变形铝合金时效热处理相关知识汇总
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铝合金时效处理工艺铝合金时效处理是一种常见的热处理工艺,通常用于提高铝合金的强度和硬度。
该工艺通过在合金材料中形成细小的析出相,改善材料的机械性能和耐腐蚀性能。
本文将介绍铝合金时效处理的基本原理、工艺步骤和影响因素。
一、基本原理铝合金时效处理的基本原理是通过合金中的析出相来增强材料的强度和硬度。
在合金材料中,有些元素的溶解度随着温度的升高而增加,但在一定温度下,这些元素会逐渐析出形成固溶体内的细小颗粒。
这些细小颗粒能够阻碍晶粒的滑移和位错的移动,从而提高材料的强度。
同时,析出相的形成还能够改善合金的耐腐蚀性能。
二、工艺步骤铝合金时效处理的工艺步骤通常包括固溶处理和时效处理两个阶段。
1. 固溶处理固溶处理是指将铝合金加热至高温,使固溶体中的合金元素溶解于铝基体中。
这样可以消除合金中的晶间相,使晶粒尺寸增大,提高合金的塑性和加工性能。
固溶处理的温度和时间会根据合金的成分和要求的性能而有所不同。
2. 时效处理时效处理是指在固溶处理后,将合金材料冷却至室温,并在一定温度下保持一定时间。
在这个过程中,合金中的合金元素会逐渐析出形成细小的析出相。
这些析出相的形成不仅能够提高合金的强度和硬度,还能够改善合金的耐腐蚀性能。
时效处理的温度和时间也会根据合金的成分和要求的性能而有所不同。
三、影响因素铝合金时效处理的效果会受到多种因素的影响,包括合金成分、固溶处理温度、时效处理温度和时间等。
1. 合金成分不同的合金成分会影响合金中析出相的类型和数量,从而影响合金的强度和硬度。
一般来说,含有大量合金元素的合金,析出相的数量和尺寸会更多更大,因此强度和硬度会相应增加。
2. 固溶处理温度固溶处理温度的选择会影响合金中合金元素的溶解度和晶粒尺寸。
较高的固溶处理温度可以提高合金元素的溶解度,但也会导致晶粒尺寸增大,从而降低合金的强度。
3. 时效处理温度和时间时效处理温度和时间的选择会直接影响到析出相的形成和生长。
较高的时效处理温度和较长的时效处理时间可以促进析出相的形成和生长,从而提高合金的强度和硬度。
T6 是变形铝合金(区别于铸造铝合金)的一种热处理工艺,是“固溶处理(对于钢铁此过程称作“淬火”,这个大家应该很熟悉)+ 人工时效”的过程,其中主要因素是固溶温度、淬火速率(由淬火介质决定)、时效温度,保温时间,时效级数(一级时效或多级时效)。
对于不同合金,相同的热处理代号,如T6 ,所包含的以上各因素的值各不相同。
这种工艺区别于通常所说的“退火”工艺。
这种工艺是解决材料的强度、塑性合理搭配(高的强度和足够的塑性),和抗腐蚀性能的关键。
未经过Txx x处理的变形合金,是绝对不能作为结构材料使用的,一定会出"矿难”的,所以请大家放心,你们的车架子(只要不出自黑心矿主的作坊)一定已经处理过了。
2014 铝合金常用的热处理状态的代号有T6, T62, T651(e), 不同的产品形状的处理工艺略有差别。
我的MOSS O车架子是7005合金,通常用的工艺为T53(v),上面不写也知道。
车把和把立时6061铝合金T6以上铝合金都是国外的牌号处理是每个车架都必须进行的,否则车架会因此开裂,当然高级车架和低级车架在处理中可以省略去一些步骤。
比如7005的车架成型后,可进行t4,之后还要经过一个长时间进行t6,有个别工厂为了省成本,只进行了t4,而没有进行t6,也有个别工厂甚至只是防止烤漆房进行所谓的t处理,温度的精确和技术根本达不到最佳要求。
而t处理也是一个车架生产关键的一道工序,技术好且舍得工本的工厂会在t4前进行车架矫型,t4后矫型,然后在t6,处理时温度时间控制精确,那处理出的车架会有相当的强度和韧性,不容易在使用后出现问题。
