蚀性能,一般板材表面包含有1%Zn的包铝层.此外,超硬铝的室温强度虽比硬铝高得多,但耐热强度不如硬铝,当温度升高时,超硬铝合金中固溶体迅速分解,强化相聚集长大,而使得强度急剧降低.故超硬铝合金不宜在120～130℃温度以上工作.超硬铝主要用作受力较大的结构零件. 四、锻铝合金铝-镁-硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能,主要用作制造外形复杂的锻件,故称为锻铝合金.锻铝合金的牌号及化学成分见表6-2. 锻铝合金是在铝-镁-硅系合金的基础上发展起来的.铝中加入镁和硅能形成Mg2Si化合物,它在铝中有较大的固溶度,且随温度降低而急剧减小.当Mg2Si相从过饱和固溶体中析出时引起晶格严重崎变,故Mg2Si相是一个极有效的强化相.但是,Mg2Si相具有一定的自然时效强化倾向,若淬火后不立即时效处理,则会降低人工时效强化效果.为了弥补这种强度损失,在铝-镁-硅系中同时加入铜和少量锰. 在铝-镁-硅-铜系中,锰的主要作用不仅是阻止在结晶退火时晶粒粗大,而且还能提高合金的淬火温度上限,从而提高合金在淬火态的强度.加入铜,可显著地改善热加工塑性和提高热处理强化效果,并且还能抑制挤压效应,降低因加入锰而引起的各向异性. 铝-镁-硅-铜系锻铝合金的相组成主要是a、Mg2Si、W(Cu4Mg5Si4Alx)相,当合金中铜含量较高时,亦有θ（CuSi2）和S(Al2CuMg)相. 锻铝合金的热处理由于共同的强化相Mg2Si和W(Cu4Mg5Si4Alx)相在室温下析出缓慢,所以在自然时效时很难达到最大的强化效果,必须采用人工时效. 锻铝合金热处理的共同缺点是淬火后在室温下的停留时间不宜过长,否则显著降低人工时效强化效果.而且停留时间愈长,人工时效强化效果愈差.因此,锻铝合金淬火后应立即进行时效处理. 铸造铝合金铸造铝合金除要求具备一定的使用性能外,还要求具有优良的铸造工艺性能.成分处于共晶点的合金具有最佳铸造性能,但由于此时合金组织中出现大量硬脆的化合物,使合金的脆性急剧增大.因此,实际使用的铸造合金并非都是共晶合金,它与变形铝合金相比较只是合金元素含量高一些. 铸造铝合金的牌号按着GB/T8063-1994标准,用“ZAl＋主加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量……”表示. 铸造铝合金的代号用“铸造”二字的汉语拼音第一个大写字母“ZL”加三位数字表示.第一位数表示合金系别：1表示为铝硅系合金；2表示为铝铜系合金；3表示为铝镁系合金；4表示为铝锌系合金；如ZL110表示10号铝硅系合铸造铝合金,一、铝-硅铸造合金铝-硅合金具有极好的流动性,铸造收缩性和线膨胀系数小,优良的焊接性、耐蚀性以及足够的力学性能.但合金的致密度较小,适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件. 在简单的二元铝-硅合金中,加入某些强化元素后组成的多元铝-硅合金称为特殊铝-硅合金. 1.简单的铝-硅合金简单的二元铝-硅合金（ZL102）是硅含量11%～13%的合金.铸造后的组织为粗大的针状硅与铝基固溶体组成的共晶体和少量的板块状初晶硅.由于组织中粗大的针状共晶硅的存在,合金的力学性能不高,抗拉强度Rm不超过140 MPa,延伸率A不小于3%. 若浇注前在熔融合金中加入2%～3%的变质剂,进行变质处理,则可以细化组织.