实验二铝合金时效硬化曲线的测定
一、实验目的
1. 掌握铝合金淬火及时效操作方法。
2. 了解时效温度、时间对时效强化影响规律。
3. 加深对时效强化及其机理的理解。
二、实验原理
淬火时效是铝合金改善力学性能的主要热处理手段。淬火就是将高温状态迅速冷却到低温，钢的淬火是为了获得马氏体，而铝的淬火是为了获得过饱和固溶体，为随后时效所准备的过饱和固溶体。铝合金的淬火常称为固溶处理；铝合金的时效是为了促使过饱和固溶体析出弥散强化相。室温放置过程中使合金产生强化的效应称为自然时效；低温加热过程中使合金产生强化的叫人工时效。固溶与时效处理的示意图如图1-1所示。
图1-1 固溶时效处理示意图
从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，属于扩散型相变。
下面以Al-Cu二元合金为例，来讨论铝合金的时效过程，一般分为四个阶段：α过G.P区θ"相θ'相θ相
G.P区就是指富溶质原子区。是溶质原子在一定镜面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。它没有完整的晶体结构，与母相共格。在一定温度上不再生成G.P区。室温时效的G.P区很小。在较高温度时效一定时间后，G.P区直径长大，厚度增
加。温度升高，G.P区数目开始减少。
θ"相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且溶质、溶剂原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。在θ"相过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ"相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。
θ'相是当继续增加时效时间或提高时效温度时由θ"相转变而成。θ'相属正方结构，θ'相在一定面上与基体铝共格，在另一晶面上共格关系遭到部分破坏。
θ相是平衡相，为正方有序结构。由于θ相完全脱离了母相，完全失去与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。这也就意味着合金的硬度和强度下降。
图1-2 时效时铝-铜合金的硬度与时间关系
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。当温度一定时，随着时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，此时为过时效。随着时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。
三、实验材料及设备
1.2024铝合金试样。
2．材料：金相砂纸、研磨膏、抛光呢、4%硝酸酒精、氢氟酸、盐酸、酒精、脱脂棉等
3．主要设备：箱式电阻炉、淬火水槽、抛光机、砂轮机、布什硬度计等。
四、实验内容与步骤
1. 按班级进行分组，每组5-6人，分别领取一套试样（10块试样）。
2. 将试样放入箱式电阻炉中，加热温度为500℃左右，保温1h后，快速淬入水槽中冷却。
3. 每组取一个淬火后试样立即测定布什硬度（固溶态的样品硬度）
4. 将剩余的其他试样立即放入箱式电阻炉中进行时效处理，时效温度分别为130℃、160℃、190℃、220℃，250℃、280℃。每组取一个温度进行时效实验，保温时间分别为1，2，4，6，8，10，12，14，16h。
5. 用砂轮机将时效后试样表面氧化皮打磨掉，再进行布什硬度测定，硬度测定时，每个试样测三点取平均值，填入表1-1中（建议测定布氏硬度的参数选为250kgf，钢球直径5mm，保持时间为30s）。
6. 根据硬度值，绘制时间~硬度曲线。
表1-1 时效工艺对铝合金硬度值
五、实验报告要求
1. 记录相关的实验数据，并绘制出相应的时效硬度曲线。
2. 根据实验结果，说明时效工艺造成硬度变化的原因及其变化规律。
3. 根据实验结果，说明时效温度对时效硬度峰值的影响规律。
4. 对实验结果进行误差分析，说明造成误差可能存在的因素有哪些？
铝合金的热处理 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。 一、热处理的目的 铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
二、热处理方法1、退火处理 退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300℃，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。 2、淬火 淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在500℃以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100℃的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固溶处理或冷处理。 3、时效处理 时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。 合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-PⅠ区）和G-PⅠ区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-PⅡ区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的G-PⅡ区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效强化在室温下进行的时效。人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效、过时效3
铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 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。这些在过饱和固溶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。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu 合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 形成稳定的θ相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的
铝合金时效过程85-3 顾景诚 一、前言 铝合金时效现象是在1906年由德国的Wilm发现的。他在九月一个星期六的上午将Al-4%Cu-0.5%Mg合金于水中淬火后，下午进行硬度测定，过了星期天，星期一上午继续测定硬度，发现硬度显著增加，原以为硬度计失灵，但是，反复验证结果总是一样。Wilm将此结果于1911年以《含镁铝合金的物理冶金学研究》为题发表出来。从此以后，人们对铝合金时效现象做了大量研究工作。时效处理已成为铝合金强化的重要手段。今天，铝合金材料应用这样广泛，成为仅次于钢铁，而且正以它无与伦比的优点来代替木材、铜材、钢铁等，都应当归功于时效现象的应用。 经过半个多世纪，各国学者共同努力，对各种铝合金系的析出行为、析出理论、析出与合金性能的关系，做了大量研究工作。尤其是随着现代科学技术的发展、电子显微技术、电子微区分析、热差分析、X射线衍射技术的应用，对析出相的形核、成长、长大做出了定量研究，使我们对时效现象的本质有了进一步认识。最近，日本高桥恒夫等用高能电子显微镜对铝铜合金的时效过程的晶格直接摄影，摄取了G P(1)区和G P(2)区的结构。但是，从各国开发新结构铝合金材料来看，利用时效现象来提高时效硬化型铝合金的性能也并非顺利，这说明对铝合金时效现象本质应做进一步探讨。 作者于1983年7月在沈阳听了日本高桥恒夫教授关于铝合金时效析出问题的讲座。高桥先生介绍了他们试验室的最新研究成果和有关铝合金时效析出的现代理论。结合其他一些文献现将讲座主要内容介绍如下。 二、过饱和固溶体的结构
在变形铝合金范围内，合金成分基本上处在α-Al的固溶体范围内。对于时效型变形铝合金，它们的成分在室温和略高温度下都稍微超过它的固溶极限，而在高于某一温度却小于固溶极限，也就是说在这一温度之上呈固溶状态。将高温的固溶状态通过强制冷却，在常温下仍保持固溶状态，这种做法称之为固溶处理。所得到的固溶体称为过饱和固溶体。 过饱和固溶体是一种不稳定的组织，不仅溶质原子呈过饱和状态，而空位也呈过饱和状态。这些过饱和空位，有的同溶质原子结合形成科垂耳气团，有的向晶界逃逸，有的互相结合，塌陷后形成位错环。 以过饱和形式存在于铝基体中的溶质原子更容易发生偏聚。例如，在Al-Cu 合金中，Cu原子容易发生“Knot”偏聚，其形式有各种各样，同时，在热力学上也是不稳定的，时而形成，时而解散。但是，将在有利于形成CuAl 的位置上 2 出现“Knot”的几率高。 时效处理之前，由于溶质原子扩散，将在最易析出的晶面上沿某一晶体方向生成所谓“Knot”的原子集团，而在“Knot”周围发生晶格畸变，这就引起固溶硬化，也使电阻增加。这个“Knot”有时也称为原子群(group)或原子链(cluster)，目前也有称之为集合体(complex)的[1]。浓度起伏所引起的这些溶质原子的集合体可能成为时效时GP区和析出粒子的核心。 过饱和固溶溶质原子的偏聚与空位浓度有关，而过饱和空位在铝基体中的分布也是遵循数理统计规律的。空位浓度也存在起伏。一般说来，在溶质原子周围的空位浓度高于其他地方，同时，在空位浓度大的地方也易于富集溶质原子，因为溶质原子的富集是通过扩散来实现的，扩散就是原子位移，而位移是通过同铝原子或空位交换位置来实现的，与空位交换位置是容易的。因此，淬火固定的过饱和空位的浓度以及它的分布状态对过饱和固溶体的稳定性和时效处理时GP区和析出相粒子的大小、弥散性和分布状态影响很大。 总之，过饱和固溶体的组织存在溶质原子的过饱和及空位的过饱和，由于溶
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铝合金热处理工艺 铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定的速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2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。这些在过饱和固溶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。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G?P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P（Ⅰ）区。G?P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化－形成G?P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时