另外越是轻的车架,其t处理技术必须越过关,否则稍微的应力产生,都可能在那个部位发生断裂,这也就是为什么有的工厂能有能力做出超轻车架,而另外一些工厂却做不出来的原因,并不是抽制过的db管购买不到,而是t处理的技术不过关会导致成批的次品。
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、银基、钻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。
硬铝合金经高斌520℃)淬火后在10g200℃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、钻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。
含铜的铝合金经自然时效后强度为0MPa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。
众所周知,固溶热处理过的材料,以时间和温度为主要因素,从过饱和固溶状态产生析出,在此过程中材料的强度增加。
这种现象称为时效现象,它是继固溶热处理的重要的过程。
一般在室温下引起的时效叫做自然时效,在高温下引起的时效叫做人工时效。
前者也称为低温时效,后者也称为高温时效。
在室温时效时,时效速度缓慢不能达到最终值,而在高温时效时,时效速度达到最大值后引起软化。
这种现象称为过时效。
图5 2014,6061合金板材的人工时效条件与强度的关系图5是2014,6061合金板材的高温时效曲线,根据时间和温度的因素来了解淬火时的强度变化。
表4是实用合金的析出处理条件的一个例子。
用日本工业标准标号表示,T4状态为低温时效,T6为高温时效。
某些合金在热加工时就呈固溶状态,不用淬火处理,而只用析出处理也能获得强度。
6063挤压的材料的T5处理是其代表性的处理。
在生产过程中,时效处理时的生产技术上的问题,不比固溶处理时少。
因此更详细些就涉及到时效处理的机理。
如上所述,固溶热处理→室温过饱和固溶→时效→硬化发生性质上的变化,这是由于在过饱和固溶体的分解过程中合金结构发生了变化,因此关于形成什么样的析出相,过去就进行了大量的研究。
现在,对研究最多的了解详细的铝-4%铜合金的强化机理为例加以说明。
图6示出在两种时效条件下铝-4%铜合金析出硬化的区域、中间相的范围与硬度的关系,由此形成过饱和固溶体→G.P(1)→G.P(2)→→→CuAl2的序列。
图6 铝-4%铜合金在2种时效条件下时效硬化时组织对硬度的影响由于在室温那样比较低的温度下形成G.P区,因而在一定的临界温度以上加热时变为不稳定和再固溶。
由于这样原因,在时效硬化时强化的机械性能可以返回到固溶处理后(沾火当时)的软质状态。
这种现象称为回归。
例如,铝-4%铜合金进行常温时效,产生G.P区,如果再把它在200℃下加热1分钟左右,就恢复到淬火后的状态。
时效硬化的机理从位错理论来说,由于存在上述那样的析出质点,可根据位错运动妨害的程度情况来说明。
变形铝合金热处理标准
变形铝合金是指经过锻造、压力处理等方法进行塑性加工而得到的铝合金材料。
热处理是指通过加热和冷却的方式对材料进行调整和改善其性能的过程。
变形铝合金经过热处理后可以提高材料的强度、硬度、耐磨性等性能。
变形铝合金热处理标准主要包括以下几个方面:
1. 热处理温度:根据不同的铝合金种类和材料要求,确定适宜的热处理温度范围。
2. 加热方式:常见的加热方式有空气加热、盐浴加热、电阻加热等,根据具体情况选择合适的加热方式。
3. 保温时间:在合适的温度下保持一定的时间,使材料达到均匀的热处理效果。
