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铝合金的时效强化

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铝合金的时效强化

发布日期:2022-06-22 08:32 来源:http://www.kswdjs.cn 点击:

铝合金锻造淬火后铝合金的强度和硬度随时间显著增加的现象称为时效,也称铝合金时效硬化。这是强化铝合金的重要方法之一。


根据定义,铝合金时效强化的前提首先是淬火获得饱和单相组织。在快淬得到的固溶体中,不仅溶质原子过饱和,空位(晶体点缺陷)也过饱和,即处于双重过饱和状态。以Al -4%Cu合金为例,固溶处理后,过饱和α固溶体的化学成分为合金的化学成分,即固溶体中的钢含量为4%。根据Al-Cu相图可知,室温平衡时α固溶体的铜含量仅为0.5%,因此有3.5%的Cu过饱和溶解在α相中。当温度接近纯铝熔点时,空位浓度接近10-3个数量级,而在室温时,空位浓度为10-11个数量级,两者相差10-8个数量级。根据研究;铝合金固溶处理温度越高,处理后的过饱和度越大,时效后的时效强化效果越大。因此,固溶处理温度选择的原则是:在保证合金不糊的前提下,尽可能提高固溶处理温度。


铝合金锻造固溶处理后的铝铜合金在室温或一定温度下放置时,发生时效过程。这个过程实质上是第二相Al2Cu从过饱和固溶体中析出。这个过程是通过成型和生长进行的,是扩散型固相转变。按以下顺序进行:A →G.P区→ θ′′′相→θ′相→θ相。


铝合金锻造G.p区是指溶质原子富集区,对于Al-Cu合金,是指铜富集区。铝合金的G.P区是由铜原子在(100)晶面上偏析或聚集形成的,呈圆形。它没有完整的晶体结构,与母相共格。200℃时,不再形成G.P .区。室温下的老化G.P区很小,直径约为50A,密度为1014-1015/mm3,距离为20-40?。在30℃时效15小时后,G.P .区直径增大到90?,厚度4-6?。温度越高,G.P .区的数量越少。它会在晶面上引起弹性应变。随着时效温度或时效时间的增加,θ′′′′相增多,G.P区直径迅速增大,铜和铝原子逐渐形成规则排列,即方形有序结构。θ′′′′′′过渡相附近的弹性共格应力场或晶格畸变面积大于G.P区产生的应力场,因此θ′′′′′′′相产生的时效强化效应大于G.P区。θ′相是指当时效时间或温度持续增加时,θ′相转变成θ′相。θ′相属于四方结构,θ′在(001)面上与基体铝共格。在Z轴方向,由于大的失配,部分破坏了(001)和(100)面上的相干关系。θ相为平衡相,θ相的成分为Al2Cu,为四方有序结构。由于θ相与母相完全分离,完全失去了与基体的共格关系,应力场明显减弱。这意味着合金的硬度和强度显著降低。

铝合金锻造

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