影响6系铝合金机械性能的重要因素 6063、6063A、6A02、6061铝合金多用于生产建筑材、工业材、家俱材、梯具材。多数客户对特殊用途的产品抗拉强度、延伸率的要求越来越高，因此根据多年来的实践经验对常用的6系铝合金如何获得更好的机械性能做如下分析： 1)铝合金锭坯的化学成分：6063、6063A是以Mg2Si为强化相的合金，所以首先应确定强化相的含量，一般当Mg2Si的量在0.71%----1.03%范围内时，其抗拉强度随Mg2Si量的增加近似线性的提高，但变形抗力也跟着提高，加工变得困难，但Mg2Si量小于0.72%时，对于挤压系数偏小(小于或等于30)的制品，抗拉强度值有达不到标准要求的危险，当Mg2Si量超过0.9%时，合金的塑性有下降趋势。确定了强化相的量后再确定Mg的含量，Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损，在确定Mg的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控，Mg的波动范围应在0.04%之内，T5型材取0.47--0.53%，T6型材取0.57----0.60%。当Mg的范围确定后，可用Mg/Si比来确定硅，Si可与其它元素形成化合物如：AlFeSi，所以Si应在原基础上补约0.09---0.13%，Mg/Si应控制在1.18----1.32之间。6061、6A02合金其Mg2Si量应控制在1.4%左右，为加强其延伸率，Cu的含量约为0.2---0.4%。其维氏硬度大于或等于15 2)铝合金锭坯均匀化：均匀化处理可改善锭坯的塑性，提高其工艺性能，改善制品组织异向性能，消除金属内部的残余应力。(无条件公司可不进行均匀化处理) 3)铝型材挤压温度和速度：6063、6063A其淬火温度不得低于500度，所以挤压温度一般控制在470---490度，6061、6A02其交货状态一般为T6，淬火温度比6063略高约510----520度。具体挤压温度和挤压速度应根据型材壁厚、挤压特性和模具状况等因素来适当调整，坚持高温低速、低温高速的挤压原则。但其出口温度不得低于产品淬火温度。 4)铝型材淬火效果：淬火是为了将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si在出模后经快速冷却到室温而被保留下来，冷却速度常和强化相含量成正比，因其淬火敏感性增高，在Mg2Si 为0.8%的6063合金，从454度冷却至204度的临界冷却温度范围内，最小冷却速度为38度/分钟，而含Mg2Si为1.4%的6061合金在上述临界冷却温度范围的冷却速度不应小于65度/分钟，因此，6063可以用风冷淬火，6061必须用水冷淬火。均匀良好的淬火效果可有效的提高产品机械性能。 5)铝型材人工时效：6063、6061合金型材在刚挤出来的状态下的抗拉强度等于或大于140兆帕，在快速冷却到室温后8小时内加以人工时效可以使其抗拉强度增强至240兆帕以上，人工时效一般采用190---200度保温1--2小时。6061、6A02一般采用180---190度保温4---6时。
铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。 一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si 系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。 二、热处理方法1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300℃，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。 2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在500℃以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100℃的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固溶处理或冷处理。 3、时效处理时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-PⅠ区）和G-PⅠ区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-PⅡ区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的G-PⅡ区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效强化在室温下进行的时效。人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效、过时效3种。1）不完全人工时效：把铸件加热到150-170℃，保温3-5h，以获得较好抗拉强度、良好的塑性和韧性，但抗蚀性较低的热处理工艺；2）完全人工时效：把铸件加热到175-185℃，保温5-24h，以获得足够的抗拉强度（即最高的硬度）但延伸率较低的热处理工艺；3）过时效：把铸件加热到190-230℃，保温4-9h，使强度有所下降，塑性有所提高，以获得较好的抗应力、抗腐蚀能力的工艺，也称稳定化回火。
