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材料科学与工程基础实验下中原工学院材料加工工程系授课班级：材控 08（1）（2）主讲教师 徐向俊指导教师：徐向俊 刘英 刘红艳17实验一 钢的火花鉴别实验目的初步了解碳极其合金元素对钢的火花束颜色及形状的影响；通过与标准钢号试样比较鉴定未知试样的钢号。实验原理钢的火花鉴别系根据钢块与快速转动砂轮接触时产生之火花束粗略判定钢的化学成分的方法。生产实践中采用与标准钢样比较或对已知的几种钢号进行区分鉴别。1 火花形状钢于一定转速砂轮上磨削时发射出的火花束分为三个部分：根部火花、中部火花和尾部火花。火花束是由流线、节点、爆花和尾花等组成。流线指火花束中线条状的长的亮线，有直线，断续流线和波浪流线。钨钢、铬钢和高合金钢以及灰口铸铁等都有断续流线形式，其色呈暗红或暗橙色。波浪流线不常见，有时仅于火花束中夹杂一、两条。节点指在爆花附近的流线上明亮而又稍粗的亮点，其温度较流线高。爆花指在流线上某一点由于铁末微粒爆裂而产生的火花。爆花分布于流线上，以节点为核心，是碳元素专有的火花特征。由于爆花形式与碳含量和合金含量、温度、氧化性以及钢的组织等有关，固爆花的形式在鉴别钢的火花中占有重要地位。爆花爆裂产生的若干聚集的短流线称为芒线。只有一次爆裂的芒线称为一次爆花；在一次爆花的芒线上又一次出现爆裂时的爆花称为二次爆花。在二次爆花之芒线上再一次出现爆裂称为三次爆花；三次以上的爆花称为多次爆花。尾花是于流线尾部末端所呈现出的特殊形式火花的统称，有狐尾花和枪尖尾花之分。狐尾花是钢中含有W的火花特征，其长度随W含量的增加而递减。枪尾花一般是钢种含有Mo元素的特征。但碳钢、镍钢、锰钢和铬钢的火花中也有时能看到。当Mo含量增加到一定限度后，枪尖尾花也会消失，其消失不仅受C和Mo的影响，而且也受其他元素的影响。2 火花形成的原因钢经高速旋转砂轮磨削，被削成屑状颗粒并沿砂轮旋转切线方向抛射出来。具有一定温度之钢屑颗粒在运行中与空气相摩擦并与氧气激烈反应使之温度升高，甚至达到钢的熔化温度。这些高温颗粒在空间运行的轨迹就是火花的流线。在运行中与空气中的氧反应形成一层氧化亚铁薄膜，由于钢颗粒中含有C元素，在高温下C与氧结合生产CO，于是氧化亚铁的铁又被铁还原，被还原的铁再次被氧化，再次又被还原，这种反应多次重复，使钢粒内部聚集了相当多的CO气体，当CO的压力足够冲破钢表面氧化膜约束时，CO将粉碎这层氧化膜而迸射出来，这就发生爆裂。爆裂时高温钢粒飞溅，这就形成爆花。钢粒经一次爆裂后，若碎片中仍有未参加反应之Fe和C，在运行过程中仍将继续上述反应，于是产生二次、三次爆花。流线和爆花的色泽与钢的化学成分有关，与导热性有关。火花的色泽（亮度）标志钢颗粒运行时具有的温度。温度越高，火花越明亮。3 一些常有钢材的火花鉴别钨 钨是强烈的抑制爆裂元素，钨在钢中存在会使火束呈暗红色，细化流线，而爆裂几乎不发生。狐尾尾花是钨的特征。钼 钼也是强烈的抑制爆裂元素，能细化芒线和加深火花色泽。枪尖尾花是钼的特征。铬 铬对火花的影响比较复杂，低铬使火花束色泽明亮，高铬能使芒线消失。钒 钒尽管是助长爆裂的元素，在高速钢种占得比例较小，又受到W、Mo、Cr的影响，因此起不到爆裂的作用。20钢的火花形态火花束稍长，流线粗、数量多，尾部有不明显的枪尖下垂，爆花多分为一次爆花，有时产生二次爆花。火花束呈草黄带微红色，尾部为暗红色。45钢整个火花束较短，流线多而乱，流线较细，尾部有分叉下垂现象。爆花呈多根分叉三次爆花树枝状花，呈大星形，爆裂强度较大，花的张角较大，花的间距清晰，爆花位置都在尾部和中部，芒线多而乱，有花粉。火花束呈黄白明亮色。碳素工具钢属于高碳钢，一般含碳量在0.71.2%之间。火花形态及特征都较相似，一般不好区别。碳素钢火花形态及其特征归纳如下：（1） 从火花束长度看，火花束随含碳量增加而变短。（2） 从流线看，随含碳量增多，流线数量增多而细短，比较挺直，流线尾部有枪尖。（3） 从爆花形式看，随碳含量增多，爆花为树枝状开叉，数量增多，在整个火花束上都有爆花，并有许多小碎花和花粉。芒线细短，射力强。