4. 冷却速度:冷却速度的选择与材料的组织结构和性能要求密切相关,常见的冷却方法有空气冷却、水淬、油淬等。
5. 热处理工艺规程:根据具体的材料和要求,制定热处理过程中的工艺规程,包括加热温度、保温时间、冷却方式等。
对于不同的变形铝合金材料,其热处理标准可能存在差异。
常见的变形铝合金热处理方法包括时效处理、退火处理、淬火处理等。
热处理标准的制定旨在确保变形铝合金材料在被加工后,经过热处理后可以达到预期的性能要求。
铝型材自然时效——是型材在室温下时效强化,时效时间为1个月以上。
铝合金人工时效——是型材在高于室温的温度下(如185℃)进行时效强化。
常用铝型材热处理状态有T1、T4、T5、T591、T592、T595、T6等。
T4:固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。
适用于固溶热处理后,不再进行冷加工的产品。
T5:由高温成型过程冷却,然后进行人工时效的状态。
适用于由高温成型过程冷却后,不经过冷加工,予以人工时效的产品。
变形铝及铝合金状态、代号
1.在T后面添加0~10的阿拉伯数字,表示细分状态(称作TX状态)如下表所示。
T后面的数字表示对产品的热处理程序。
T状态及TXXX状态(消除应力状态外)在TX状态代号后面再添加一位阿拉伯数字(称作TXX状态),或添加两位阿拉伯数字(称作TXXX状态),表示经过了明显改变产品特性(如力学性能、抗腐蚀性能等)的特定工艺处理的状态,如下表所示。
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铝合金分类可热处理
铝合金可以根据其成分、结构以及热处理方式进行分类。
以下是一些可进行热处理的铝合金分类:
1. 铸造铝合金:铸造铝合金是通过铸造工艺生产出的铝合金制品。
常见的铸造铝合金有铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金等。
铸造铝合金的热处理主要包括退火、固溶处理、时效处理和循环处理等。
2. 变形铝合金:变形铝合金是通过轧制、拉伸等加工工艺制成的铝合金板、棒、线等制品。
常见的变形铝合金有纯铝、铝锰合金、铝锂合金等。
变形铝合金的热处理主要包括退火、冷作硬化处理、热变形处理等。
3. 铝合金结构材料:这类铝合金主要用于制造航空航天、汽车、轨道交通等领域的结构零件。
常见的铝合金结构材料有7075、6061、2024等牌号。
这些铝合金的热处理方式
主要包括固溶处理、时效处理、双重时效处理等。
4. 铝合金功能材料:这类铝合金具有特殊功能,如导电、导热、电磁屏蔽等。
常见的铝合金功能材料有铝镍合金、铝铜合金等。
这些铝合金的热处理方式与其他铝合金类似,主要包括退火、时效处理等。
5. 铝合金复合材料:铝合金复合材料是通过复合工艺将两种或多种铝合金组合在一起,以实现特定性能要求的材料。
常见的铝合金复合材料有铝基复合材料、铝锂复合材料等。
这类材料的热处理方式因复合方式的不同而有所差异。
总之,铝合金热处理方式多种多样,针对不同类型的铝合金和应用场景,可以选择适当的热处理工艺来提高合金的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能。
在实际应用中,根据铝合金的成分、结构和性能要求选择合适的热处理方法至关重要。
一、时效方法铝合金和钢铁不同,淬火以后的变形铝合金不能立即强化。
它得到的是一种过饱和固溶体组织。
这种过饱和固溶体不稳定,它有自发分解的趋势。
在一定的温度下,保持一定的时间,过饱和固溶体发生分解(称为脱溶),引起铝合金强度和硬度大幅度提高,这种热处理过程称之为时效。
在室温下自然停放一定的时间,铝合金强度及硬度提高的方法称为自然时效。