常用的变质剂为2/3NaF+1/3 NaCl或25% NaF+62.5%NaCl+12%KCl混合物,经搅拌均匀后浇入铸型. 经变质处理后的ZL02合金的抗拉强度Rm达180MPa,延伸率A可达8%.铝-硅合金变质处理虽能细化组织,改善力学性能,但由于变质剂钠易与熔融合金中的气体起反应,使变质处理后的铝合金铸件产生气孔（亦称针孔）等铸造缺陷,为了消除这种铸造缺陷,浇注前必须进行精炼脱气,致使铸造工艺复杂化.故目前对于硅含量小于7%～8%的合金一般都不进行变质处理. 简单的铝-硅合金经变质处理后,可以提高力学性能.但由于硅在铝中的固溶度变化不大,且硅在铝中的扩散速度很快,极易从固溶体中析出,并聚集长大,时效处理时不能起强化作用,故简单铝-硅合金的强度不高.为了进一步提高铝-硅合金的力学性能,常加入铜、镁等合金元素,形成时效强化相,并通过热处理强化,进一步提高力学性能,以扩大其应用范围. 2.含镁特殊铝-硅合金若在铝-硅合金中加入适量的镁,能形成Mg2Si相,它在α固溶体中的固溶度随温度降低而显著减小.在固溶处理时能全部溶入α固溶体,经时效处理能产生显著的强化效果.但镁的加入量过高时,固溶处理后尚有一部分未溶解的过剩相Mg2Si存在,使合金变脆. 常用的特殊铝-硅合金有ZLl04、ZLl01等合金.例如,ZL104合金的成份标于图中所示位置,在室温时的平衡组织为α固溶体与(α+ Si)二元共晶体以及自α固溶体中析出的Mg2Si相.热处理后的抗拉强度Rm达240 MPa,延伸率为3.6%.铸造、焊接、耐蚀性能等均较高. 3.含铜特殊铝-硅合金在铝-硅合金中加入铜能形成θ (CuAl2)强化相,通过热处理能进一步提高合金强度.常用的含铜特殊铝-硅合金有ZL107合金, ZL107经热处理后抗拉强度达260MP,延伸率为3%. 4.含铜、镁特殊铝-硅合金铝-硅合金中同时加铜、镁形成的多元合金.．其组织中除Mg2Si、CuAl2等相外,还有Al2CuMg、W（AlxCu4Mg5Si）等强化相.常用的合金有ZL103、ZL105、ZL110等合金.多元特殊铝-硅合金,因其热处理后具有更高的力学性能,故可用作受力较大的内燃机零件,如缸体、缸盖、曲轴箱等. 二、铝-铜铸造合金铝-铜铸造合金的最大特点是耐热性高,是所有铸造铝合金中最高的一类合金.其高温强度随铜含量的增加而提高,而合金的收缩率和形成裂纹的倾向则减小.但由于铜含量增加,使合金的脆性增加,故铸造铝台金的铜含量一般不超过14%.铝-铜合金的最大缺点是耐蚀性差,且随铜含量的增加耐蚀性降低. 铜含量不同,铝-铜铸造合金的性能特点不同,其用途并不一样.铜含量4%～5%的合金热处理强化效果最好,具有高的强度和塑性,但铸造性能较差.例如ZL203合金适宜制造形状比较简单强度要求较高的铸件.中等铜含量(8%～10%左右）的合金热处理强化效果较差,但铸造性能较好,例如ZL202合金适宜铸造形状复杂,但强度和塑性要求不太高的大型铸件.铜含量高的合金具有高的耐热性能和优良的铸造性能.适宜铸造形状复杂和在高温工作的铸件,如汽车、摩托车发动机的活塞等. 三、铝-镁铸造合金铝-镁铸造合金是密度最小（2.55)、耐蚀性最好、强度最高（抗拉强度可达350MP)的铸造铝合金.但由于结晶温度范围宽,故流动性差,形成疏松倾向大,其铸造性能不如铝-硅合金好,且熔化浇铸过程中易形成氧化夹渣,使铸造工艺复杂化.