2024铝合金自然时效后，主要有哪些第二相存在

铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。

铝合金热处理特点与钢的热处理有哪些不

众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4～6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100～200℃)内发生，称人工时效。

铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。

硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。

沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。

一:铝及 铝合金 热处理的基本知识

铝合金热处理特点与钢的热处理有哪些不

1.铝及铝合金热处理的作用

将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。

2.铝及铝 合金 热处理的主要方法及其基本作用原理

(1)铝及铝合金热处理的分类(如下图)

铝及铝合金热处理的分类

铝合金热处理设备

铝及铝合金热处理分类

(2)铝及铝合金热处理基本作用原理

(1) 退火:产品加热到一定 温度 并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。

①铸锭均匀化退火:在高温下长期保温，然后以一定速度(高、中、低、慢)冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使 材料 表面处理质量提高。

②中间退火:又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。

③完全退火:又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的 塑性 和较低的强度。

(2)固溶淬火处理:将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。

①在线淬火:对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时 高温 进行固溶，然后用空冷(T5)或用水雾冷却(T6)进行淬火以获得一定的组织和性能。

②离线淬火:对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。

(3)时效:经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出(或沉淀)，分布在α(AL)铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出(沉淀)强化。

自然时效:有的合金(如2024等)可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。

人工时效:有些合金(如7075等)在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。

人工时效可分为欠时效和过时效。

①欠时效:为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。

②过时效:为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。

③多级时效:为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。可分为二阶段、三阶段时效

(4) 回归处理:为了提高塑性，便于冷弯成形或矫正形位公差，将已淬火时效的产品，在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理。

二:铝合金淬火冷却速度

铝合金淬火炉之淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。

因此淬火时的冷却速度越快越好。但是 冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。

一般合金的淬火对冷却速度敏感性强的，选择的冷却速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷却速度应在50℃/S以上，而7A04合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求在170℃/S以上。

对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温度来实现。对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火(水温一般 L0~35℃)，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用40~50℃的水淬火。

而对于特别易产生变形的制品，甚至可以将水温升至75~85℃进行淬火。试 验证明随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能有所降低。

铝合金淬火炉之铝合金最常用的淬火介质是水。因为水的粘度小、热容量大，蒸发热快，冷却能力强，而且使用非常方便、经济。

但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中冷却可以分为三个阶段:第一阶段为膜状沸腾阶段。当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面立即形成一层不均匀的过热蒸汽薄膜，它很 牢固，导热性不好，使制品的冷却速度降低。

第二阶段为气泡沸腾阶段。当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾，发生强烈的热交换。第三阶段为 热量对流阶段，冷却水的循环，或制品左右摆动、或上下移动，增加制品表面与水产生对流的热交换，以提高冷却速度。

根据上面分析，为了很快突破第一阶段，迸一步冷却，保证淬火制品冷却均匀，需要在淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品入水槽后要作适当的摆动。

另外为保证水温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量(一般应为淬火制品总体积的20倍以上)。而且冷却水应有循环装置。

除了调节水温来控制铝合金淬火炉的淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷却能力。

通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，经常用这种聚乙醇水溶液来淬火。

三:铝合金型材的风冷和水冷淬火有什么不同

铝合金的淬火为高温突然降到低温为淬火， 例如钢刀刀刃要在水中淬火，才硬和锋利， 而铝材的淬火也有水冷淬火，也有风冷淬火。

建筑用6063铝型材即用风冷淬火，把淬火后的铝型材放在时效炉内时效一定时间，铝型材内部结晶重新排列，机械强度明显提高。在金属所有合金中，唯独只有铝合金有时效状态。

铝合金挤压型材成形温度为460~500度，一般要求淬火后的温度为200。通过高温挤压成型，固溶热处理后(淬火)进行人工时效的状态为风冷(T5)通过高温挤压成型过程冷却，然后进行人工时效的状态为水冷(T6)。

俗话说的:T5是挤出后风冷的。T6是挤出后水冷的，经水淬火后硬度就提高了。就这么简单。但是铝材需要拉弯的话，尽量不要T6的状态。

有的人认为T5与T6的区别仅是冷却速度的区别,不是风冷水冷的区别。风冷的冷却速度够大,也能达到T6效果,反之,水冷但冷却速度不够大也只能是T5的效果!