入为的将铝合金制品在高于室温下的某一温度,保温一定的时间,以提高铝合金强度及硬度的方法称入工时效。
对于Al-Mg-Si系的6063合金而言,自然时效进行得非常缓慢,在室温下停留半个月,甚至更长的时间,也达不到最佳的强化效果,比入工时效的强化效果要差30%~50%,所以一般都采用入工时效。
含有主要强化相Mg2Si、MgZn和Al2Mg3Zn3的合金、都只有进行入工时效才能获得最高的强度。
含有主要强化相CuAl2和S(A12CuMg) 等相的合金,采用自然时效和入工时效两种方法都可以。
如2A11和2A12合金采用自然时效和入工时效都可以获得最佳强化效果。
究竟采用哪种时效方法,这需要根据合金的本性和用途来决定。
一般在高温下工作的变形铝合金多采用入工时效,而在室温下工作的变形铝合金宜采用自然时效。
二、时效强化机理铝合金的时效强化理论,有很多种说法。
如弥散硬化理论、滑移干扰理论、溶质原子富集成强化或硬化区理论等。
目前普遍认为时效强化或硬化是原子富集形成强化区的结果。
经科学实验证实,用X射线方法对铝合金过饱和固溶体分解动力学研究和通过电子显微镜对薄膜透射观察,看到中间过渡析出阶段(硬化区)的数量、大小、形状和分布特点,描绘了硬化区的形象,揭示了铝合金时效硬化现象的实质。
但时效硬化是一个非常复杂的问题,与合金的成分、时效工艺、生产过程中的加工状态都有关系,目前对时效的认识还不十分彻底。
下面仅介绍硬化区理论。
铝合金在淬火加热、快速冷却时,形成过饱和固液体。
过饱和固溶体有从不稳定状态向稳定平衡状态转变的趋势。
众所周知,固溶热处理过的材料,以时间和温度为主要因素,从过饱和固溶状态产生析出,在此过程中材料的强度增加。
这种现象称为时效现象,它是继固溶热处理的重要的过程。
一般在室温下引起的时效叫做自然时效,在高温下引起的时效叫做人工时效。
前者也称为低温时效,后者也称为高温时效。
在室温时效时,时效速度缓慢不能达到最终值,而在高温时效时,时效速度达到最大值后引起软化。
这种现象称为过时效。
图5 2014,6061合金板材的人工时效条件与强度的关系图5是2014,6061合金板材的高温时效曲线,根据时间和温度的因素来了解淬火时的强度变化。
表4是实用合金的析出处理条件的一个例子。
用日本工业标准标号表示,T4状态为低温时效,T6为高温时效。
某些合金在热加工时就呈固溶状态,不用淬火处理,而只用析出处理也能获得强度。
6063挤压的材料的T5处理是其代表性的处理。
在生产过程中,时效处理时的生产技术上的问题,不比固溶处理时少。
因此更详细些就涉及到时效处理的机理。
如上所述,固溶热处理→室温过饱和固溶→时效→硬化发生性质上的变化,这是由于在过饱和固溶体的分解过程中合金结构发生了变化,因此关于形成什么样的析出相,过去就进行了大量的研究。
现在,对研究最多的了解详细的铝-4%铜合金的强化机理为例加以说明。
图6示出在两种时效条件下铝-4%铜合金析出硬化的区域、中间相的范围与硬度的关系,由此形成过饱和固溶体→G.P(1)→G.P(2)→→→CuAl2的序列。
图6 铝-4%铜合金在2种时效条件下时效硬化时组织对硬度的影响由于在室温那样比较低的温度下形成G.P区,因而在一定的临界温度以上加热时变为不稳定和再固溶。
由于这样原因,在时效硬化时强化的机械性能可以返回到固溶处理后(沾火当时)的软质状态。
这种现象称为回归。
例如,铝-4%铜合金进行常温时效,产生G.P区,如果再把它在200℃下加热1分钟左右,就恢复到淬火后的状态。
时效硬化的机理从位错理论来说,由于存在上述那样的析出质点,可根据位错运动妨害的程度情况来说明。
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、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。