铝合金热处理工艺 作者:中国铝板带箔信息中心日期:2006-12-16 点击数:284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4,6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100,200?)内发生，称人工时效。 3.1.2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。这些在过饱和固溶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。沉淀硬化所要求的溶解度,温度关系，可用铝铜系的Al,4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3,1铝铜系富铝部分的二元相图，在548?进行共晶转变L?α，θ(Al2Cu)。铜在α相中的极限溶解度5.65,(548?)，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05,。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程: 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区,G?P(?)区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P(?)区。G?P(?)区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化,形成G?P(?)区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P(?)区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P(?)区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P(?)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P(?)区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1:2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基
各国铝合金牌号对照表及铝合金不同时效方法比较 1.各国铝合金牌号对照表 2.几种高性能铝合金简介 7075:锌是7075中主要合金元素，向含3%-7.5%锌的合金中添加镁，可形成强化效果显著的MgZn2，使该合金的热处理效果远远胜过于铝-锌二元合金。提高合金中的锌、镁含量，抗拉强度会得到进一步的提高，但其抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。经受热处理，能到达非常高的强度特性。7075材料一般都加入少量铜、铬等合金，该系当中以7075-T651铝合金尤为上品，被誉为铝合金中最优良的产品，强度高、远胜任何软钢。此合金并具有良好机械性及阳极反应。代表用途有航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具，特别用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体。 6061:该合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，
使合金有人工时效硬化功能。 6061-T651是6061合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 2024铝合金属Al-Cu-Mg系铝合金，主要特征及应用范围：这是一种高强度硬铝，可进行热处理强化，在淬火和刚淬火状态下塑性中等，点焊焊接良好，用气焊时有形成晶间裂纹的倾向，合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚好，退火后可切削性低：抗腐蚀性不高，常采用阳极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。用途主要用于制作各种高负荷的零件和构件（但不包括冲压件锻件）如飞机上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，铆钉等150℃以下工作零件。 3.铝合金的基本状态 4.T细分状态代号说明与应用
变形铝合金时效热处理相关知识汇总（1）时效 aging 经固溶处理或冷变形后的合金，在室温或高于室温下，组织和性能随时间延续而变化，硬度、强度增高，塑性、韧性降低的现象。在室温下发生时效称自然时效。高于室温发生时效称人工时效。时效现象除铝铜合金外，在钢、铜合金，铁基、镍基、钴基高温合金中普遍存在，是提高合金强度的重要方法。低碳钢冷变形后在常温长时放置即出现屈服强度提高。硬铝合金经高温(520℃)淬火后在100～200℃时效，可获得最佳的强化效果。马氏体时效钢，沉淀硬化不锈钢，铁基、镍基、钴基高温合金均可在固溶处理后选择不同温度时效处理，可以从中获得最佳的组织和性能。 （2）时效处理 aging treatment 过饱和固溶体合金在室温或加热至一定温度保温，使溶质组元富集或析出第二相的热处理工艺。常温下时效称自然时效。高于室温加热时效称人工时效。时效析出第二相获得强化的现象称时效强化。低于或高于强化峰值温度的时效分别称为亚时效与过时效处理。形变后时效称形变时效或直接时效。在应力下时效称应力时效。强化效果取决于析出第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素。广泛用于铝合金、钛合金、高温合金、沉淀硬化钢、马氏体时效钢等。铝合金时效硬化峰值出现在溶质组元的富集G-P区(Ⅱ)末期。时效处理是强化合金的有效方法，可显著提高合金的强度和硬度，调整时效温度、时间可使合金的组织、性能满足使用要求，获得高的屈服强度、蠕变强度、疲劳性能等。含铜4%的铝合金经自然时效后强度为400MPa，比退火状态强度大一倍。时效硬化合金使用时，使用温度不应超过其时效温度。
