铝合金登顶《Science》！李秀艳&卢柯院士再度联手取得重要突破

相对于陶瓷和具有共价键或离子键的化合物，原子间键的性质使得金属中的原子扩散率更高。这种高扩散率使得金属结构在不同长度尺度上具有很大的可调性，然而也带来结构和定制性能的不稳定。这种不稳定性是金属材料发展的主要瓶颈，极大地限制了它们在高温下的技术应用。

当地时间8月6日，顶级学术期刊《科学》（Science）发表了中科院金属研究所的一篇研究报告（Report），题为“Suppressing atomic diffusion with the Schwarz crystal structure in supersaturated Al–Mg alloys”，该研究为解决高温下金属中高原子扩散率带来的不稳定性提供了新的方法。

该研究报告的通讯作者为中科院金属研究所博士生导师卢柯院士和李秀艳研究员。

卢柯致力于金属纳米材料研究二十余年，在学术刊物上发表论文400余篇，获得发明专利40余项。曾获Acta Materialia金质奖章、德国洪堡研究奖、首届香港求是基金会“杰出青年学者奖”、国际亚稳及纳米材料年会ISMANAM金质奖章、中国青年科学家奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、第三世界科学院TWNSO技术奖等奖项。2020年，卢柯因开创性的发现和利用纳米孪晶结构及梯度纳米结构以实现铜金属的高强度、高韧性和高导电性，获未来科学大奖“物质科学奖”。

2018年10月至今，卢柯任辽宁省人民政府副省长，负责 科技 、 体育 等方面工作。分管辽宁省科学技术厅（外国专家局）、 体育 局，重要技术创新与研发基地建设工程中心（产业技术研究院）。

论文中写道，由于原子间键的性质，相对于陶瓷和具有共价键或离子键的化合物，金属中的原子扩散率明显更高。在合成和后续处理过程中，通过调节扩散控制过程，使得结构在不同长度尺度上具有很大的可调性，从而使金属材料具有广泛的性能。例如，铝合金在室温附近通过金属间化合物析出而硬化。在热机械处理中，通过控制扩散相变可以广泛地调节钢的强度和塑性。

然而，当金属暴露在高温或机械载荷下时，高原子扩散率使得金属的结构和定制性能不稳定。这种不稳定性是金属材料发展的主要瓶颈，极大地限制了它们在高温下的技术应用。

研究团队提到，抑制原子在金属中的扩散是一项挑战，尤其在高温下。与更开放的结构相关联的界面或晶界(GBs)被认为是原子相对于晶格的快速扩散通道。通过优化其他元素的GB偏析，可以减缓沿GB的扩散。然而，随着合金化程度的增加，第二相形成的趋势增加，界面合金化也受限。

通过形成单晶消除扩散界面被认为是降低扩散率的标准策略，例如，在涡轮发动机的高温应用中制造高温合金单晶叶片的实践。然而，研究团队认为，即使在单晶金属中，在较高的温度下也不能抑制其高扩散率。在较高的同源温度下，晶格中的平衡空位浓度显著增加，不可避免地提高了原子的扩散率。

就在2020年，卢柯等人在《科学》上的一项重要成果显示，他们在纯铜中发现了一种极细晶粒的亚稳态结构，即Schwarz晶体结构。研究团队提到，尽管它包含极高密度的界面，但这种结构在接近熔点的高温下表现出非常高的热稳定性，以防止晶粒粗化。

因此，研究团队认为，研究这种稳定的Schwarz晶体结构是否能够抑制合金中原子在高温下的扩散是很有意义的。

样品SC-8结构表征。

在这项最新的研究中，研究团队使用高压扭转装置，在77K静水压力10GPa的静水压力下，使得单相过饱和的Al-Mg（铝-镁）合金变形。当施加的应变超过~20GPa时，合金样品结构被细化到纳米尺度，样品中形成了近似等轴的随机取向的纳米晶粒。粒径分布均匀，平均粒径为8nm（样品SC-8）。通过系列分析测试表明，过饱和的Mg原子均匀地分布在纳米晶结构中，而不是像其他室温变形的Al-Mg合金中那样在GB上聚集或分散。