热处理对铝合金的应力松弛和变形行为的调控铝合金是一种重要的结构材料,具有良好的强度、耐腐蚀性和导热性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
然而,铝合金在使用过程中会产生应力和变形,影响其性能和寿命。
为了解决这一问题,热处理技术被引入来调控铝合金的应力松弛和变形行为。
热处理是通过改变材料的微观结构和组织来改善其性能的一种方法。
常见的铝合金热处理方法包括固溶处理、时效处理和淬火处理。
固溶处理是将铝合金加热至高温,使固溶体中的合金元素均匀溶解,并通过快速冷却来维持其固溶状态。
时效处理是在固溶处理的基础上,将材料再次加热至较低温度,通过不同的时效时间使合金元素形成细小的沉淀物,从而提高材料的强度和硬度。
淬火处理则是将材料迅速冷却,使其形成马氏体结构,从而获得较高的强度。
通过热处理对铝合金的调控,可以实现对其应力松弛和变形行为的控制。
首先,固溶处理可以消除铝合金中的内应力,提高其力学性能。
在固溶处理过程中,高温使合金元素均匀溶解,消除了材料的晶格缺陷和堆垛错位,从而减小了材料的应力。
其次,在时效处理阶段,通过控制时效时间,可以使合金元素形成均匀细小的沉淀物。
这些沉淀物起到了增强材料的作用,有效阻碍了应力和变形的传播,提高了材料的耐久性。
最后,淬火处理可以形成马氏体结构,使材料具有更高的强度和硬度,从而减小了材料的变形和应力松弛。
除了常规的热处理方法外,还有其他一些方法可以用于调控铝合金的应力松弛和变形行为。
例如,采用多道次的热处理工艺可以更准确地控制材料的组织和性能。
同时,通过机械加工、电流脉冲处理等方法可以加速应力的释放和材料的变形,从而缩短热处理时间并提高效率。
此外,利用辅助材料如压敏胶、填充物等可以增加材料的表面张力和界面结合强度,提高其抗应力松弛性能。
综上所述,热处理是一种有效的方法来调控铝合金的应力松弛和变形行为。
通过固溶处理、时效处理和淬火处理等方法,可以改善铝合金的微观结构和组织,提高材料的力学性能,降低应力和变形。
铝棒均质炉在铸造铝棒的过程中,铝棒内部化学成分和组织有不均匀的现象,同时内部一般都存在着残余应力,为消除铸锭的残余应力,消除铸锭的化学成分和组织的不均匀,进而改善铸锭的压力加工工艺性以及制品的某些最终性能,这就一定要对铸锭进行均匀处理固溶热处理: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(绝大多数进行时效强化的合金,原始组织都是由一种固溶体和某些金属化合物所组成。
固溶体的溶解度随温度的上升而增大。
在时效处理前进行淬火,就是为了在加热时使尽量多的溶质溶入固溶体,随后在快速冷却中溶解度虽然下降,但过剩的溶质来不及从固溶体中分析出来,而形成过饱和固溶体。
为达到这一目的而进行的淬火常称为固溶热处理。
) 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。
铝中合金元素和杂质对性能的影响1 合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分平衡相图如图所示。
铝合金固溶时效热处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。
2、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、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。
4、影响时效的因素4.1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。