（3）时效硬化 age hardening 经固溶处理的过饱和固溶体在室温或室温以上时效处理，硬度或强度显著增加的现象。原因是过饱和固溶体在时效过程中发生沉淀、偏聚、有序化等反应的产物，增加了位错运动的阻力形成的。位错与析出产物交互作用下硬化机制有位错剪切析出相粒子，基体与粒子间相界面积增加，使外力转变为界面能; 析出相与基体的层错能差异; 基体与析出粒子的切变模量不同。另外，析出相与基体共格应变场交互作用;参数不匹配;有序共格沉淀硬化作用;位错运动产生反相畴界，使位错不能通过析出相而弯曲绕过形成位错环也可产生硬化。控制时效温度、时间等条件可使合金获得不同的组织结构和强化效果。 （4）自然时效 natural aging 过饱和固溶体(主要是某些铝合金) 在室温(10～40℃)停放一段时间的过程称为自然时效。在室温下停放时，强度随时间的延续缓慢上升，达到一定数值后趋于稳定; 与此同时，合金的塑性逐渐减小。在硬度及强度明显增大前的一段时间内，塑性也较高，可进行成型加工及矫正等工序，然后再自然时效一段时间，待硬度(强度) 达稳定值后即可投入安装使用。对明显硬化前的时间间隔较短的合金，还可采用冷冻方法延迟时效过程，以便进行加工及矫正。自然时效倾向较小的合金则需采用人工时效进行强化。 （5）人工时效 Artificial ageing 将经过固溶处理的合金加热到低于溶解度曲线的某一温度保温一段时间，使第二相在该温度下发生脱溶，合金的强度和硬度升高。人工时效所需时间较短，但强化效果较差。在工业上比自然时效应用更加广泛。
浅析混凝土结构的时效硬化长期以来，混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料之一，在近百年的发展中，其强度不断提高。但是，在提出强度的同时，混凝土结构的抗力随时间劣化的问题也愈来愈被人们所关注。 人们一直以为混凝土是非常耐久的材料，直到20世纪20年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后20-30年，甚至在更短的时期内就出现劣化。 目前经济发达国家处于第三阶段，结构因承载力不足而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价。 图1 Deterioration of. Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability Highway Bridge in Service New York State, US
我国建设部的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25-30年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30-40年。桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。 当前，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约30-50年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费用将更为巨大。有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性问题，迎接我们的还会有“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将当初这些工程施工建设时的投资。因此，研究混凝土结构的时效硬化，改善混凝土结构的抗力劣化，延长工程的使用寿命。尽量减少维修重建的费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。 1 结构抗力的时变性和时变可靠度 在我国现行规范中，常用极限状态来衡量结构是否可靠，并将极限状态方程中的基本变量表达为结构抗力R 和荷载效应S 两个综合基本变量，这种极限状态常用建筑结构的功能函数来表达，即 G(S,R)=R-S ﹤0 式中： S----结构的荷载效应 R----结构的抗力 在设计及评定建筑结构时，按可靠度来控制。在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。若仍仅用结构抗力R 和荷载S 两个综合基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按下 式计算： 22S R s R Z Z σσμμσμβ+-== 式中： β------结构构件的可靠指标 、 ------结构构件作用效应的平均值和标准差 、-------结构构件抗力的平均值和标准差 可靠度指标与失效概率P f 之间的关系见右图，这样比较好地考虑了五种主要的随机因素，即荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析，在运用概率理论处理结构可靠度问题上已经到了水准II 的水平，即将荷载效应和抗力的有关基本变量均视为随机变量，并运用一次二阶矩的方法建立二者的联合分布
实验二铝合金时效硬化曲线的测定 一、实验目的 1. 掌握铝合金淬火及时效操作方法。 2. 了解时效温度、时间对时效强化影响规律。 3. 加深对时效强化及其机理的理解。 二、实验原理 淬火时效是铝合金改善力学性能的主要热处理手段。淬火就是将高温状态迅速冷却到低温，钢的淬火是为了获得马氏体，而铝的淬火是为了获得过饱和固溶体，为随后时效所准备的过饱和固溶体。铝合金的淬火常称为固溶处理；铝合金的时效是为了促使过饱和固溶体析出弥散强化相。室温放置过程中使合金产生强化的效应称为自然时效；低温加热过程中使合金产生强化的叫人工时效。固溶与时效处理的示意图如图1-1所示。 图1-1 固溶时效处理示意图 从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，属于扩散型相变。 下面以Al-Cu二元合金为例，来讨论铝合金的时效过程，一般分为四个阶段：α过G.P区θ"相θ'相θ相 G.P区就是指富溶质原子区。是溶质原子在一定镜面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。它没有完整的晶体结构，与母相共格。在一定温度上不再生成G.P区。室温时效的G.P区很小。在较高温度时效一定时间后，G.P区直径长大，厚度增
