了解鋁合金時效強(qiáng)化的概念及過程
經(jīng)淬火后的鋁合金強(qiáng)度、硬度隨著時間增加而發(fā)生顯著提高的現(xiàn)象稱之為時效，也稱鋁合金的時效硬化。這是鋁合金強(qiáng)化的重要方法之一。
由定義可知，鋁合金時效強(qiáng)化的前提，先是進(jìn)行淬火，獲得飽和單相組織。在快冷淬火獲得的固溶體，不但溶質(zhì)原子是過飽和的，而且空位(晶體點缺陷)也是過飽和的，即處于雙重過飽和狀態(tài)。以Al -4%Cu合金為例，固溶處理后，過飽和α固溶體的化學(xué)成分就是合金的化學(xué)成分，即固溶體中鋼含量為4%。由Al-Cu 相圖可知，在室溫平衡態(tài)下，α固溶體的含銅量為0.5%，故3.5%Cu過飽和固溶于α相中。當(dāng)溫度接近純鋁熔點時，空位濃度接近10-3數(shù)量級，而在常溫下，空位濃度為10-11數(shù)量級，二者相差10-8級。經(jīng)研究可知；鋁合金固溶處理溫度越高，處理后過飽和程度也越大，經(jīng)時效后產(chǎn)生的時效強(qiáng)化效果也越大。因此固溶處理溫度選擇原則是：在合金不過燒的前提下，固溶處理溫度盡可能增加。
固溶處理后的鋁銅合金，在室溫或某一溫度下放置時，發(fā)生時效過程。此過程實質(zhì)上是Al2Cu從過飽和固溶體中沉淀的過程。這種過程是通過成型和長大進(jìn)行的，是一種擴(kuò)散型的固態(tài)相變。它依下列順序進(jìn)行：a過→G.P區(qū)→θ’’相→θ’相→θ相
G.P區(qū)就是指富溶質(zhì)原子區(qū)，對Al-Cu合金而言，就是富銅區(qū)。鋁鋼合金的G.P區(qū)是銅原子在(100)晶面上偏聚或從聚而成的，呈圓片狀。它沒有完整的晶體結(jié)構(gòu)，與母相共格。200℃不生成G.P 區(qū)。溫度再高，G.P區(qū)數(shù)目開始減少。它可以在晶面處引起彈性應(yīng)變。
θ’’相是隨時效溫度升高或時效時間增加，G.P區(qū)直徑增加，且銅、鋁原子逐漸形成規(guī)則排列，即正方有序結(jié)構(gòu)。在θ’’過渡相附近造成的彈性共格應(yīng)力場或點陣畸變區(qū)都大于G.P區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力場，所以θ’’相產(chǎn)生的時效強(qiáng)化效果大于G.P區(qū)的強(qiáng)化作用。θ’相是指當(dāng)繼續(xù)增加時效時間或時效溫度，θ’’相轉(zhuǎn)變成為θ’相。θ’相屬正方結(jié)構(gòu)，θ’在(001)面上與基體鋁共格，在z軸方向由于錯配度過大，在(001)和(100)面上共格關(guān)系遭到部分破壞。θ相是平衡相，θ相的成分是Al2Cu，為正方有序結(jié)構(gòu)。由于θ相脫離了母相，喪失了與基體的共格關(guān)系，引起應(yīng)力場顯著減弱。這也就意味著合金的硬度和強(qiáng)度下降。
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