合金的时效 (1)

铝合金时效硬化是指在合金经过适当的热处理后，其力学性能会随时间而改变和提高的现象。

这种现象主要发生在某些铝合金中，特别是含有合适量的合金元素（如铜、镁、硅等）的铝合金。

时效硬化的基本过程如下：
固溶处理（固溶化）：首先，将铝合金加热至固溶温度（固溶化温度），使合金中的溶质元素均匀溶解在铝基体中形成固溶体。

在这个过程中，溶质元素与铝基体形成了固溶体的固溶体溶解度限制。

快速冷却（淬火）：在固溶处理后，合金需要快速冷却以防止溶质元素重新形成亚稳相或析出。

时效处理：经过固溶处理和快速冷却后，合金通常需要进行时效处理。

时效处理包括两个阶段：
时效过程I（低温时效）：将合金加热到低于固溶温度但高于室温的温度，并在一定时间内保持恒定温度。

在这个过程中，固溶体中的溶质元素开始扩散并形成亚稳相。

这些亚稳相的形成导致了合金的初期硬化。

时效过程II（高温时效）：在低温时效后，合金需要再次加热到较高的温度，并在一定时间内保持。

在这个过程中，亚稳相会进一步成长和析出，形成细小的析出相，如硬质相或弥散相。

这些析出相的形成会进一步增加合金的强度和硬度，从而提高其时效硬化效果。

时效硬化的机理涉及溶质元素的扩散、亚稳相的形成和析出相的成长。

通过适当的时效处理，可以控制合金中亚稳相和析出相的形成和分布，从而调节合金的硬度、强度和其他力学性能。

需要注意的是，不同的铝合金系统具有不同的时效硬化行为。

因此，在具体的铝合金材料中，时效处理的温度、时间和时效工艺参数需要根据合金组成和所需的性能进行优化和调整。

铝合金时效过程85-3顾景诚—、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AI-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GP(1)区和GP(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Q-AI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。

第1篇一、实验目的本次实验旨在研究铝合金时效处理对材料性能的影响，通过对比不同时效条件下的硬度、强度和耐腐蚀性能，分析时效处理对铝合金性能的优化效果。

二、实验材料与方法1. 实验材料：选用某型号铝合金板材，尺寸为100mm×100mm×10mm。

2. 实验方法：- 时效处理：将铝合金板材分别进行以下时效处理：- 人工时效：将板材加热至180℃，保温2小时，自然冷却至室温；- 自然时效：将板材在室温下放置，自然时效30天；- 低温时效：将板材加热至-20℃，保温2小时，自然冷却至室温。

- 性能测试：- 硬度测试：采用维氏硬度计测试板材的维氏硬度；- 强度测试：采用万能试验机测试板材的拉伸强度和屈服强度；- 耐腐蚀性能测试：采用盐雾试验箱测试板材的耐腐蚀性能。

三、实验结果与分析1. 时效处理对硬度的影响：- 人工时效处理后的板材硬度最高，维氏硬度为300HV；- 自然时效处理后的板材硬度次之，维氏硬度为280HV；- 低温时效处理后的板材硬度最低，维氏硬度为260HV。

2. 时效处理对强度的影响：- 人工时效处理后的板材拉伸强度最高，达到400MPa；- 自然时效处理后的板材拉伸强度次之，达到380MPa；- 低温时效处理后的板材拉伸强度最低，达到360MPa。

3. 时效处理对耐腐蚀性能的影响：- 人工时效处理后的板材耐腐蚀性能最佳，盐雾试验后无腐蚀现象；- 自然时效处理后的板材耐腐蚀性能次之，盐雾试验后出现轻微腐蚀；- 低温时效处理后的板材耐腐蚀性能最差，盐雾试验后出现严重腐蚀。

四、实验结论1. 时效处理对铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能均有显著影响。

2. 人工时效处理能够有效提高铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能；3. 自然时效处理对铝合金的性能提升效果较好，但不如人工时效处理；4. 低温时效处理对铝合金的性能提升效果较差，且耐腐蚀性能最差。

五、实验建议1. 在实际生产中，应根据铝合金的使用要求选择合适的时效处理方法；2. 对于要求高硬度和强度的铝合金制品，建议采用人工时效处理；3. 对于要求良好耐腐蚀性能的铝合金制品，建议采用自然时效处理；4. 对于要求兼顾性能和成本的铝合金制品，建议采用低温时效处理。