此外,由于合金的熔点较低,故热强度较低,工作温度不超过200℃. 常用的铝-镁铸造合金有ZL301、ZL302合金.ZL301合金由α固溶体及其析出的Mg5Al8相所组成.由于铝-镁合金时效处理过程中不经历GP区阶段,而直接析出Mg5Al8相,故时效强化效果较差,且强烈降低合金的耐蚀性和塑性.因此ZL301合金常以淬火状态使用.ZL301合金经固溶处理后抗拉强度Rm达350MPa,延伸率达10%.铝-镁铸造合金常用做制造承受冲击、振动载荷和耐海水或大气腐蚀、外形较简单的重要零件和接头等. 四、铝-锌铸造合金锌在铝中的溶解度很大,极限溶解度为32%.铝中加入10%以上的锌能显著提高合金的强度,故铝锌铸造合金具有较高的强度,是最便宜的一种铸造铝合金,其主要缺点是耐蚀性差. 常用的铝-锌铸造合金是ZL401合金.由于这种合金含有较高(6.0%～8.0%）的硅,又称含锌特殊铝-硅合金.在合金中加入适量的锰、铁和镁,可以显著提高合金的耐热性能.主要用于制作工作温度不超过200℃,结构形状复杂的汽车、飞机零件、医疗机械和仪器零件等. 五、铸造铝合金的热处理特点及代号铸造铝合金中除了铝-硅合金ZL102、铝-镁合金ZL302外,所有其他合金均能热处理强化. 铸造铝合金与变形铝合金比较,其组织粗大,有严重的晶内偏析和粗大的针状化合物.此外,铸件的形状亦比较复杂.因此,铸造铝合金的热处理除了具有一般变形铝合金的热处理特性外,淬火加热温度一般比较高,保温时间比较长,一般均在15～20小时左右.其次,由于铸件的形状比较复杂,壁厚不均匀,为了防止淬火时引起变形开裂,一般采用温度较高（60～100℃）的水作淬火冷却介质.此外,为了保证铸件的耐蚀性以及组织与性能和尺寸稳定性,凡是需要时效处理的铸件,一般都采用人工时效. 铸造铝合金的热处理可根据铸件的工作条件和性能要求,选择不同的热处理方法.能力知识点6 耐热铝合金一、耐热铝合金的合金化耐热铝合金的合金化与耐热钢相类似,主要也是通过固溶强化、过剩相强化和晶界强化等几方面来提高其热强性的. 1.固溶强化耐热铝合金的固溶强化,要求加入的合金元素与形成的固溶体具有高的热强性,而不显著降低合金的熔点,以保证合金具有较高的再结晶温度.其次,加入的合金元素要能增大原子间的结合力,减慢原子的扩散过程和固溶体分解速度.耐热铝合金通常采用多种合金元素进行合金化.这些合金元素加入后一般降低合金的熔点很少.它们多数是一些熔点比铝高的过渡族元素,常用的合金元素有锰、铁,铜、锂以及稀士元素等. 2.过剩相强化耐热铝合金大多是多相合金,一定数量的耐热性能好的过剩相是耐热铝合金不可缺少的,熔点高的、成分和结构复杂、并在高温下与共存的固溶体互相作用微弱的过剩相,具有高的热稳定性.铝合金中热稳定性好的过剩相有A12CuMg(S)、AI6Cu3Ni(T),、Al.xCu,4Mg5Si4(W)、AI2FeSi等. 3.晶界强化在铝合金中加入钛、锆和稀土元素等都能有效地强化晶界.特别是稀土元素能与铝中的多种杂质元素起作用,清除晶界处的杂质、达到净化晶界与提高晶界抗蠕变的目的,从而显著地提高铝合金的耐热性能. 二、耐热铝合金牌号耐热铝合金根据加工工艺特点不同可分为耐热变形铝合金和耐热铸造铝合金.常用耐热变形铝合金牌号有：2A02、2A16、2A17、2A70、2A80、2A90等；常用耐热铸造铝合金牌号有：ZL110、ZL108、ZL109等,1.耐热变形铝合金 1）．