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了解鋁合金時效強化的概念及過程

  經淬火後的鋁合金強度、硬度隨著時間增加而發生顯著提高的現象稱之爲時效,也稱鋁合金的時效硬化。這是鋁合金強化的重要方法之一。
  由定义可知,铝合金时效强化的前提,先是进行淬火,获得饱和单相组织。在快冷淬火获得的固溶体,不但溶质原子是过饱和的,而且空位(晶体点缺陷)也是过饱和的,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固溶体的化学成分就是合金的化学成分,即固溶体中钢含量为4%。由Al-Cu 相图可知,在室温平衡态下,α固溶体的含铜量为0.5%,故3.5%Cu过饱和固溶于α相中。当温度接近纯铝熔点时,空位浓度接近10-3数量级,而在常温下,空位浓度为10-11数量级,二者相差10-8级。经研究可知;铝合金固溶处理温度越高,处理后过饱和程度也越大,经时效后产生的时效强化效果也越大。因此固溶处理温度选择原则是:在合金不过烧的前提下,固溶处理温度尽可能增加。
  固溶處理後的鋁銅合金,在室溫或某一溫度下放置時,發生時效過程。此過程實質上是Al2Cu從過飽和固溶體中沈澱的過程。這種過程是通過成型和長大進行的,是一種擴散型的固態相變。它依下列順序進行:a過→G.P區→θ’’相→θ’相→θ相
  G.P区就是指富溶质原子区,对Al-Cu合金而言,就是富铜区。铝钢合金的G.P区是铜原子在(100)晶面上偏聚或从聚而成的,呈圆片状。它没有完整的晶体结构,与母相共格。200℃不生成G.P 区。温度再高,G.P区数目开始减少。它可以在晶面处引起弹性应变。  
  θ’’相是隨時效溫度升高或時效時間增加,G.P區直徑增加,且銅、鋁原子逐漸形成規則排列,即正方有序結構。在θ’’過渡相附近造成的彈性共格應力場或點陣畸變區都大于G.P區産生的應力場,所以θ’’相産生的時效強化效果大于G.P區的強化作用。θ’相是指當繼續增加時效時間或時效溫度,θ’’相轉變成爲θ’相。θ’相屬正方結構,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)面上共格關系遭到部分破壞。θ相是平衡相,θ相的成分是Al2Cu,爲正方有序結構。由于θ相脫離了母相,喪失了與基體的共格關系,引起應力場顯著減弱。這也就意味著合金的硬度和強度下降。
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