AI是一种高扩散率金属，Mg是其最扩散的合金元素之一。研究团队观察了具有Schwarz晶体结构的过饱和Al-Mg合金的扩散行为。在不同的温度下，研究了金属间化合物的析出、晶粒粗化和熔化等扩散过程。

样品退火时结构演变。

研究发现，这种最小界面结构不仅能够使过饱和的Al-Mg合金中的原子表观跨界扩散率降低了约7个数量级，而且合金结构在高于熔点的温度下保持不变。

研究认为，这种过饱和Al-Mg合金中的观察结果与团队之前在纯铜Schwarz晶体样品中观察到的抑制粗化直至熔点的纳米晶粒的观察结果相一致，这是一个自扩散控制的过程。

样品晶格常数和晶粒尺寸的稳定性。

论文提到，金属中Schwarz晶体结构的无扩散特性对于理解界面中的基本扩散过程和固态传输动力学具有重要意义，特别是在高温下。而Schwarz晶体似乎为阻止原子在金属和替代合金中的扩散提供了一个坚固的屏障，提高了熔点温度的稳定性，这种稳定性远高于传统合金。

卢柯等人认为，利用Schwarz晶体结构开发先进的铝和其他合金，将使材料在高温应用中具备有益性能。

样品退火后元素分布。

值得注意的是，这是卢柯2000年以来在《科学》杂志上发表的第13篇文章，此外其还于2010年在另一顶级期刊《自然》（Nature）发表过1篇文章。卢柯现年56岁，1985年毕业于南京理工大学金属材料及热处理专业，1990年在金属所获工学博士学位，2003年当选中科院院士（当选年龄最年轻的中科院院士），2005年当选德国科学院院士，2006年被聘为美国Science周刊评审编辑，2018年当选美国国家科学院外籍院士。

校对：张亮亮

问题一：什么叫做时效处理 时效处理指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。

含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。

室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。 时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效工艺。

问题二：什么是时效处理？怎么时效处理？、时效处理后的目的是什么？？ 为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。

问题三：时效处理的原理是什么啊 ◎时效热处理 为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，来稳定精密制件的品质。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。某些合金淬火形成过饱和固溶骇后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。

问题四：什么是时效处理，他的作用是什么？ 将淬火后的金属工件置於室温或较高温度下保持适当时间，以提高金属强度的金属热处理工艺。室温下进行的时效处理是自然时效；较高温度下进行的时效处理是人工时效。在机械生产中，为了稳定铸件尺寸，常将铸件在室温下长期放置，然后才进行切削加工。这种措施也被称为时效。但这种时效不属於金属热处理工艺。

作用是为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

问题五：什么叫钢材的时效处理？ 消除钢材在热加工后产生的内应力。

问题六：高温时效处理是什么意思? 1、我先和讲讲什么是时效处理：

时效处理 金属经淬火或加工，特别是冷加工变形后，随着时间的延长，硬度和强度有所增加而塑性和韧性下降，其组织由亚稳态逐渐过渡到稳定状态。这种现象称为时效，这种处理工艺即为时效处理，它可以分为自然定效和人工时效两种。

2、你讲的高温时效处理是第二种人工时效处理，是通过对工件的高温加热来去除工件的加工和淬火时留下的应力和变形，达到其组织的稳定性能我们有叫它叫做热定型。

问题七：请问什么是固溶处理,时效处理? 固溶热处理:

将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充

分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺

时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.

根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。

从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。

对于一般铝合金，自然时效时，屈服强度稍低而耐蚀性较好，采用人时效时，合金屈服强度较高而伸长率和耐蚀性都降低。对于铝－锌－镁－铜系合金入LC4则相反，当采用人工时效时，合金耐蚀性比自然时效好。

选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。

一、塑料模具的制造工艺路线

1.低碳钢及低碳合金钢制模具

例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

2.高合金渗碳钢制模具

例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

3.调质钢制模具

例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。

4.碳素工具钢及合金工具钢制模具

例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。

5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。

二、塑料模具的热处理特点

（一）渗碳钢塑料模的热处理特点

1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。

2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8～1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3～1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。

3.渗碳温度一般在900～920℃，复杂型腔的小型模具可取840～860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900～920℃）以快速将碳渗入零件......>>

问题八：什么是机械零件的时效处理？ 指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。 含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。 时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效工艺。

