关于铝合金时效的问题

铝合金的热处理不同于碳钢，其熔点低，易过热过烧，加热温度的偏差范围小，对温度仪的精度要求高。若加热保温过于偏差，则可能达不到强化的目的。因此，对于锻铝合金的加热炉温度的控制是整个热处理过程的关键。

根据试验结果分析：人工时效温度的高低与时间的长短有很大关系。较高的时效温度，可以缩短保温时间：较低的时效温度则需要延长保温的时间。用前者方法处理，同一炉试件检出的硬度数据，离散性较大，批量生产难以把握产品的质量，而后者受试件的合格率较高，能够保证强化工艺的质量要求，但工艺成本显著增加。

在这两者之间，必然有一个比较合理的可行区间。经多次反复试验，我们找到如下的加热温度和时间的关系，这对锻铝试件的强化处理较为适合。

铝合金产品特色

以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63～2.85g/cm，有较高的强度（σb为110～650MPa)。

比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。

什么时效强化？能说详细点吗？

以铝合金为例：

铝合金时效强化的前提，首先是进行淬火，获得饱和单相组织。在快冷淬火获得的固溶体，不仅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固溶体的含铜量仅为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：在保证合金不过烧的前提下，固溶处理温度尽可能提高。

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。此过程实质上是第二相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℃不再生成G.P 区。室温时效的G.P区很小，直径约50A，密度为1014-1015/mm3，G.P区之间的距离为20-40 ?。130℃时效15h后，G.P 区直径长大到90 ?，厚为4-6 ?。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延长，G.P区直径急剧长大，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提高时效温度，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相完全脱离了母相，完全丧失了与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。这也就意味着合金的硬度和强度显著下降。

影响时效强化效果的因素有哪些？

时效是按一定顺序进行的，强化效果受以下因素影响：

(1) 时效温度。固定时效时间，对同一成分的合金而言，时效温度与时效强化效果(硬度)之间关系。在某一时效温度时，能获得最大硬化效果，这个温度称为最佳时效温度。不同成分的合金获得最大时效强化效果的时效温度是不同的。统计表明，最佳时效温度与合金熔点之间存在如下关系：

T0 = (0.5 – 0.6)T

(2) 时效时间。硬度与强度峰值出现在θ’’相的末期和θ’过渡相的初期，θ’后期已过时效，开始软化。当大量出现θ相时，软化已非常严重。故在一定的时效温度内，为获得最大时效强化效果，应有一最佳时效时间，即在θ’’产生并向θ’转变时所需的时间。

(3) 淬火温度、淬火冷却速度和淬火转移时间。实践证明，淬火温度越高，淬火冷郄速度越快，淬火中间转移时间越短，所获得的固溶体过饱和程度越大，时效进行后强化效果越大。

(4) 时效工艺。时效可选单级或分级时效。单级时效指在室温或低于100℃温度下进行的时效过程。它工艺简单，但组织均匀性差，抗拉强度、屈服强度、条件屈服强度、断裂?性、应力腐蚀抗力性能很难得到良好的配合。分级时效是在不同温度下进行两次时效或多次时效。在较低温度进行预时效，目的在于在合金中获得高密度的G.P区，由于G.P区通常是均匀成核的，当其达到一定尺吋后，就可以成为随后沉淀相的核心，从而提高了组织的均匀性。在稍高温度保持一定时间进行最终时效。由于温度稍高，合金进入过时效区的可能性增大，故所获得合金的强度比单级时效略低，但是这样分级时效处理后的合金，其断裂?性值高，并改善了合金的抗腐蚀性，提高了应力腐蚀抗力。

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方式1、铝合金冷变形强化，冷作硬化。强化程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。金属铝合金材料在再结晶温度以下冷变形的方式。方式2、细化组织强化。在铝合金中添加微量元素细化组织。铸造铝合金中常加入微量元素作变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，提高合金的强度和塑性的方式。方式3、细化晶粒，从熔铸开始改善铸锭的晶粒度。加工硬化，抗拉强度提高，延伸率降低。铝合金分为可热处理强化合金和不可热处理强化合金。方式4、时效强化。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。铝合金热处理后可以得到过饱和的铝合金基固溶体的方式。方式5、固溶强化。合金元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体，强度增加，塑性与抗压力增加。常用铜、镁、锰、锌、硅、镍等。铝合金方式6、过剩相强化。合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，由于合金变脆而导致强度、塑性降低的方式。当合金中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。

1.有些可以用人工时效，有些可以用自然时效。必须使用人工时效的用自然时效是不起作用的。 2.铝合金固溶处理时对设备的炉温均匀性和控温精度要求较高。一般情况下炉温均匀性要在±5℃，控温精度最好在±1℃。因为铝合金在固溶处理时的加热温度在固相线以下几度，稍不注意要过烧。为了达到最大固溶处理效果，一般适当过热后比正常温度下的固溶强化效果要好些。 3.温度控制肯定用热电偶来测量，PID控制加热。

这里面有相变发生：钢的淬火与回火是过饱和固溶体的固溶强化、高强度、镁合金之类，淬火+回火适用于有固态相变的金属材料、钛的合金等等，如铝合金，如铁的合金，但是脆性大本质区别、沉淀强化），必须通过回火来损失一部分硬度或强度来提高塑性和韧性。有色金属的固溶处理+时效是第二相强化，淬火后就有高硬度。所以，这里面基体没有相变发生、铜合金。固溶处理后强度硬度几乎无变化。而固溶处理+时效适合于没有固态相变的材料，必须通过时效来析出第二相来强化