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。
(6)过时效 over-aging与获得最高力学性能(强度和硬度)的时效处理条件相比,由于时效温度过高或时间过长,平衡脱溶沉淀相与母相的共格或半共格联系被破坏,对位错运动的阻力减小。
特别是,随着沉淀相颗粒的长大、粗化及球形化,位错对其由切割变为绕过,而绕过引起的附加切应力与颗粒半径呈反比关系。
因此,过时效会使合金的强度和硬度降低。
每一温度下的时效对应一峰值硬度,温度越高,峰值硬度越低。
在一定温度下,时效时间适当时达到峰值硬度,时间过长也会使强度和硬度下降。
(7)最长时效古罗马时效制度的一种,产生于罗马帝国时代。
其主要内容是:占有人无论是否出于恶意占有他人土地满40年者有权拒绝所有人的追诉。
狄奥多西时代,诉讼时效减为30年,查士丁尼安当政时复减为20年,但特殊物品如寺院财物等其时效仍为40年。
(8)回归现象 reversion phenomenon将时效硬化处理的合金,放在远高于时效温度而低于固溶温度的某一温度下短时间回火,硬度和其他性能恢复到与刚淬火时差不多的现象,称为回归现象.一切时效硬化合金都有回归现象,尤以时效型铝合金的回归现象最典型.回归现象的本质是G.P.区或沉淀相的重新固溶.合金淬火后在室温下停留一段时间再进行人工时效,或者合金淬火后先进行塑性形变,再进行人工时效,常伴随着一定程度的回归现象.按照回归对合金沉淀机制的影响,回归可分为两类.第一类回归,即真回归.在这类回归中,合金中的G.P.区在等于或高于G.P.区溶线温度(solvus)下,短时间就分解了,G.P.区分解时,中间沉淀相不会同时形成,合金可恢复到刚淬火的单相状态.Al-Cu、Al-Zn二元合金的回归属此类.这类合金可用回归实验确定G.P.区溶线温度.第二类回归发生时,G.P.区的分解比第一类慢很多,在G.P.区完全分解的同时,中间沉淀相已开始形成,这意味着回归之后达不到完全回归的单相状态.Al-Ag 、Al-Zn-Mg、Al-Mg-Si合金的回归属此类.将合金进行回归处理后再时效,合金的硬度及其他性质的变化与淬火合金时效相似,只是时效硬化速率比淬火合金慢几个数量级.这是因为回归温度比淬火温度低得多,故过饱和空位少得多,使扩散不易进行所致.有人用回归和再时效的方法来改善Al-Zn-Mg系合金的抗应力腐蚀性能和综合性能.(9)形变时效 deformed aging与塑性变形相结合的时效方法。
由于变形能与相变能的共同作用,可达到形变强化与相变强化的综合效果。
该方法早在20世纪30年代就已出现,并已广泛用于工业生产。
形变时效可分为低温形变时效和高温形变时效。
(1)低温形变时效。
材料经淬火后,于室温下形变,然后进行时效处理。
由于时效前的冷变形,在合金中引入大量的位错,经时效处理后,基体发生回复形成亚晶组织,得到亚结构强化;而过饱和固溶体的脱溶过程却因冷变形而变得复杂,它与脱溶相的组成、淬火、变形以及时效等条件有关。
一般来说,由于合金组织中存在大量的位向混乱的位错,它们在晶内和晶界附近均匀分布。
这些位错的存在,有利于溶质原子的扩散,促使GP区数量的增加,也有利于脱溶相分布均匀,使材料的强度得以提高,对消除晶界无沉淀带也有良好的作用。
如果在淬火与冷变形之间再加一道预时效处理,则可加速冷变形后的脱溶过程。
有时为了改善材料的热稳定性,也可将冷变形改为温变形。
虽然低温形变时效可获得较高的抗拉强度和屈服强度,但材料的塑性却有所降低,对某些铝合金还可造成蠕变抗力的下降和各向异性。
(2)高温形变时效。
在热变形后直接淬火和时效。
