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了解铝合金时效强化的概念及过程

  经淬火后的铝合金强度、硬度随着时间增加而发生显着提高的现象称之为时效,也称铝合金的时效硬化。这是铝合金强化的重要方法之一。
  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。
  固溶处理后的铝铜合金,在室温或某一温度下放置时,发生时效过程。此过程实质上是Al2Cu从过饱和固溶体中沉淀的过程。这种过程是通过成型和长大进行的,是一种扩散型的固态相变。它依下列顺序进行:a过→G.P区→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’’相是随时效温度升高或时效时间增加,G.P区直径增加,且铜、铝原子逐渐形成规则排列,即正方有序结构。在θ’’过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场,所以θ’’相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。θ’相是指当继续增加时效时间或时效温度,θ’’相转变成为θ’相。θ’相属正方结构,θ’在(001)面上与基体铝共格,在z轴方向由于错配度过大,在(001)和(100)面上共格关系遭到部分破坏。θ相是平衡相,θ相的成分是Al2Cu,为正方有序结构。由于θ相脱离了母相,丧失了与基体的共格关系,引起应力场显着减弱。这也就意味着合金的硬度和强度下降。
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