耐热硬铝合金耐热硬铝合金为铝-铜-锰系合金,常用的有2A02、2A16、2A17合金.铜和锰是这类合金的重要组成元素.铜含量为6.0%～6.5%的合金具有高的再结晶温度,因此耐热性能高；同时铜的加入能形成CuAl2强化相,通过人工时效可使合金强化.锰在铝中的扩散系数小,并降低铜在铝中的扩散速度,减慢α固溶体的分解和减小强化相在高温下聚集长大倾向,是保证合金耐热性的主要元素.合金的锰含量在0.4%～0.5%时,能形成细小弥散的T (CuMn2Al12）相,提高合金的耐热性.但锰含量超过1.2%时,由于T相数量增多,相界面增加,加速了扩散过程,使合金耐热性降低.因此,在耐热硬铝合金的锰含量应控制在0.4%～0.8%. 合金中加入少量钛能细化组织且提高合金的再结晶温度,因而提高合金的耐热性.但钛含量超过0.2%时,反而使合金耐热性降低,故钛含量应控制在0.1%～0 .2%. 2A17合金是在2A16 的基础上加入0.25%～0.45% Mg的合金.镁能提高合金的室温强度,有利于提高合金在150～250℃下的耐热性能,但它使合金的焊接性能变坏,故应控制在0.5%以下. 耐热硬铝主要用于制作挤压和模锻的半制品,制造在200～300℃下工作的零件,如压缩机叶片盘或加工成板材用作常温和高温下工作的焊接容器. 2）.耐热锻铝合金耐热锻铝合金属于铝-铜-镁-铁-镍系合金,铝-铜-镁-铁-镍系合金属于耐热锻铝合金,常用的牌号是2A70,2A80、2A90合金.这类合金中的主要耐热相为S(A12CuMg)相,因此,合金中应力求使S(A12CuMg)相的数置达到极限值.为此,合金中应相对地降低铜含量,而适当提高镁含量,以保证获得最大数量的S(A12CuMg)相,从而获得优良的耐热性能. 铁和镍按1:1的比例同时加入合金时,能形成FeNiAl9,对提高合金的耐热性有良好的作用.但合金中单独加入铁或镍时,都使合金的耐热性降低. 耐热锻铝合金除了具有较好的耐热性外,还具有小的热膨胀系数,良好的导热性以及加工工艺性能.可加工成各种棒材、锻件以及制作在150～225℃下工作的结构零件. 2.耐热铸造铝合金活塞是发动机中传递能量的一个重要零件,它在工作时承受高温、高压、并高速地往复运动.因此,作为活塞材料,除了要求密度小、导热性好外,还要求具备优良的耐热性和耐磨性以及良好的加工工艺性.活塞铝合金是典型的耐热铸造铝合金.它是在二元铝-硅合金ZL102的基础上,分别加入一定量的铜、镁、镍、锰及稀土元素等,组成的多元铝-硅铸造合金.其中铝-硅-铜-镁系的ZL110和ZL108以及铝-硅-铜-镁-镍系的ZL109合金,是最常用的耐热铸造铝合金,主要用于制造活塞. 铝-硅合金中加入铜和镁能形成CuAI2和Mg2Si以及W(AI5Mg5Cu4Si4）相,起强化作用,但镁量过高会出现粗大的过剩相Mg2Si,使合金变脆,并使合金的吸气性增加.锰能提高合金的耐热性.它在固溶体中的扩散系数很小,当合金凝固时锰被保留在固溶体中,起固溶强化作用,提高了固溶体在高温下的稳定性,从而提高合金的耐热性.锰还能形成具有高温硬度的T(CuMn2Al12)相,显著提高合金的热硬性.镍在合金中能形成具有热硬性的AI3Ni或〔CuNi）2AI3相,提高合金的热强度.在ZL109合金组织中主是α, Si, Mg2Si, AI3Ni等相. 耐热铝合金的热处理必须保证在工作温度下具有高的组织与性能稳定性.因此,耐热铝合金固溶处理后,均采用人工时效处理.