问题九：什么叫做时效处理 时效处理指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。

含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。

室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。 时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效工艺。

问题十：什么是时效处理？怎么时效处理？、时效处理后的目的是什么？？ 为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。

问题一：【请教】如何理解热处理强化 热处理本身有好几种，通过热处理获得强化的途径也是有很多种，所以不能简单的说。念茜瓷(站内联系TA)这个不一定吧

比如淬火得到马氏体是一种热处理强化；

Ti，V，Ni的合金相强化也可以通过热处理得到；

而渗碳啊类似的也称之为热处理强化。mickey6596(站内联系TA)热处理强化一般就是使其组织得到均匀、细化，从而达到强化的效果。engle028(站内联系TA)不同的热处理会产生不同的强化效果 通常固溶强化 沉淀硬化（第二相强化） 细晶强化都是通过热处理获得的 而你所说的属于沉淀强化并且也不是通过高温才产生的seawings(站内联系TA)从相变、晶界、相界、缺陷组织、析出...多方面都可以考虑切入yankefei(站内联系TA)也有相变强化phoenixking(站内联系TA)并不一定是生成强化相的强化哦。。。 相结构转变（没有新相生成，比如a或者r相等的相互转变）或者晶粒结构的改善（再结晶）都可以啊。。gkcgkc(站内联系TA)热处理强化一般要解决的是冶金工艺中无法彻底解决的问题（例如，合金成分偏析，或改善晶界的共晶相，等等），是通过何种方法强化（如相变强化、沉淀强化等等），还是要通过具体材料、具体产品做具体分析。

你的理解有个问题，热处理并不一定全在温度高的情况下。

1.通过控制材料的相变过程来实现强化效果；

2.淬火后使某些元素在基体中处于过饱和状态，具有固溶强化效果；

3.热处理包括两个基本因素是温度和时间，所以，热处理可以消除内应力，促进原子扩散使合金均匀化，即优化材料基体质量产生的附加强化效果；

4. 使处于过饱和状态的元素以析出相的形式从基体中弥散析出，产生弥散强化效果。

当然热处理后是不是一定达到强化效果跟你的热处理方案设计有关；

可以这么理解：

1.通过控制材料的相变过程来实现强化效果；

2.淬火后使某些元素在基体中处于过饱和状态，具有固溶强化效果；

3.热处理包括两个基本因素是温度和时间，所以，热处理可以消除内应力，促进原子扩散 ... 谢谢你的指点，但是我还是有一个地方不明白，你说 淬火后使某些元素在基体中处于过饱和状态，具有固溶强化效果；这些过饱和的元素是不是会析出来呢？这样不就是弥散强化了吗？longmei_(站内联系TA)Originally posted by 芊芊5953 at 2010-03-31 10:06:34:

谢谢你的指点，但是我还是有一个地方不明白，你说 淬火后使某些元素在基体中处于过饱和状态，具有固溶强化效果；这些过饱和的元素是不是会析出来呢？这样不就是弥散强化了吗？ 过饱和状态可以理解呈一个亚稳态，但是通常情况下从亚稳态过渡到稳定状态（比如你说的弥散析出）是需要克服一个能量势垒的，这也是亚稳态存在的一个能量依据（比如非晶体材料），当然对此状态进行时效处理会有析出相的，这是同一过程的不同阶段。

过饱和元素引起基体晶格畸变，产生强化效果。dffeminem(站内联系TA)热处理 有正火 退火 淬火+回火 形变热处理 化学热处理等 各有特点 强化一般有 细晶强化 形变强化 固溶强化 时效强化 。而热处理强化是综合利用几种强化手段。如淬火中马氏体强化机理包括 碳的过饱和强化，行程细小孪晶或大量位错的亚结构强化 还有自回火是的时效强化等 ，或者奥氏体基钢材的固溶加时效强化。不同的热处理方法是通过不同的加热保温冷却，利用固态相变等得到要求的组织从而达到要求的性能。芊芊5953(站内联系TA)Originally posted by longmei_ at 2010-03-31 10:55:48:

像......>>

问题二：热处理的作用是什么？ 钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。

热处理的特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸。

能进行热处理强化的材料必须满足：⑴有固态相变；⑵经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态；⑶表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。