（4） 从火花色泽看，随碳含量增加，色泽趋于橙红色，发白亮，火花束根部色泽暗红。GCr15钢的火花形态GCr15钢的火花束较短而散乱，流线喷射力强。爆花比较紧密，一般是多层树枝状爆裂花型较小，有少量似桃心状爆花，芒线多而细，有许多花粉。整体火焰束是橙红色，局部是橙黄色。 Cr12MoV 火花形态Cr12MoV 火花束细而短，打磨时需要较大点压力，在流线根部有断续流线产生，火花为三次爆花并有多层复花，有许多小碎花和花粉，爆花的芒线细短。枪尖尾。色泽暗红。3Cr2W8V 火花形态3Cr2W8V 火花束流线细，有许多断续流线，在流线中部分流线有短狐尾状尾花，并在狐尾花中央有较明亮的膨胀苞花，这是含V元素的特征。有一、二根分叉的一次爆花，花型为星状，这是铬元素的特征。火花束中爆花稍亮，狐尾状花暗红色。CrWMn钢的火花形态火花束扇面较大，在火花束根部断续流线多。流线细而多。在流线尾部出现较活波的长狐尾花。有少量树枝状爆花，芒线细而长，有少量花粉。火花束较暗红，尾花稍明亮。W18Cr4V火花特征W18Cr4V火花束较短，流线较细，有许多断续状和波纹状流线。有很高的W元素，强烈地抑制火花产生，在整个流线中几乎不产生爆花，只是在部分流线的尾部产生玉兰花形的单瓣尾花和狐尾尾花。整个火花为深红色，根部较暗，尾部较亮。实验过程将有明确标记的20、45、T12、W18Cr4V、3Cr2W8V、CrWMn、Cr12MoV钢种分为三组交给学生在砂轮上打磨，仔细观察和记录各种材料的火花特征。然后再用包括上述牌号的没有标记的材料让学生辨认。实验报告要求1叙述实验原理2描述各种材料的火花特征并绘出草图。实验二 DCS测定铝合金相变点实验目的1了解热分析技术的原理与作用2学会DSC设备的操作3测定铝合金2219的相变点，为以后做固溶处理做准备。实验原理热分析是在控制程序温度下，测量物质（或其反应生产物）的物理性质与温度（或时间）的关系的一类技术。热分析的技术基础在于通过加热或者冷却过程中，随着其物理状态或化学状态的变化，通常伴有的热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）或其他性质（如质量、力学性质、电阻）等的变化，因而通过对某些性质（参数）的测定可以分析研究物质的物理变化或化学变化过程。在主要的热分析技术中，具有代表性的主要有三种。差热分析法（DTA）、差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG）。本实验主要用差示扫描量热法（DSC）测2219铝合金的相变点。差示扫描量热法指按照一定程序控制试样和参比物的温度变化，并将输入给两物质的热流差作为温度的函数进行测量的技术。这种方法主要针对热分析法间接以温差变化表示物质物理或者化学变化中的热量变化，难以定量分析而发展出来的一种热分析方法。目前有两种差示扫描量热法，即功率补偿式差示扫描量热法和热电流式差示扫描量热法。热电流式差示扫描量热仪是外加热式，如图所示。采取外加热的方式使均温块受热，然后通过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯，试样杯的温度由镍铬丝和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测，参比杯的温度由镍铬丝和康铜丝组成的热电偶检测。检测的是温差反映试样热量的变化。 根据热学原理，温差的大小等于单位时间试样热量变化和试样的热量向外传递所受阻力R的乘积。，式中R和热传导系数与热辐射、热容等有关，且强烈依赖于试验条件和温度，因此是一个很不确定的量，它反应热量但不一定和热量成正比。这是DSC定量性不良的症结所在。解决的办法，一是采用灵敏度高的热电偶对试样和参比物的温度精确地测量；二是采用高导热率材料制成的圆盘把热流快速均匀地传给试样和参比物，三是对热阻进行温度校正，即所谓的多点校正。在测试的温度范围内，随温度不断升高，获得热阻与温度的非线性关系，以不断修正的R值作为常数，就能按照热流公式将检测的转化为能量。