其实T6状态既可以进行在线淬火(水冷或强风冷)，也可以进行离线淬火(用淬火炉淬火)，但要根据客户的要求和产品品种规格来定。

在实际生产中，不管采用哪种生产工艺关键是要达到该铝型材产品的力学性强度要求。

硬度跟风冷速度和水冷速度没有多大关系的。

冷却效果越好时效后硬度就会越好，为什么会有T5与T6之分，因为T5风冷产品尺寸不会变形，几乎所有门窗之类的型材都会选择T5，而T6材是水冷厚度比较薄的型材遇水就会变形，特别是有开口的东西很容易遇水就变形。

当然还可以用飘水的形式来过水，就是那种喷雾式的过水方式。产品过水后的效果当然会比风冷效果要好的多。6063-T5在10-13之间6063-T6可达到13以上。

你的问题好深奥啊。。是问金相还是什么？

如果是金相的话：铝合金是以铝为基体金属并添加其他合金元素如镁、铜、锌等。第一相肯定是铝了。那么第二相就是合金含量中仅次于铝含量的合金元素了。。。

高温预析出处理工艺，即固溶处理后，在稍低于第二相粒子溶解度曲线以下温度保温一段时间，以析出平衡相，然后淬火，再进行人工时效以析出GP区、η’等亚稳相。

铝合金的固溶处理：就是将铝合金加热到单相区中某一温度，并保持一段时间，以获得单一的固溶组织，在水中淬火，在室温下获得过饱和单一组织的方法。固溶处理后还要结合时效强化来提高其强度。时效强化是指，经固溶处理后的合金在室温或加热到一定温度下，保持一段时间，其强度和硬度显著增加，而塑性降低的现象。

铝合金的淬火方法,一般都是把要淬火的工件置于温度比较均匀的加热炉内,将它加热到规定的淬火温度,并在该温度下保温一段时间,使合金的组织发生变化。一些能溶入a固溶体中的合金元素(起强化作用)，其溶解度随着温度提高而增加。然后将工件迅速地浸人水中冷却，把高温时的合金组织以过饱和固溶体(起硬化作用)形式在室温下固定下来，这便是淬火的全部过程。

固溶热处理与淬火的区别就在固溶处理还包括时效处理。

根据热处理过程中是否发生第二相析出，即发生沉淀强化行为或叫弥散强化行为，如果发生就成为可热处理强化合金。一般可以通过合金相图判定，即溶解度曲线（曲面）随温度降低而迅速减少的合金体系属于可热处理强化合金~

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热处理停放时间:

铝合金加工材料从固溶(淬火)处理后到进入人工时效炉进行时效之间的时间叫做热处理停放(间隙)时间。

研究发现,某些铝合金如Al-Mg-Si系合金淬火后在室温停留后再进行人工时效,合金的强度指标达不到最大值,而塑性有所上升。如6061材料,淬火后必须 立即人工时效,否则强度极限降低,但塑性会有所提高。又如7A04超硬铝合金, 淬火后停留2h-48h之间时,再人工时效,约降低15~30MPa。为避免这 一强度损失,应避免在上述时间范围内停留,淬火后应立即进行人工时效对所有 铝合金都限定在2h内进行人工时效,如现场生产确有困难,也最好不要超过 6 ~8h。

淬火转移时间:

淬火转移时间,即从固溶处理炉炉门打开或锻件从盐浴槽开始露出到锻件全部浸入淬火介质所经历的时间。零件从加热炉到淬火介质之间的转移,无论是手工操作还是机械操作,必须在少于规定的最大时间限度内完成。最大允许转移时间因周围空气的温度和流速以及零件的质量和辐射能力而异。

延长淬火转移时间所造成的后果将导致淬火冷却速度减慢,对材料的性能影响很大。因为零件在转移到淬火槽过程中与冷空气接触,相当于在空气中冷却。由于冷却速度慢,而铝合金,特别是硬铝和超硬铝的力学性能及抗蚀性对冷却速度十分敏感,固溶体的分解会降低时效强化效果,从而使产品力学性能和抗腐蚀性能下降,为了防止过饱和固溶体发生局部的分解和析出,使淬火和时效效果降低,应当尽量缩短淬火转移时间,特别是在400-360度范围内的温度敏感区必须快冷。因为,此时过饱和固溶体的析出倾向最大,冷却不足会造成固溶体部分分解,从而陴 低时效后的力学性能及抗蚀性(强化相容易沿晶界首先析出,使晶间腐蚀倾向?加)。因此,生产中对转移时间作了规定,其依据是保证工件在不低于412度时完 全浸人淬火介质。这就需要测定不同厚度铝合金制品的冷却曲线,并由此确定相应 的转移时间值^锻件转移时的空冷速度很大程度上取决于锻件的质量、截面厚度及 锻件之间的间距等因素,而空气温度、流动速度和辐射能力的影响较小。在铝合金 淬火过程中要同时考虑锻件转移期间的空冷速度和锻件进人淬火介质后的淬火冷却 速度。锻件在冷却速度低于冷水冷速的介质中淬火时,延迟时间要尽量缩短,以求 得到较好的淬火质量。但对Al-Mg-Si系合金中的6A02 (LD2)合金来说,淬火转 移时间对其力学性能和耐蚀性能的影响则不大。