经过热处理的材料，可以提高硬度、强度，使经过热处理的材料提高使用寿命；也可以降低硬度、强度，使材料易于加工。

问题三：铝合金的热处理强化方法和钢的有何不同？ 铝合金的强化叫固溶+时效，定义百度下。 当然不锈钢也穿这种强化方式。钢的种类就多了 渗碳 淬火 什么什么的 具体点，楼主是实际问题，还是写文章啊？

问题四：为什么热处理是最经济的强化方法 热处理通过细晶强化，固溶，弥散，应变等方式强化，技术成熟，效果有保证。材料的强度得到较大的提升，这样在同样大小力的作用下，可以减少材料的面积，也就能节省材料，一般还可以提高其使用寿命。

问题五：对于不能用热处理方法强化的材料，可采用什么工艺方法强化 金属强化的途径主要有三个方面：合金化(加入合金元素)、热处理(改变金相组织)、冷作变形(加工硬化)。

可见，冷作变形是工艺方法强化的又一途径，但是有条件的，且强度提高的幅度均比不上前二种。

问题六：热处理有那几种 各有什么作用 1）：退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工

艺。常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：

主要是降低金揣材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组

织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

（2 ）：正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界点温度）以上，30～50℃ 保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。

（3）：淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一

定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬

火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目

的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组

织准备等。

（4）：回火：指钢件经淬硬后，再加热到 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷

却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并

具有所需要的塑性和韧性等。

（5）：调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢

问题七：铝合金的强化除了热处理强化外,还可以进行什么强化 还有固溶强化和冷变形强化（加工硬化）。

是扩散型相变。

从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚焦区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。

6系铝合金是以镁和硅为关键合金原素并且以Mg2Si相为加强相的铝合金。

铝的化学性质较稳定，抗腐蚀性能很强。我们知道铁遇水容易生锈，公路上的铝合金护栏一般都不会生锈。

氧化膜的厚度及牢固度是铝材耐磨、抗腐蚀的关键，目前市场上约80%的铝型材是通过阳极氧化生成保护膜。

铝合金的应用

目前铝合金广泛用于建筑工程结构和建筑装饰，如屋架、屋面板、幕墙、门窗框、活动式隔墙、顶棚、暖气片、阳台和楼梯扶手以及其他室内装修及建筑五金等。如日本的高层建筑98%采用了铝合金门窗。美国已用铝合金制造了跨度为66m 的飞机库，其全部建筑物的重量仅为钢结构的1/7。

我国航天工业部第四规划设计研究院在首都机场72m大跨度波音747飞机库设计中，采用彩色压型铝板作两端山墙，壮观美丽，效果显著。

另外，在山西太原34m 悬臂钢结构机库设计中，屋面与吊顶均采用压型铝板，吊顶上铺岩棉做保温层，降低了屋盖和下部承重结构的耗钢量。铝屋面本身荷载轻，耐久性也好。经氧极氧化处理后的铝可以着色，做成装饰制品。

#常见问题#用JMatPro计算的合金比热容时，发现比热容在固液相变区间与其他软件自带的比热容差别较大，这是怎么回事？请问jmatpro在固液相变是怎样计算比热容的？各位知道么？

答：文献的每一个峰值，都应该这样考虑。凝固模拟过程是一个非平衡凝固，即考虑了冷却速度这个因素，导致了整个凝固过程的相分布与平衡过程的不一样，而文献中的数据一般都是平衡相分布的数据，很少有动态凝固的数据，包括热容。所以，是否是平衡数据，是否考虑了冷却速度等，是值得考虑的。

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金属材料相图及物理性能计算软件JMatProV6.1简介

可以毫不夸张的说，JMatPro是金属材料性能计算方面的独一无二的软件。JMatPro具有快速和正确的计算能力，其是以强大而稳定的热力学模型、热力学数据为核心技术和计算基础的，所有物理模型的建立都经过了广泛的验证，以确保材料性能计算的准确性。

一、概述

可以毫不夸张的说，JMatPro是金属材料性能计算方面的独一无二的软件。JMatPro具有快速和正确的计算能力，其是以强大而稳定的热力学模型、热力学数据为核心技术和计算基础的，所有物理模型的建立都经过了广泛的验证，以确保材料性能计算的准确性。