加。温度升高，G.P区数目开始减少。 θ"相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且溶质、溶剂原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。在θ"相过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ"相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。 θ'相是当继续增加时效时间或提高时效温度时由θ"相转变而成。θ'相属正方结构，θ'相在一定面上与基体铝共格，在另一晶面上共格关系遭到部分破坏。 θ相是平衡相，为正方有序结构。由于θ相完全脱离了母相，完全失去与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。这也就意味着合金的硬度和强度下降。 图1-2 时效时铝-铜合金的硬度与时间关系 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。当温度一定时，随着时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，此时为过时效。随着时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。 三、实验材料及设备 1.2024铝合金试样。 2．材料：金相砂纸、研磨膏、抛光呢、4%硝酸酒精、氢氟酸、盐酸、酒精、脱脂棉等 3．主要设备：箱式电阻炉、淬火水槽、抛光机、砂轮机、布什硬度计等。 四、实验内容与步骤
铝合金热处理原理及工艺 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2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。这些在过饱和固溶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。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P （Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 3.1.2.4 形成稳定的θ相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗大。 铝－铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。但合金的种类不同，形成的G·P区、过渡相以及最后析出的稳定性各不相同，时效强化效果也不一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表3－1。从表中可以看到，不同合金系时效过程亦不完全都经历了上述四个阶段，有的合金不经过G·P（Ⅱ）区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时
时效处理对电子束焊接AA2219铝合金焊接后的拉伸 性能的影响 摘要：2219铝合金（铝，铜6.5％）是一个航空航天应用中最受欢迎的时间硬化合金，因为其优良的焊接特点，虽然AA2219在焊接性方面其6000和7000系列占有优势，当焊接时它容易受到薄弱的连接强度的影响。在本次研究中通过焊缝时效处理尽量提高焊接接头强度。本文介绍时效处理对焊接电子束拉伸性能AA2219铝合金焊接的影响。对接接头的平面制作，采用100千伏容量的电子束焊（电子束）机，焊缝在焊后给予人工时效处理。拉伸试验用100千牛进行，机电控制采用普遍试验机。焊后时效处理对提高焊缝金属的硬度和拉伸性能有益。这主要是由于从焊缝金属的微观结构看，在焊缝金属区域的CuAl2析出物总体分布在焊后时效接头与焊接接头相比其影响是显而易见的。 关键词：AA2219铝合金；电子束焊接；人工时效；拉伸性能 1简介 2219铝合金（铝，铜6.5％）是一个航空航天应用领域最受欢迎的时效硬化合金，因为它具有优良的可焊性。其他属于6000（铝硅镁）和7000（铝锌镁）系列的时效硬化合金容易产生凝固裂纹，而且必须使用不可热处理焊剂焊接。AA2219基本上铝铜锰三元合金。AA2219是低温液体火箭燃料箱的建造最广泛的使用材料并具有好了独特的综合性能，如：可焊性，高强度重量比和优越的低温性能。 AA 2219铝合金首选的焊接工艺为GMAW焊和钨极气体电弧焊（氩弧焊），相比较更容易成型和更好的经济适用性。而且，等离子弧焊接以极高的极性电极和高焊接电流使铝组件被加入了一个良好的经济焊缝的质量。在几个不同的领域，对铝合金的使用逐渐增加。如压力容器，构造柱和运输系统就必须用多道焊进行焊接。在多道焊接下，它的焊缝特点和机械性评测就不能用单道焊缝的方法进行观测。 在与氩弧焊和气体保护焊弧相比较，电子束的特点是高功率密度大，从而允许单方面通过且对平面接焊厚度约8毫米的物体焊接速度可达1米以上/分钟。据了解，电子束焊接的铝合金焊缝较其它焊接呈现出较好的机械性能和用力学性能，文献报道结果表明，在电子束焊接和GTA或变极性等离子弧焊接为100 MPa