可热处理强化铝合金的淬火转移时间是根据合金成分、材料的形状和实际工艺 操作的可能性来控制的。为了保证淬火的铝合金材料有最佳性能,淬火转移时间应尽量缩短。在生产中,小型材料的转移时间不应超过25s:大型的或成批淬火的材料,不应超过40s,超硬铝合金不应超过15s。

从总体上来说，金属材料的强化机制有：（1）固溶强化，溶质原子的溶入使固溶体的强度和硬度升高同时塑性和韧性有所下降（2）细晶强化，由Holl-Petch公式知。晶粒越细，晶体的强度越高，而且细晶强化是唯一能同时提高金属材料的塑性和韧性的强化机制（3）沉淀强化，类似于第二相强化，第二相粒子弥散分布在基体中，对位错起扎钉作用，可用Orwan机制来解释（4）加工硬化，金属材料冷变形加工使材料的强度硬度显著提高，塑性显著下降（5）时效强化，用柯垂气团，斯偌克气团解释。

金属材料的强化机制和钢铁的强化机制有些不同。

摘 要：电阻点焊的组织决定焊接接头熔核的性能，熔核的性能决定焊接的质量。通过模拟 点焊接头的组织，可预测在不同点焊参数下接头的组织形态和力学性能等，从而实现通过寻 求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。研究铝合金点焊相变组织的分布规律，对优化点焊 设计和工艺参数有重要的指导作用，本文通过应用有限元模拟软件进行数值模拟，对6082 铝合金电阻点焊过程中的组织转变进行模拟与研究，并通过实验进行验证，从而得出电阻点 焊对6082铝合金的组织转变的影响。试验验证表明，数值模拟与试验结果吻合良好，为铝合 金点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。

关键词：数值模拟；金相组织 ；铝合金；电阻点焊

Abstract

Te microstructure of resistance spot welding decide performance of nuclear fusion in welded joint, the performance of nuclear fusion decide welding quality. By simulation, we can predict microstructure and mechanical properties of spot welding in different parameters, so as to achieve the best welding performance by seeking to improve the welding processes. Research on the distribution of microstructure in aluminum spot welding, have an important role in on the design and optimization of process parameters of spot welding. The paper through the application of finite element simulation software to simulate and research the resistance spot welding of aluminum alloy of 6082, and verify it through experiments, so as to know affection resistance spot welding to aluminum alloy of 6082. Experiments show that numerical simulation and experimental results are consistent, providing an effective analysis for spot welding on aluminum alloy.

Key words: Numerical simulationMicrostructureAluminum alloyResistance spot welding

1、

铝合金在航空航天、船舶制造、机车和汽车制造业等领域获得了广泛的应用。轿车采用

铝合金制造车身较采用钢板制造车身可减轻车体重量6O%左右，能显著降低燃料消耗和减少 环境污染。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用，铝合金 点焊的熔核形状不规则，尺寸大小不一，熔核在凝固时极易形成缩孔、缩松和气孔，由于冷 却速度较快，熔核的结晶组织主要是从熔合线向内生长的柱状晶。在这方面，吉林工业大学 的赵熹华等人通过采用熔核的孕育处理技术做了详细的研究，将柱状晶组织变为等轴晶组 织，取得了良好的效果[1]。但是，该技术如何工程化的问题还正在研究之中。如果能对点焊

的相变组织进行有限元模拟计算，得到铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，从微

观上改变焊接质量，对提高和稳定点焊质量具有重要意义。 铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程，随着焊接研究的深入，

温度，相变和热应力之间的耦合效应越来越受到人们的重视。Y.Ueda 等人曾提出温度，相 变，热应力之间的耦合关系式，J.Ronda 等人利用该耦合模型对焊接接头进行了有限元计算。 Ronda 等[2]用统一的方法推导了相变规律和相变塑性，建立了相容的 TMM 模型，并形成了系