固溶强化和析出强化有什么区别
一、方法不同
1、固溶强化
固溶强化，是指纯金属经过适当的合金化后，强度、硬度提高的现象。其原因可归结于溶质原子和位错的交互作用，这些作用起源于溶质引发的局部点阵畸变。固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体，其强化机理也不相同。
2、析出强化
析出强化即沉淀强化，沉淀硬化是指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。
二、原理不同
1、固溶强化
在合金中当溶质原子以固溶形式溶入基体中，使合金发生强化，称为固溶强化.固溶强化又可按溶质原子在基体中的分布状况分成均匀强化和非均匀强化，前者指溶质原子混乱分布于基体中时的强化作用，后者指溶质原子优先分布在晶体缺陷附近，或作有序排列时的强化。
2、析出强化
沉淀硬化机理是因为金属材料中第二相粒子从过饱和固溶体里析出而引起应变，从而引起金属点阵的强化。造成最大强化是在形成可见的第二相粒子之前，这个阶段称为析出的孕育阶段。
在这个阶段，要析出来形成第二相的原子，倾向于成群地堆积，它们与母相保持连续的共格联系，就在这个时候发生了最大的应变，从而产生了最大的强化。
三、应用不同
1、固溶强化
微量或少量元素对 Pt 和 Pt-Rh 合金的高温强度有明显的影响，溶质W、Mo、Ir、Ru、Os、Re 等内聚能很高，它们对Pt、Pd的强化效果很好，所有过渡族元素及Cu、Ag和Au在Pt中也有相当高的固溶度，特别是周期表中Pt附近的元素与Pt形成连续固溶体。在不甚高的温度范围内，这些元素对Pt均有不同程度的固溶强化作用。
2、析出强化
马氏体型沉淀硬化不锈钢通常是在马氏体状态下供应，经过简单的时效处理进行沉淀硬化。马氏体沉淀硬化不锈钢的性能可以通过马氏体形成与沉淀硬化机理中的一种或两种共同作用来获得，它是沉淀硬化不锈钢中应用最广泛的钢种。
参考资料来源：百度百科－固溶强化
参考资料来源：百度百科－析出强化
固溶作用热力学
(一)固溶体的热力学性质及有限类质同象
类质同象现象可以看成是具有相同阴离子格架而含有不同阳离子的两种矿物的互溶物,如铁橄榄石和镁橄榄石具有完全的互溶性,并形成一个均匀的相。在另一些情况下,溶解是有限的,如在共生的菱铁矿 (FeCO3 )和方解石 (CaCO3 )中,仅有百分之几的Fe或Ca可以互相被替代。固相溶解的程度取决于组分的性质、形成温度,以及固溶体的冷却过程。固溶作用是一种物理化学过程,元素在固溶体系中的性质和结合行为可以应用热力学理论进行定量计算。已有资料证明,固溶体相的许多热力学性质与纯相和机械混入物不同。本节只涉及固溶体作为整体相的热力学特征和基本计算。固溶体中单组分微迹元素的行为见本书第五章。
1.混合物和固体溶液的自由能
设A、B为两个纯相,当该两相形成机械混合物时,相与相之间不发生化学反应。A+B的机械混合物总吉布斯自由能可表示为
地球化学
式中:GA、GB 为在所研究的温度和压力条件下纯 A、B 相的自由能。对于一个摩尔的全部分子,可用纯相的化学位来表示:
地球化学
如果把自由能作为组成的函数,对机械混合物作图可得联结GA 和GB 的一条直线,如图2-19a。
图2-19 自由能与成分图解
a—A+B机械混合物;b—300K时 A、B形成均匀理想溶液;c—恒温下完全不溶
如图2-19b 所示,在某一温度下A、B形成均匀理想溶液中,每个组分的化学位为
地球化学
式中:μi为所研究的温度和压力下纯i的化学位;
为标准状态下i的化学位。设A、B属于有共同的阴离子格架,且阳离子有相同的电荷的相,A、B 形成二元理想固溶液。1摩尔溶液与1摩尔A、B任一组分的阴离子数相同,则该溶液的摩尔自由能为
地球化学
或
地球化学
显然理想溶液与机械混合物有如下关系:
地球化学
式中:XA、XB 都小于1,所以对数项都将是负值。因此,A和B的理想溶液总比A和B的机械混合物具有较低的自由能。这是由于被混合的粒子大,而机械混合物并不能有效地改变体系的熵的缘故。1摩尔由10μm大小的粒子组成的 NaCl仅含有1010个粒子,却有1023个分子。形成理想溶液为分子级的混合,使体系的熵增加为
地球化学
因此,溶液的自由能降低了。
2.混合熵
固溶作用的熵变可以由在等压和恒组成下自由能对温度的微分求得:
地球化学
式中:R(XA l nXA+XB l nXB )一项称为混合熵,它是固溶液的熵超过纯组分熵的量。如果在固溶体相中发生置换 (混合)的晶格位置不止一个,而且在该位置中可能有两种以上的原子占据,则混合熵方程式为
地球化学
式中:n为位置数;i代表各种组分。例如在(Ca、Mg、Fe、Mn)3Al2Si3O12石榴子石中, n=3,混合熵计算式为