差示扫描量热法的试验结果为差示扫描量热曲线（DSC）曲线，以热流率（dH/dt）为纵坐标，以时间（t）为横坐标，即dH/dt-t曲线。曲线离开基线的位移代表样品吸热或者放热的速率，曲线中峰或者谷所包围的面积表示热量的变化，通过DSC法可以直接测量样品在发生物理化学变化时的热效应。在DSC试验中样品发生热量的变化除了传导到温度传感装置（热电偶、热敏电阻等）实现样品或参比物热量补偿外，尚有部分热量传递给温度传感装置以外的地方，因此曲线上的吸热和放热峰只反映了一部分热量，真实热量需要修正后才能得到。在实验中还需考虑下列因素：（1）样品量适中。样品量少，样品的分辨力高，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，通常为35mg。另一方面，样品量多少对所测转变温度有影响，随样品量增加，峰起点温度基本不变，但峰顶温度和结束温度增加。因此同样样品要比较其差异，用同样的量为好。（2）升温速率。通常升温速率范围在520C/min。一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。（3）气氛。一般使用惰性气体就不会产生氧化反应峰，同时又可减少试样挥发对设备的腐蚀。气流流速必须恒定，否则会引起基线波动。实验方法将学生分成两组，分别进行基本原理的讲解和铝合金2219的相变点的测定。首先取铝合金2219为检测物，其主要成分（）如下表所示，然后用瑞士METTLER TOLEDO生产的DSC822e差示扫描量热仪按下列步骤进行实验。元素CuMnVTiZrFe重量百分数6.160.250.0930.0460.130.151、 打开计算机和DSC仪器。2、 打开气体，一般流速调为80 ml/min3、称量510毫克的样品放入坩埚中，并将其密封，再将样品坩埚放在DSC传感器的左边坩埚位置上（右边放参比坩埚）4、输入用户名和密码进入“Windows 2000”操作系统。5、点击“File”“New Method”“Add Dyn”输入起始温度、终止温度和加热速率，加热速率一般调至10-20 /min。6、点击“Save”命名样品名称“Name”，点“OK”给本条件命名。7、给样品命名“sample name”后,点击“Send Experiment”。8、点击左上方的“EXP PAN(METTLER)”即出现图形。9、点击“View”中的“online curve”“Tem”，可将横坐标的“min” 改为“0oC”，到下方“红条”变“绿条”时，点击“OK”即可。10实验结束后点“OK”。11输出数据“Functions”“Evalution window”“File”“open curve”即出现该图再点击“File”“Import /Export”最下边 的“Export other Format”在“Save as type”里可以两种方式保 存：“Text”“Tagged-Image File Format”,即可以文本和图形 两种方式保存。12关闭窗口，退出STAR软件，在主菜单栏上选择“ System/Exit”, 点击“ Yes”即可。13、关闭计算机、冷却设备和DSC主机（注意：必须在DSC主机 的炉温低于300时才能关闭主机）实验报告要求1叙述实验原理2分析DSC曲线实验三 显微硬度计的使用实验目的了解显微硬度计的作用计工作原理学会显微硬度计的操作方法实验基本原理维氏硬度测定的原理与方法基本上与布氏硬度的相同。根据单位压痕表面积上所承受的压力来定义硬度值。测定维氏硬度所用的金刚石压头为金刚石制成的四方角锥体，两相对面间的夹角为136，所加的载荷较小。已知载荷P，测得压痕两对角线长度后取平均值d，计算维氏硬度值，单位为（一般不表记）载荷P为5kgf、10 kgf、20 kgf、30 kgf、50 kgf、100 kgf六种。维氏硬度测试采用了四方角锥体压头，各种载荷作用下所得到的压痕几何相似，载荷大小任意选择，所得硬度值均相同。不受布氏法那种载荷P和压头D的规定条件约束，测量范围较广，软硬材料都可测。材料的硬度小于450HV时维氏硬度值和布氏硬度值大致相同。