理论教育 合金中的Spinodal分解:原理与应用

合金中的Spinodal分解:原理与应用

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:Spinodal分解是过饱和固溶体无需形核的一种脱溶分解形式。合金中的Spinodal分解首先是在Ni基、Al基和Cu基等有色合金中被发现的。后来,人们发现Fe基合金和铁碳二元合金中也存在Spinodal分解。他们发现Fe-1.83C中的马氏体在时效过程中发生了Spinodal分解;而且马氏体在时效数月后,仍未有明显的组织长大现象。他们认为这是由于在马氏体Spinodal分解的早期阶段,贫碳区和富碳区产生了强大的共格应力。Spinodal分解后的调幅组织,其弥散度非常大,尤其是在分解初期。

合金中的Spinodal分解:原理与应用

Spinodal分解是过饱和固溶体无需形核的一种脱溶分解形式。同玻璃中的Spinodal分解一样,分解产物有溶质的富区和贫区,两者之间无清晰相界面。在合金的形核-长大型脱溶沉淀过程中,沉淀相与母相的共格关系逐渐消失。最后,析出平衡相时,共格关系完全丧失。而在合金的Spinodal分解中,新相与母相结构相同、仅成分有差异,故Spinodal分解在合金中产生的应力、应变较小,结构总是保持完全共格关系。

合金中的Spinodal分解首先是在Ni基、Al基和Cu基等有色合金中被发现的。比如Ti质量分数为4%的Cu-4Ti合金,Spinodal分解是其时效早期的相变过程之一,而且现有的淬火速率(盐水冷却)难以抑制Cu-4Ti合金Spinodal分解的发生。

后来,人们发现Fe基合金和铁碳二元合金中也存在Spinodal分解。比如,任晓兵等将C质量分数为1.83%的铁碳二元合金Fe-1.83C,在1403 K的温度下加热后淬成马氏体。他们发现Fe-1.83C中的马氏体在时效过程中发生了Spinodal分解;而且马氏体在时效数月后,仍未有明显的组织长大现象。他们认为这是由于在马氏体Spinodal分解的早期阶段,贫碳区和富碳区产生了强大的共格应力。该应力引起的弹性交互作用使调幅结构的长大陷于停止。

Spinodal分解后的调幅组织,其弥散度非常大,尤其是在分解初期。这种分布均匀的调幅组织具有很好的强韧性。Spinodal分解所形成的调幅组织,其强化机制主要有三类:位错与调幅组织共格内应力场的交互作用产生强化;调幅组织的内应力导致强化;混合位错与共格内应力的交互作用产生强化。这三类机制的具体情况请参阅本章的推荐读物(徐祖耀,2011)。(www.daowen.com)

调幅组织对合金其他性能也有影响。因调幅组织可形成富区和贫区,故人们把Alnico合金放在磁场中进行Spinodal分解,从而形成具有方向性的调幅组织,如富Fe、富Co区和富Ni、富Al区,这些富区能提高合金的硬磁性能(Alnico合金是一种铁基合金,主要合金元素为Al、Ni、Co)。

前文介绍的相变主要涉及材料(尤其是碳钢和其他合金)力学性能的应用,而在其他物理性能方面的应用相对较少。因此,我们在下文简介相变在能源方面的应用。

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