JMatPro的计算速度非常快，通常情况下都能在1分钟之内完成。快速运算的最直接的优势是，用户可以快速实验自己的材料配方，并在自己的电脑前完成想要的计算。JMatPro采用硬件加密的形式，这样多个用户可以购买单机版的软件轮流进行计算。

另外，JMatPro还具有人性化的使用体验，其使用方便的图形化用户界面(图1)，是一款非常简单的软件，任何工程师或科学家即使没有高深的材料热力学、相图计算的知识，也能非常容易地使用此软件。在一般情况下，经过不到半个小时的学习就可以完全自主使用了。用户可以很方便地存储自己的计算结果、图形、表格或数据。

JMatPro支持WindowsNT4、Windows2000、WindowsXP、WindowsVista、Windows7(32/64位)以及x86_Linux操作系统。

二、JMatPro功能特点

JMatPro是一套功能强大的金属材料相图计算与材料性能计算软件，简单直观的图形用户界面设计，使任何工程师或科研人员不需要太深的理论知识就可以轻松地使用软件进行计算。它是一个基于材料类型的软件，不同的材料类型有不同的模块，目前可以计算的合金类型包括：铝合金、镁合金、铸铁、通用钢、不锈钢、钴合金、镍合金、镍铁合金、镍基单晶合金、钛合金、锆合金以及焊料合金。

1.稳态和亚稳态的相图计算

用户可以根据需要按照随温度变化和随成分变化两种方式计算多元合金的相图。

输出信息包括：随温度变化的相图、随成分变化的相图、某一相中元素的分布、某元素在各相中的分布、固定温度相分布、偏摩尔吉布斯自由能、活度、热容、吉布斯自由能、熵以及焓，如图2~图4所示。

2.物理性能计算——用于材料CAE模拟

众所周知，材料CAE模拟需要以准确的材料物理性能资料为基础。JMatPro可以很方便地计算出材料的性能与温度之间的关系。另外，JMatPro可以同时计算出合金中每个相的性能数据，可以计算出凝固过程中的相图。

JMatPro所采用的物理模型准确地描述了这些性能与相成分与温度之间的函数关系(图5~图7)，软件可以计算的物理性能、热物理性能如下：Fractionssolid——固相分数Fractionsliquid——液相分数Latentheat——潜热Volumechange——体积变化Averageexpansioncoefficient——平均膨胀系数Linearexpansion——线膨胀系数Density——密度Molarvolume——摩尔体积Thermalconductivity——热导率Electricalresistivity/

conductivity——电阻率、电导率Young’s/Bulk/Shearmodulus——杨氏/体积/剪切模量Poisson’sratio——泊松比Liquidviscosity——液相粘度Totalviscosity——总粘度Liquiddiffusivity——液相扩散率Totaldiffusivity——总扩散率SurfaceTension——表面张力Enthalpy——焓Specificheat——比热。

3.机械性能

JMatPro可以计算室温和高温条件下材料的力学性能(图8~图11)，通常情况下包含以下内容：屈服强度或σ0.2、拉伸强度及硬度屈服强度或σ0.2、拉伸强度及硬度的相互换算应力—应变曲线蠕变及断裂强度流变应力(不同的合金类型中此项功能会有部分差异，具体请参照各模块的详细介绍)。

4.相变计算

相变计算主要包括：TTT/CCT曲线(图12、图13)镍合金中γ’与γ”析出物的粗化(图14)马氏体转变钢铁淬火性能的模拟计算，如图15所示(不同的合金类型中此项功能会有部分差异，具体请参照各模块的详细介绍)。某铝合金的等温计算，如图16所示。

三、JMatPro的应用范围

JMatPro的应用包括：能为许多材料成型CAE软件提供材料性能参数(如Procast、Magma和Deform等)能够为其他CAE软件提供材料性能参数(如COMSOL、Abques和Ansys等)辅助科研人员进行合金设计辅助科研人员进行材料加工工艺设计(如铸造、锻造和挤压等)辅助科研人员进行热处理与焊接工艺设计预测材料材料各种性能，从而可以大量节省项目时间与实验费用(尤其是高温性能)可为金相测试与计算、热力学计算等基础研究提供参考。

