铝合金热处理-时效.doc

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52014，6061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。表5示出了主要形成G.P区的低温时效和主要形成中间迁移相的高温时效的区别、它们的机理及与它们有关的事项。为了获得最高的强度，只要使位错不剪断的刚性率大的中间相能够均匀细化，它就会大量的分散。在实用的时效合金中，尤其是在低温即室温下时效硬化的合金中，低温时效成为第一阶段时效，继续进行高温时效时，高温时效成为第二阶段时效。在一般的时效过程中，第一阶段时效温度和第二阶段的时效温度有差别时，称为两阶段时效。如果所有的材料用两阶段时效的方法能够改善机械性能，那么利用时效的优点也可显著地减少工时，但是从用两阶段时效改善性能来看，由于这种方法不平常，因而变成了麻烦。实用时效铝合金中易受这样影响的有铝-锌-镁系合金及铝-镁-硅系合金。铝-锌-镁系合金固溶热处理温度低，不但淬火时的冷却速度对强度影响小，而且在室温下强度恢复的效果也良好，因此作为焊接结构材料得到广泛应用。然而在比室温还高的温度下进行时效时，固溶热处理淬火后立即进行高温时效莫如在室温下放置3-7日后进行时效获得的强度更高。图7示出7N01合金的一个例子。 图77N01合金在室温下预备时效的效果此外，铝-镁-硅合金如图8所示，Mg2Si含量在某些程度以上时淬火后立即在高温下时效比淬火后在室温下放置，然后又在高温下时效的强度高，但是Mg2Si含量0.9%以下的合金进行预时效，强度良好。6061合金不在室温下进行预处理较好，而对6063合金最近考虑其挤压性，Mg2Si含量比较少时，与铝-锌-镁系合金相同，挤压后在室温下时效比其后在高温下时效有着较高硬化。 图8铝-镁-硅系合金的组成和预时效的作用(160，16小时时效)热处理后经过淬火的材料由于存在过饱和固溶体所以呈不稳定状态，在常温或比常温稍高的温度下溶质原子析出，向平衡状态变化。伴随这过程，可热处理合金时效产生硬化，所以称为时效硬化处理。在常温或常温以上的温度区分自然时效和人工时效，后者也称为回火。一般在析出过程的初期(G.P区析出)或中间(中间相析出)时期强度最高。析出进一步进行时到强度下降变成过时效为止。时效处理温度根据合金而不同，2017，2024等在常温下放置能充分硬化(进行充分时相