地球化学
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)
理想溶液的摩尔焓可以用下列方程式求得:
H=G+TS
将
及
计算结果代入并整理后得:
地球化学
同理可以求得理想溶液的摩尔体积为
地球化学
总之,理想溶液的自由能和熵都因物质化学反应而发生变化,在方程式中有别于机械混合物的项,但理想溶液的焓和体积则简单地等于纯组分相应焓和体积的总和。如果两种组分形成具有体积变化的和焓变的溶液时,则该溶液就不是理想溶液。
(二)含有理想固溶体的反应平衡的计算
对下列平衡反应:
地球化学
若各组分的标准态定为在所研究的温度压力时的纯相,此反应的标准自由能改变值应为
地球化学
这四项的任何组合中的平衡,都需满足下列条件:
地球化学
如果在这类组合中各相都是纯的,而且均由反应 (2-19)中的各组分构成。采用P、T标准状态各组分的活度等于1,平衡条件下上式变成:
地球化学
解此方程可以计算出四个纯相平衡的P—T曲线:
如:T=900K时,P= [(-43095+900×133.18)/5.458 ]+1=14.066×108Pa
T=1200K时,P=[(-43095+1200×133.18)/5.458 ]+1=21.386×108Pa
在自然界,这类矿物组合中各相并不都是纯相,以上结果未必适用。通常石英和矽线石接近于纯相,但斜长石是 CaAl2 Si2 O8-NaAlSi3 O8 的固溶体,而石榴子石成分为多组分的固溶体:(Ca,Fe2+,Mg,Mn)3Al2Si3O12。
设石英和矽线石为纯相,
=0.2,虽然在Na、Ca斜长石中混合作用发生在每个式单位中一个位置以上,但实验结果表明,由于受电荷平衡的约束,活度近似地等于摩尔数,即:
地球化学
设石榴子石成分:
把这两个活度代入 (2-22)式,仍按T=900K和 1200K,计算具有固溶体相的P—T曲线 (R=8.314J/mol.K),
得:T=900K,P=8.364×108Pa
T=1200K,P=13.784×108Pa
因此很明显的是,该平衡体系中固溶体的作用相对于纯的简单体系强烈地降低了体系的平衡压力。
(三)固溶体分溶作用
理论上任何给定成分的固溶体系的稳定范围都是有限度的,高温形成的固溶体只能在很窄的温度范围存在,随着温度下降,处于XA 与XB 成分之间的固溶体是不稳定或是亚稳定的,固溶体将通过扩散方式分溶。固溶体分溶作用的结果受动力学因素的控制,如体系温度下降的速率和扩散作用的速度等。如果降温速度缓慢,有充分时间可使两种不溶相分别扩散聚集成显微颗粒,如碱性长石中“条纹构造”,磁铁矿中的钛铁矿分凝包体,以及闪锌矿中的黄铜矿乳滴状或格子状分凝体结构等就是这样形成的。如果体系迅速冷却,扩散作用不能充分地使二相分子各自集中,则形成亚稳态近似均匀的机械混合体,并可将这一状态永久保持。多组分体系的出溶可能比二元体系更为复杂,但是上述基本原理仍然是正确和可以应用的。
固溶作用是控制微量元素分配的主要因素。在地质作用中成矿元素都属微量组分,它们的集中、分散、成矿、成晕等过程在很多环节上受类质同象或固溶作用制约。同时,类质同象的发育程度受环境物理化学条件的制约,因此研究元素的类质同象和固溶作用有助于对成岩成矿机理的了解。
求铝合金固溶的时效强化原理时效因素？？
铝合金时效强化原理
铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和铝合金固溶炉体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。 影响时效的因素 1.从淬火到人工时效之间停留时间的影响研究发现，某些铝合金如Al－Mg－Si系合金在室温停留后再进行人工时效，合金的强度指标达不到最大值，而塑性有所上升。如ZL101铸造铝合金，淬火后在室温下停留一天后再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低10～20Mpa，但塑性要比立刻进行时效的铝合金有所提高。 2.合金化学成分的影响一种合金能 否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，铝合金固熔炉且随温度变化不大，而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝－铜合金，及三元合金或多元合金，如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处理进行强化。
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