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了解鋁合金時效強化的概念及過程

  經淬火后的鋁合金強度、硬度隨著時間增加而發生顯著提高的現象稱之為時效,也稱鋁合金的時效硬化。這是鋁合金強化的重要方法之一。
  由定義可知,鋁合金時效強化的前提,先是進行淬火,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。以Al -4%Cu合金為例,固溶處理后,過飽和α固溶體的化學成分就是合金的化學成分,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。當溫度接近純鋁熔點時,空位濃度接近10-3數量級,而在常溫下,空位濃度為10-11數量級,二者相差10-8級。經研究可知;鋁合金固溶處理溫度越高,處理后過飽和程度也越大,經時效后產生的時效強化效果也越大。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,發生時效過程。此過程實質上是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區就是指富溶質原子區,對Al-Cu合金而言,就是富銅區。鋁鋼合金的G.P區是銅原子在(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構,與母相共格。200℃不生成G.P 區。溫度再高,G.P區數目開始減少。它可以在晶面處引起彈性應變。  
  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區產生的應力場,所以θ’’相產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’’相轉變成為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,為正方有序結構。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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