显微维氏硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验，其测试原理与维氏硬度相同，仍用HV表示。测试载荷小，载荷与压痕之间的关系不一定像维氏硬度试验符合几何相似原理，必须注明载荷大小，以便比较。显微硬度计由试验机主题、工作台、升降螺丝、加载系统、软件显示操作面板。高倍率光学测量系统组。实验方法1基本操作步骤进行显微硬度试验时，先打开电源开关，将标准试块或测量试样放在试样台上，旋转旋轮使试样台上升，眼睛接近测微目镜观测，当试块或试样离目镜下端23mm时，目镜试场中央出现亮斑，说明聚焦面即将到来，此时应缓慢微量上升，只至在目镜中观察到试块或试样的清晰图象，聚焦过程完成。然后通过移动试样台上的丝杠找到自己要测的组织。按下START键，此时加试验力，（LOADING）LED指示灯亮。试验力施加完毕时，（DWELL）LED灯亮，LCT屏上T按所选定时间倒计时，延时时间到，试验力卸除，卸力指示（NULOADING）LED亮。等转换到显微镜头的时候，可以在目镜中测量压痕对角线长度。在测量前，先将测微目镜右面的鼓轮顺时针旋转，使目镜内两刻线边缘相近移动。当两刻线相近时，透光缝隙逐渐减少，当两刻线间处于无光隙的临近状态时，按下ZERO键清零。先转动左侧鼓轮，使左边刻线对准压痕一角，再转动右侧鼓轮，使右侧刻线对准压痕另一角。然后按下测目镜右侧的小按钮，使压痕在测目镜中移动90，用上述方法测另一对角线长度，测目镜右侧的小按钮，HV值同时显示仪器面板上。2 将学生分成三组，用一些进行操作练习实验报告要求1 叙述显微硬度计的应用范围和试验原理2 对测得的试样的硬度进行分析，估计其含碳量。3 查阅相关文献，写出布氏、维氏和洛氏硬度之间的换算关系的一些基本规律。实验四、五 非自耗真空电弧炉的使用实验目的1熟悉非自耗真空电弧炉的作用、原理和构造2学会非真空自耗电弧炉的操作方法实验原理新合金系的设计和制备需要首先进行小试样的尝试，来探索合金的熔炼性能和所制备合金的组织和性能的分析，从而为合金的制备工艺、合金的组织、性能及其相互关系提供可靠的指导，从而为中试乃至最终的生产做出扎实的基础工作。非真空电弧熔炼使一种特种冶金。所谓特种冶金，通常指除用于大生产的转炉、电弧炉和感应炉之外的，为了提高质量或冶炼在大气条件下不易熔炼的含有大量活泼金属的钢种或合金的冶炼方法。这种冶炼方法在难熔金属、活泼金属、高温合金、特殊钢等和试验中占据重要的主导地位。WKDHL型非自耗真空电弧炉是由炉体、上电极、下电极及升降机构、真空系统及电源系统等组成。真空系统采用二级泵，即油扩散泵和机械泵，机械泵上设有电磁放气阀避免停电后返油。真空机组上设有水冷挡板、放气阀及充气阀，最高真空度可以达到10-3Pa。 炉体采用双层水冷结构，内层为不锈钢，外层为钢板焊接而成，下电极装有七个坩埚，移动上电极可选择进行熔化，下电极可上下移动并可移出，装取料方便，炉正面设有一个观察窗用来操作引弧，观察窗上装有墨色玻璃保护操作者眼睛。图 WKDHL型非自耗真空电弧炉可以在高纯氩气的保护下熔炼各种合金、制备复合材料，还可以将所熔炼的合金或复合材料浇注成所需要的形状。主要适用于在真空或保护气体条件下对少量（数十克至上百克）贵金属或合金材料进行熔化和制备。实验器材 WKDHL型非自耗真空电弧炉1台、铁或其他合金小块（小于333mm）12组，脱脂棉1包，酒精1瓶，120砂布5张实验分组将学生分成三组，分别进行钢材的重新熔炼，从而掌握合金熔炼的方法。实验步骤及注意事项实验步骤(一)预抽前级真空1. 接通控制柜总电源2关好炉体抽气阀（在炉体右侧），开“机械泵”，推进三通阀杆，开扩散泵蝶阀，打开热偶真空计测量低真空，抽到610-2Torr(5Pa)3开扩散泵冷却水，开“扩散泵“（接通扩散泵炉丝电源），拉出三通阀杆，关好扩散泵蝶阀，将扩散泵预热30分钟至1小时。（二） 装料：扩散泵预热的同时，可以进行装料。1 打开样品室，清洗炉体、坩埚、电极和机械手。2 装料。3 关门，拧紧样品室四个密封旋钮。（三）对样品室（真空室）抽真空4 拉出三通阀杆，缓慢打开炉体阀，对样品室抽气。