金属的结晶熔化凝固结晶金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点金属的结晶金属的结晶 ?? 物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。金属及其合金都是晶体，所以它们的凝固过程就是结晶。 ?? 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 ?? 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。 ?? 金属冶炼、铸造、焊接工艺过程就是结晶过程。第一节 结晶的基本规律一、液态金属的结构结构：长程有序而短程有序。特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。冷却曲线 结晶潜热 结晶温度过冷结晶潜热第一节 结晶的基本规律二、、过冷现象（1）过冷：金属的实际结晶温度总是低于其理论结晶温度的现象。（2）过冷度：金属材料的理论结晶温度(Tm) 与其实 际 结 晶 温 度 T o 之 差 △T=T m -T o 注：过冷是结晶的必要条件，结晶过程总是在一定的过冷度下进行。第一节 结晶的基本规律三、结晶过程（1）结晶的基本过程：形核－长大。（见示意图）（2）描述结晶进程的两个参数形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。形核长大形成多晶体两个过程重叠交织第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（1）G-T曲线（图3－4） a 是下降曲线：由G-T函数的一次导数（负）确定。 dG/dT=-S b 是上凸曲线：由二次导数（负）确定。 d 2 G/d 2 T=-C p /T c 液相曲线斜率大于固相：由一次导数大小确定。二曲线相交于一点，即材料的熔点。第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（2）热力学条件 △Gv=－L m △T/T m a △T>0, △Gv<0－过冷是结晶的必要条件（之一）。 b △T越大, △Gv越小－过冷度越大，越有利于结晶。 c △Gv的绝对值为凝固过程的驱动力。第二节 结晶的基本条件 2 结构条件（1）液态结构模型微晶无序模型拓扑无序模型（2）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现的短程有序原子集团的时隐时现现象。是结晶的必要条件（之二）。出现几率结构起伏大小第三节 晶核的形成均匀形核：新相晶核在遍及母相的整个体积内无轨则均匀形成。非均匀形核：新相晶核依附于其它物质择优形成。 1 均匀形核（1）晶胚形成时的能量变化 △G＝V△Gv+σS =(4/3)πr 3 △Gv+4πr 2 σ 第三节 晶核的形成 1 均匀形核〔2〕临界晶核 d△G/dr=0 r k =-2σ/△Gv 临界晶核：半径为r k 的晶胚。（3〕临界过冷度 r k =-2σTm/Lm△T 临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。 △T k . △T≥△T k 是结晶的必要条件。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（4）形核功与能量起伏 △G k ＝S k σ/3 临界形核功：形成临界晶核时需额外对形核所做的功。能量起伏：系统中微小区域的能量偏离平均能量水平而高低不一的现象。（是结晶的必要条件之三）。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（5）形核率与过冷度的关系 N=N 1 .N 2 由于N受N 1 .N 2 两个因素控制，形核率与过冷度之间是呈抛物线的关系。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（1）模型：外来物质为一平面，固相晶胚为一球冠。（2）自由能变化：表达式与均匀形核相同。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（3）临界形核功计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σ lw =σsw+σ sl cosθ计算能量变化和临界形核功。 △G k非 /△G k =(2-3cosθ+cos 3 θ)/4 a θ=0时，△G k非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △G k非 <△G k , 杂质促进形核； cθ=180时，△G k非＝△G k ，杂质不起作用。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（4）影响非均匀形核的因素 a 过冷度：（N-△T曲线有一下降过程）。（图3－16） b 外来物质表面结构：θ越小越有利。点阵匹配原理：结构相似，点阵常数相近。 c 外来物质表面形貌：表面下凹有利。（图3－17）第四节 晶核的长大 1 晶核长大的条件（1）动态过冷动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。（是材料凝固的必要条件）（2）足够的温度（3）合适的晶核表面结构。第四节 晶核的长大 2 液固界面微结构与晶体长大机制粗糙界面（微观粗糙、宏观平整－金属或合金的界面）：垂直长大。光滑界面（微观光滑、宏观粗糙－无机化合物或亚金属材料的界面）：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 3 液体中温度梯度与晶体的长大形态（1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高）粗糙界面：平面状。