现。 314 硼氮复合渗后的成分分析 5CrMnMo钢试样经硼氮复合渗后进行成分分析,结果如表2所示。 表2 试样不同区域各元素的含量(质量分数,%) T able2 E lement contents in different zone of the layer after boronitriding(w t,%) 区域Si Cr Fe 渗层0117016697122 过渡区1134017396167 心部0145017197140 从表2可以看出,Cr元素、Fe元素在渗层、过渡区、心部之间分布均匀,而Si元素在过渡区的含量明显高于渗层和心部基体,并且渗层中Si含量特别低,这是由于Si、S、P等元素不溶于FeB和Fe2B,在FeB和Fe2B的生长过程中将它们排挤到渗层与基体的过渡区[9],所以过渡区的Si含量特别高。而Si是铁素体化元素,它将导致软化层的出现,在本试验中,加入稀土,由于稀土元素与Si、S、P等有很强的亲合力,可以形成高熔点的化合物,防止软化层的出现。 4 结论 (1)硼氮复合渗时,加入2%的氮,先渗入的氮对渗硼有阻碍作用,而加入5%的氮,先渗入的氮对渗硼有促进作用。 (2)硼氮复合渗时,氮先渗入有助于强化过渡区,使硬度梯度变缓,从而改善渗层的脆性。 (3)硼氮复合渗时,氮的渗入可阻止FeB相的出现,使渗硼时的(FeB+Fe2B)双相转变为Fe2B单相。 (4)本试验所用的复合渗剂经570℃×3h+890℃×5h 工艺处理可得深度为100μm的单相Fe2B渗层。 参考文献: [1] 许 斌,冯承明,吕钊钦1固体硼2铬2稀土共渗研究[J]1金属热 处理学报,2000,21(1):611 [2] 刘长禄1硼稀土粉末共渗及渗层性能[J]1金属热处理,1989, (8):321 [3] 吉泽升,程晓辉,武文启1稀土在渗硼及硼的复合渗中的作用 [J]1金属热处理,1997,(12):211 [4] 沈思特,谭昌瑶1复合渗膏剂的研究[J]1材料保护,1990, (10):251 [5] 楼南金,戴文彬,郭喜云,等1自保护硼氮共渗膏剂的研究[J]1 金属热处理,1990,(6):31 [6] 刘永,王晓鸣1用硼锆共渗改善5CrMnMo钢硼化物层脆性 [J]1金属热处理,1990,(4):261 [7] 雷天同,孙东克1粉末法硼氮和碳氮共渗中氮原子的扩散和作 用[J]1金属热处理,1991,(8):131 [8] 朱雅年,魏馥铭,张文魁1氮硼复合渗渗层的形成过程分析[J]1 金属热处理学报,1993,14(4):281 [9] 张家春,白书欣,李卫东,等1粉末法RE2B共渗机理[J]1金属 热处理学报,1993,14(3):371 回归再时效(RRA)处理对7050铝合金的影响 谷亦杰,林建国,张永刚,陈昌麒 (北京航空航天大学材料科学与工程系,北京 100083) 摘要:采用TEM和维氏硬度计研究了回归再时效(RRA)处理对7050铝合金的影响,对处理后合金试样的强度和伸长率进行了测试,并对试样断口在SEM下进行了观察。研究发现,当回归温度为453K,在回归曲线上,随着回归时间的延长,硬度值下降,在3600s达到硬度最低值;继续延长回归时间,硬度值上升,在7200s硬度值达到最大值,随后硬度值下降;在RRA曲线上,随着回归时间的延长,硬度值上升,在3600s达到硬度峰,随后硬度值下降。当回归温度为473K时,虽然与在453K回归和再时效行为的趋势相同,但在回归曲线上,硬度的谷值和峰值时间都提前,并且硬度峰值稍微降低;在RRA曲线上,硬度峰提前。TEM研究结果表明,7050铝合金在T6状态的硬化来自GP区。在回归处理过程中硬度谷值的产生与GP区的回溶有关,而峰值的产生与η′和η相的沉淀析出有关;在RRA处理过程中,峰值的产生与η′和η相的沉淀析出有关。回归温度对7050铝合金的影响与GP区、η′和η相形核和时效沉淀动力学受回归温度影响有关。经过RRA(393K×22h+453K×1h+393K×30h)处理后合金要比T7451处理后的强度高19%,而伸长率稍微降低,经过RRA(393K×22h+473K×5min+393K×30h)处理后合金要比T7451处理后的强度高16%,而伸长率稍微增加。SEM观察结果表明经过T7451、453K和473K回归再时效处理后断口形貌基本相同。 关键词:7050铝合金;沉淀硬化;回归再时效 中图分类号:TG156191,TG16613 文献标识码:A 文章编号:025426051(2001)01-0031-05 E ffect of RRA T reatment on Microstructures of7050Aluminium Alloy GU Y i2jie,L IN Jian2guo,ZHAN G Y ong2gang,Chen Chang2qi (Department of Materials Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China) Abstract:Precipitation behavior of7050aluminium alloy has been studied by transmission electron microscopy and Vickers hardness tester after retrogression and reaging(RRA)treatment1The results indicate that,when the retrogression temperature was453K,the value of hardness decreased firstly,and then reached a minimum value1With retrogression time increase,the hardness increased to form a hardness peak at the retrogression curve,and a hardness peak was observed on the RRA curve1When the regression temperature was 473K,in comparison with retrogression at453K,the retrogression valley and peak promoted at the retrogression curve,and the hard2