达到低真空（P0.1大气压）后，全部打开炉体阀（如突然打开，由于抽气量太大，会导致机械泵喷油），并再一次旋紧样品室四个密封旋钮，若真空上不去，检查以下事项：1）样口室充气阀（位于炉体左边）是否关严；2）样品室四个密封旋钮是否拧紧；3）机械手活动部分是否漏气；4）样品室门上的密封圈上是否有异物。5 当低真空达到510-3Torr（510-1Pa）后，推进三通阀杆，开扩散泵蝶阀，对真空室抽高真空。真空达到110-1Pa时，打开电离规管测试开关，测高真空。测高真空时，可先使用去气开关进行去气，测定后要随时关闭电离规管开关。（四）用氩气清洗真空室1当真空度达到510-5Torr）510-3Pa）后，关炉体阀，拉出三通阀杆，关扩散泵蝶阀。2打开充气阀（在炉体左边）对样品室充氩气清洗。达到一个大气压后，关闭充气阀。 3.缓慢打开炉体阀门 4.重复三中1、2步骤5.必要时可按本项中1-4重复清洗多次。（五） 熔炼合金1关炉体阀，拉出三通杆，关扩散泵蝶阀2打开充气阀，对真空室充氩气至约1.1大气压，关好充气阀。3开“电极”冷却水，开控制器柜面板上的“水压开关”，检查冷却水流量。检查直流电源和电流调节器两者的电流选择是否一致（小档、大档）。4将机械手提高、远离电极杆和坩埚及极头部分，防止短路。5打开远控开关（ON），接通直流电源。6旋转遥控开关的电流调节器，将电流调至10-50A，在样品室内坩埚上的钨电极上起弧。7将置于中心坩埚内的钛锭熔炼12分钟，以吸附样品室内残存的氧气。8逐一熔炼六个坩埚中的样品，当极头从一个坩埚上方移至邻近的另一个坩埚上方时，要先提升极头以防止接触坩埚边沿造成短路，而且移动极头之前要减小电流从防损坏坩埚之间的连接部分。9熔炼完一遍后，将熔炼电流减小至零，关闭遥控开关（OFF）。10利用机械手和电极头将样品翻转。11每个样品一般要熔炼34次，每次熔炼的时间视样品成分和重量而定，一般为2030秒。每熔炼一遍后，若需要可重复本项中410步骤。（六） 取出样品6 熔炼结束后冷却约15分钟，慢慢打开炉体阀，待样品室内真空度低于1个大气压后关闭炉体阀。这样可以较容易地旋开样品室门上四个旋钮。7 打开样品室门，取出样品。8 清洗样品室内壁、坩埚、极头和机械手。9 若再次熔炼，可重新装入样品，重复第二、三、四、五、六各项。（七） 结束1在完成第六项中14项或第七项以后，关电极冷却水。2推进三通阀杆，抽走扩散泵中油蒸汽。3大约一小时后关机械泵。4待扩散泵炉体底盘冷却后（用手可摸）关扩散泵冷却水。5关总电源。注意事项1.机组在使用过程中必须特别注意清洁，应尽可能避免内部污染，不工作时应将内部抽成真空；2每次熔炼之前，必须把坩埚表面和真空室用酒精或石油醚清洗干净，否则有可能导致金属合金表面起反应而改变合金成份比例。3.低真空在5Pa以下时方可打开扩散泵并预热；4.机组真空度低于3Pa时方可打开扩散泵抽高真空；5.取料后应立即清洗炉体，不用时应抽至低真空；6.断电时立即切断真空测量并关高真空蝶阀、电源并打开备用水。7.充入保护气体（氩气）应是高纯的，充入氩气之前，其真空度应在310-5（乇）以上。8.钨极头必须保持洁净，不能有其它金属粘在上面，否则以上问题都会造成熔炼合金污染。实验报告要求1叙述实验设备的工作原理2写出实验的操过步骤实验五七 铝合金的时效实验实验目的1培养学生基础实验综合应用能力，熟悉各种基础实验的操作方法2 学习铝合金热处理的知识，培养学生持久工作的精神3 通过试验，找出铝合金2219的时效工艺参数实验原理（一）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。（二）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46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100200）内发生，称人工时效。 （三）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Al4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图31铝铜系富铝部分的二元相图，在548进行共晶转变L（Al2Cu）。