光滑界面：台阶状。（2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）粗糙界面：树枝状。光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (1)平面长大 ?? 当冷却速度较慢时，金属晶体以其表面向前平行推移的方式长大。晶体长大时，不同晶面的垂直方向上的长大速度不同。沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而非密排面的垂直方向上的长大速度较快。平面长大的结果，晶体获得表面为密排面的规则形状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (2)树枝状长大 ?? 当冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而长大较快，成为伸入到液体中的晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴增长和变粗的同时，在其侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝状的晶体。 ?? 实际金属结晶时，晶体多以树枝状长大方式长大。第四节 晶核的长大第五节凝固理论的应用 ?? 金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。一个晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。 ?? 在一般情况下, 晶粒越小, 则金属的强度, 塑性和韧性越好。工程上使晶粒细化, 是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细晶强化。 ?? 细化铸态金属晶粒有以下措施。第五节凝固理论的应用 1、增加过冷度一定体积的液态金属中，若形核率N(单位时间单位体积形成的晶核数,个/m 3 ·s)越大，则结晶后的晶粒越多， 晶粒就越细小； 晶体长大速度G(单位时间晶体长大的长度, m/s)越快，则晶粒越粗。 ?? 随着过冷度的增加, 形核速率和长大速度均会增大。但前者的增大更快，因而比值N/G也增大, 结果使晶粒细化。第五节 凝固理论的应用第五节凝固理论的应用 ?? 增大过冷度的主要办法是提高液态金属的冷却速度，采用冷却能力较强的模子。例如采用金属型铸模，比采用砂型铸模获得的铸件晶粒要细小。第五节凝固理论的应用 2. 变质处理 ?? 变质处理就是在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。 ?? 例如，在铝合金液体中加入钛、锆；钢水中加入钛、钒、铝等。第五节凝固理论的应用 3. 振动在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法，可以破碎正在生长中的树枝状晶体，形成更多的结晶核心，获得细小的晶粒。 4. 电磁搅拌将正在结晶的金属置于一个交变电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加结晶核心，从而可细化晶粒。第五节凝固理论的应用二、单晶体制备 1、意义：单晶是电子元件和激光元件的重要原料。金属单晶也开始应用于某些特殊场合如喷气发动机叶片等。 2、基本原理：根据结晶理论，制备单晶的基本要求是液体结晶时只存在一个晶核，要严格防止另外形核。 3、制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。第五节凝固理论的应用三、定向凝固技术（1）原理：单一方向散热获得柱状晶。（2）制备方法。第五节凝固理论的应用四、急冷凝固技术超高速急冷技术可获得超细化晶粒的金属、亚稳态结构的金属和非晶态结构的金属。非晶态金属具有特别高的强度和韧性、优异的软磁性能、高的电阻率、良好的抗蚀性等。（1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。（3）准晶合金。 ?? 一、相图的意义及相关概念 ?? 二、二元合金状态图的建立 ?? 三、平衡相组成的分析 ?? 四、二元状态图的基本类型分析一、相图的意义及相关概念 ?? 相图的意义 ?? 相关概念 ??组元 ??合金系 ??相图二、二元合金状态图的建立 ?? 目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但应用最多的是热分析法。 ?? 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： ?? （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜； Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ 25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 ?? （2）测定各组试样合金的冷却曲线并确定其相变临界点； ?? （3）将各临界点绘在温度—合金成分坐标图上； ?? （4）将图中具有相同含义的临界点连接起来，即得到Cu、 Ni合金相图。用热分析法测定Cu、Ni相图 ?? a）冷却曲线 b）相图三、平衡相组成的分析 ?? 1．平衡相成分的确定 ?? 2．平衡相相对重量的确定：（杠杆定律）平衡相成分分析示意图平衡相相对重量的确定（杠杆定律） mn mk m n m X M ?? ?? ?? ?? ' ' ' ?? mn kn m n X n M L ?? ?? ?? ?? ' ' ' 四、二元状态图的基本类型分析 ?? 