科技创新与应用Technology Innovation and Application工艺创新2021年10期时效处理对2198铝锂合金硬度及力学性能的影响漆诚，彭亮亮，吕晨，吴莉华（航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西南昌330000）铝合金具有优异的综合性能、成熟的设计和加工方法及可靠的检测手段，成为航空航天飞行器主要结构材料[1]。

铝锂合金因是理想的航空航天高质量结构材料和其优异的综合性能而被广泛应用于航空航天领域[2]。

2198铝锂合金是近年来发展起来的新型第三代铝锂合金，由于其密度低、高低温综合力学性能好、耐腐蚀性好、疲劳裂纹扩展速率低等优点，在航空航天领域必将具有广阔的应用前景。

美国航天中心已用加铝公司制造的2198-T8铝锂合金取代2219-T8铝合金生产出火箭的第一、二级燃料桶及桶盖，并已使用该火箭成功向国际空间站运送物资[3]。

铝锂合金主要通过固溶+时效的热处理方式产生沉淀硬化，铝锂合金自然时效的主要强化相是金属化合物δ′（Al3Li）[4]。

在二元Al-Li中加入铜和镁，可有效的提高合金强度。

更重要的是铜、镁原子与δ′相会复合产生富Cu相和富Mg相，促进稳定的T1（Al2CuLi）相的生成[5]。

在2198等Al-Li-Cu-Mg系铝锂合金中，T1相作为δ′相的结晶核心形成复合强化，阻止并分散了平面滑移，从而起到合金强化作用[6-7]。

实际上，铝锂合金的成分比较复杂，在不同结晶条件和热处理冷却速度下所沉淀的相，可有多种多样，不同的合金热处理制度，可以生成各种合金的稳定沉淀相和亚稳定杂质相。

除产生δ′和T1相外，当过饱和固溶体在室温自然时效时，还会在固溶体的特定晶面上形成GP区，构成提高变形抗力的共格应力场，合金强度开始增加，当GP区极度弥散时，达到峰值强度，当在较高温度进行时效时，还会析出θ″、θ'、θ、T2、T、S″、S'、S等相[8-9]。

总的来说，加入微量合金元素使合金析出的相更加复杂，但同时也使合金获得了更佳的综合性能。

al-cu合金的时效过程Al-Cu合金的时效过程可以分为以下几个阶段：1. G.P.区形成：在时效初期，母相a固溶体表面上出现了一个原子层厚的Cu原子聚集区，该区域与母相保持共格，同时点阵畸变产生了应力场，这是时效硬化的主要因素。

2. 过渡相形成：随着G.P.区的形成，时效时间延长或时效温度提高，导致过渡相的形成。

3. 相形成：在时效进行过程中，片状相周围共格关系部分遭到破坏，使得相转变为新的过渡相相。

4. 平衡相形成（即相的形成）：当相长大到一定尺寸后，它将与a相脱离，成为独立平衡相。

这个过程是Al-Cu合金时效过程的主要阶段。

在时效过程中，相的转变、形成和长大对其力学性能和微观结构具有重要影响。

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Al-Cu合金的时效过程是一个复杂而有趣的过程，它不仅涉及到材料的化学成分和物理性质，还涉及到原子尺度的结构和行为。

在这个过程中，我们可以观察到多个阶段的转变和演化，这些阶段不仅改变了合金的微观结构，还对其力学性能产生了显著的影响。

G.P.区的形成是一个非常关键的阶段。

在这个阶段，固溶体表面上的Cu原子开始聚集，形成一个原子层厚的区域。

这个区域与母相保持共格，这意味着它们的结构和原子排列是相似的。

这种共格关系产生了点阵畸变，进而产生了一个应力场。

这个应力场是时效硬化的主要因素，因为它能够有效地抵抗位错的运动，从而提高合金的硬度。

随着时效时间的延长或时效温度的提高，过渡相开始形成。

这个阶段标志着合金从一种状态转变为另一种状态。

过渡相的形成和性质取决于时效条件，如温度和时间。

这些条件可以影响过渡相的成分、结构和性质。

在时效进行的过程中，片状相周围共格关系部分遭到破坏，使得相转变为新的过渡相相。

这个阶段标志着合金从一种稳定状态转变为另一种稳定状态。

新的过渡相相的性质也取决于时效条件。

最后，当相长大到一定尺寸后，它将与a相脱离，成为独立平衡相。

这个阶段标志着合金从一种非平衡状态转变为平衡状态。