铜在相中的极限溶解度5.65（548），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05。 （四）在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 1形成溶质原子偏聚区GP（）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GP（）区。GP（）区与基体保持共格关系，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。 2 GP区有序化形成GP（）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GP（）区。它与基体仍保持共格关系，但尺寸较GP（）区大。它可视为中间过渡相，常用”表示。它比GP（）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，”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3形成过渡相 随着时效过程的进一步发展，铜原子在GP（）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相。由于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。4形成稳定的相 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，称为相此时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，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”。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GP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31。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GP（）区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时间不同，亦不完全依次经历时效全过程，例如有的合金在自然时效时只进行到GP（）区至GP（）区即告终了。在人工时效，若时效温度过高，则可以不经过GP区，而直接从过饱和固溶体中析出过渡相，合计时效进行的程度，直接关系到时效后合金的结构和性能。 （五）影响时效的因素 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AlMgSi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。如ZL101铸造铝合金，淬火后在室温下停留一天后再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低1020Mpa，但塑性要比立刻进行时效的铝合金有所提高。 2合金化学成分的影响 一种合金能否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝硅、铝锰、铝镁、铝锌通常都不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝铜合金，及三元合金或多元合金，如铝镁硅、铝铜镁硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处理进行强化。 3合金的固溶处理工艺影响 为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度高些，保温时间长些，有利于获得最大过饱和度的均匀固溶