1.二元匀晶相图 ?? 2.二元共晶相图 ?? 3.二元包晶相图 ?? 4.形成稳定化合物的相图 ?? 5.具有共析转变的相图 ?? 6.合金的性能与相图的关系 1.二元匀晶相图 1．相图的组成及特征 2．合金平衡结晶过程及组织 3．枝晶偏析及其消除 Cu-Ni二元均晶相图 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图枝晶偏析及其消除 ?? 由于实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分。扩散过程总是落后于结晶过程，合金结晶是在非平衡的条件下进行的。这使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，合金的熔点较高，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分含高熔点组元较少，熔点较低，填充于枝间。 ?? 这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 ?? 出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工艺性能变坏。 ?? 出现枝晶偏析后，可通过扩散退火予以消除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成分均匀化。 2.二元共晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元共晶相图 1．相图的组成分析 ?? 共晶相图中有三个单相区：液相区L，固相 α和β相区； ?? 三个两相区：L+α区，L+β区，α+β区； ?? 一个三相共存点：C点共晶合金结晶过程示意图亚共晶合金结晶过程示意图 2点温度( 结束时) 点以下 L α L 1～2之间 L α 接近2点 α α+β α+β α β11 合金Ⅳ的结晶过程示意图点以上 1-2之间 2-3之间 3以下 L α α L α βⅡ 3.二元包晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元包晶相图 1．相图的组成分析 ?? 在二元包晶相同中，有三个单相区：液相区L、固相区α和β相区； 三个两相区：L+α、L+β、α+β； ?? 一个三相共存点：e点（L、α、β共存）合金I结晶过程示意图合金Ⅱ结晶过程示意图合金Ⅲ结晶过程示意图 4.形成稳定化合物的相图 ?? 合金系中两组元之间还可能形成稳定的金属化合物，其组成可用通式AmBn表示，它具有固定的成分和一定的熔点，可把它看成独立的组元。它的分析可作为两个简单相图进行。 5.具有共析转变的相图共析转变 ?? 共析转变属于固态相变的一种类型。和共晶反应一样是由一个相分解为两个相的三相平衡等温转变。共析转变的特点是：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相。其反应式可表达为：反应产物和的相对重量有一固定的比例： ?? 由于共析反应是在固态下进行的，其原子扩散条件很差，晶核成长速度很小，所以共析转变物的组织是比较细密的两相相间的机械混合物。 5. （1）合金的使用性能与相图的关系 ?? 由图可见，当合金形成单相固溶体时，随溶质溶入量的增加，合金的硬度、强度升高，而电导率降低，呈透镜形曲线变化，在合金性能与成分的关系曲线上有一极大值或极小值。当合金形成两相混合物时，其性能是两相性能值的算术平均值。随着成分的变化，合金的强度、硬度、导电率等性能在两组成相的性能间呈线性变化，对于共晶成分或共析成分的合金，其性能还与两组成相的致密程度有关，组织愈细，性能愈好。当合金形成稳定化合物时，在化合物处性能出现极大值或极小值。（2）合金工艺性能与相图的关系 ?? 合金的工艺性能与相图也有密切的联系。如铸造性能（包括流动性、缩孔分布、偏析大小）与相图中液相线和固相线之间的距离密切相关。相图中液相线与固相线的距离愈宽，形成枝晶偏析的倾向越大，同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，则流动性愈差，分散缩孔愈多。 ?? 固溶体中溶质含量越高，铸造性能愈差；共晶成分的合金铸造性能最好，即流动性好，分散缩孔少，偏析程度小，所以铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。又如压力加工性能好的合金是单相固溶体。因为固溶体的塑性变形能力大，变形均匀；而两相混合物的塑性变形能力差。再如相图中的单相合金不能进行热处理，只有相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶度变化的合金才能进行热处理。

铝合金表面处理:原材抛光高度:24CM底盘直径:9CM圆管直径:18MM管壁厚度:1MM底盘厚度:1.2MM安装方向

5005铝板带强度和3003相当，熔接性，加工性良好5005铝板与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色调协调一致

5005化学成分

铝 Al ：余量 硅 Si ：0.3 铜 Cu ：0.2 镁 Mg：0.5～1.1 锌 Zn：0.2 锰 Mn：0.20 铬Cr：0.10 铁 Fe： 0.7

5005力学性能

抗拉强度 σb (MPa)：100～205

伸长率 δ10 (％)： 1～8

退火温度为：345℃

5005适用范围

5005铝板常用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件，建材内外装材、车辆内装材等方面

购买电话

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