该工艺不仅因淬火造成亚结构,以及随后时效时脱溶相的均匀分布,使材料的强度提高,而且还因晶粒碎化、晶界弯折和亚晶界被脱溶质点钉扎,而使材料具有较好的塑性和组织稳定性。
以上两种形变时效,以低温形变时效应用较广泛。
高温形变时效只在铝锌镁系合金中得到较好的应用。
但两种形变时效都必须满足如下基本要求,即淬火后基体不能发生再结晶,淬火后要获得高浓度的过饱和固溶体。
对淬火温度范围狭窄、不容易淬透的合金,形变时效方法的使用就受到限制。
(10)应变时效 strain age合金在变形时一种与屈服现象联系在一起的,使金属材料强度升高、塑性下降的行为。
显示低碳钢应变时效的应力—应变曲线如图所示,曲线a为退火低碳钢试样的应力—应变曲线;曲线b为该试样被拉伸至D点后卸载,然后又立即加载所测得的应力—应变曲线,由于前次加载时位错已摆脱了柯氏气团的钉扎,继续立即拉伸不出现明显的屈服台阶; 曲线c代表试样被拉伸到E点后卸载,并在室温搁置几天或在150℃时效几小时再拉伸所测得的应力—应变曲线,不但重新出现屈服台阶,而且上屈服点升高,这种现象称为应变时效。
重新出现屈服台阶是由于长期搁置或时效时碳、氮原子又偏聚到位错周围重新形成柯氏气团所致。
显示低碳钢应变时效的应力—应变曲线a—初始试验;b—卸载后立即再试验;c—卸载时效后再试验钢的应变时效主要是碳、氮溶质原子与刃型位错(见滑移)交互作用引起的,特别是氮,因为它在铁中的溶解度比碳的高。
螺型位错也可能与碳、氮原子交互作用,在塑性变形过程中,也可能发生应变时效。
这种时效称为动态应变时效。
碳钢在200~300℃时的蓝脆现象即与此种应变时效有关。
应变时效一般只发生在一定的温度范围内,但铝镁合金在室温时即可出现这种现象。
镁原子在室温下的扩散较慢,但由于变形过程中产生了许多空位,加快了镁原子的扩散,因而在室温就出现动态应变时效。
应变时效可使冲压工件表面产生吕德斯带,增大了粗糙度。
为了避免这种现象可采取如下措施:加入少量铝、钒、钛、硼、铌等元素,以形成稳定的碳化物与氮化物,将碳、氮固定,可消除或减轻屈服点现象和应变时效;在拉延前,对板材进行比屈服伸长稍大的冷轧变形(变形率0.5%~2%),使位错摆脱柯氏气团的钉扎而后尽快进行冲压,即可避免应变时效所导致的后果; 对于低碳钢板,中间停置时间不应超过24h。
(11)铝合金时效 aluminum alloy aging可热处理强化铝合金淬火后停放在室温或较高温度下以提高性能的方法。
这是铝合金热处理常用的方法之一。
室温下进行的时效称“自然时效”,在高于室温下进行的时效称“人工时效”。
时效处理是提高铝合金力学性能和改善理化性能的重要手段。
时效硬化现象最先由德国学者维尔姆(A.Wilm)于1906年在研究铝-铜-镁系硬铝合金时发现,之后在其他铝合金系中也发现了这种现象。
1938年,法国学者纪尼埃(A.Guinier)和比利时学者普雷斯顿(G.D.Preston)各自独立地阐明了铝合金的时效硬化是由溶质原子形成的富集区(G.P.区)所致。
其后,人们对铝合金的时效行为进行了大量的研究。
在采用电子显微镜直接观察时效的微观结构变化后,对铝合金时效本质有了更加深入的了解。
可热处理强化铝合金,淬火后形成过饱和固溶体,在室温或稍高温度中加热能发生分解,其过程通常包括G.P.区、亚稳定相(铝铜系合金用θ″和θ′表示,铝铜镁系合金用S″和S′表示,铝镁硅系合金用β″和β′表示,铝锌镁系和铝锌镁铜系合金用η″和η′表示)和稳定相(θ,S,β,η,T)三个阶段。
G.P.区是与铝基体完全共格的,亚稳定相与铝基体部分共格,稳定相与铝基体非共格。
共格或部分共格都能引起铝基体晶格的畸变,因而导致铝合金硬度和强度的升高以及其他性能的变化。
当析出非共格的稳定相时,合金即开始“软化”,强度降低。
不同系的铝合金,从G.P.区到亚稳定相再到稳定相的具体析出顺序是不同的。