统理论。Yang 等[3]在热冶金耦合方面也作了深入的研究。他们在模拟温度场、速度场、热循

环以及熔池形状时,采用瞬时、3 维、湍流条件下的热传输和流体流动模型。 本文基于有限元专业焊接模拟软件动态模拟焊接的全过程，进行数值模拟时，考虑了材

料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场的影响，实现温度场和应力应变

场的耦合计算，揭示了铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，其结果有助于更好地 了解焊接过程中熔体的运动状态、凝固组织细化和产生缺陷的原因,为正确选择点焊工艺参 数等提供理论指导。

2 点焊相变原理

熔核、塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在良好的点焊焊接循环条件

下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。

（1）预压阶段：在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电

流的顺利通过及表面原子的键合作准备。（2）通电加热阶段：在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并 随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘 处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区 金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。随着通电 加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续 升高，形成被塑性环包围的回转四方形液态熔核。继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。当焊接温 度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。（3）冷却结晶阶段：使 液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有三种：柱状组织、 等轴组织、“柱状+等轴”组织。

由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现 裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。

3 点焊熔核有限元仿真

点焊是一个多因素及多重非线性的复杂问题。在进行数值模拟时，考虑其可作为轴对称问题，对等厚

板的焊接取l／4平面进行分析。为简化计算，本文假定电极压力恒定。 本文采用简化的轴对称2D模型建立6082铝板点焊的简化模型。出于简化模型的目的，假设上下两块铝

板在与电极端面直径对应的中心部分以及电极端面是粘连的，假设电极-工件间及工件间的接触行为属于无 滑动接触。焊接电流为恒流，材料的热物理性能随温度变化，忽略电流的趋表效应、接触面的热电效应和 接触热阻[4,5]。模型的网格采取自由划分，共含1996个固体单元，2120个节点。被连接材料为6082铝合金，

板厚2.0 mm，采用Cu～Cr合金电极，端部直径6 mm，端部曲面半径40 mm。

3.1 材料属性

材料的热物理性能参数是温度的函数，在模拟中，材料的热物理性能除了密度和潜热外，其他如比热、 导热系数、电阻率等均随温度变化。材料在相变和熔化时存在潜热，模拟中将潜热在相变温度区间均匀折 算为比热容，以模拟其产热效果。

6082铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，该合金的组织比较简单，主要合金元素为Mg、Si ,另外还有少量的Fe 、Zn 、Cu 、Mn，主要组织组成物为Mg2Si，Mg/Si比为1.73，大部分合金不是含过量镁就是含过量的硅。当镁过量时，合金的抗蚀性好，但强度与成形性能低；当硅过量时，合金的强度高，但成形性能及焊 接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。

3.2 工艺参数

采用直流焊接电源，焊接电流为14 KA，电极压力为1.5 KN，焊接时间为15个周波(相应频率50 Hz)。 具体方案见表1：

3.3 焊接温度场的模拟

焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量控制的前提，焊件在快速 加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。焊接温度场的 准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型，并应用有限元 软件的校正工 具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立 了焊接过程的数学模型和物理模型[6,7]。

在焊接过程中，由热源传给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊接材料获得热能后，

热的传播则是以热传导为主。焊接传热过程中所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变 化问题[8]。因此研究焊接温度场，是以热传导为主，适当地考虑辐射和对流作用。

焊件上某点瞬时的温度分布称为温度场，可以表示为：

T  T ( X , Y , Z , t )

式中 T 为焊件上某点的瞬时温度，(x , y , z)是某点的坐标，t是时间。

因此非线性瞬态热传导问题的控制方程可以表示为：

式中 c、ρ为材料的比热容、密度，T为温度场的分布函数，t为时间，kx , ky , kz分别为x , y , z方向

上的导热系数； Q是内热源。

温度场计算时, 将模型的对称面定义为绝热边 界条件, 即

其他周围表面定义为换热边界条件, 即

式中  是材料的热导率，n是边界表面外法线方向，α是表面换热系数，Ta是周围介质温度，Ts是物体表面

温度。

3.4 点焊相变组织的模拟

3.4.1 相变潜热 焊接过程中伴随着相的转变，在有限元计算中其产生的相变潜热以焓的形式表示[9]，即

式中  (T )c(T ) 分别为材料的密度和比热，均为温度的函数。

在某一温度增量区间，所产生的总的相变潜热表示为各相值的叠加，即

式中：Aj为第j 相的相变潜热，V j 为第j

相的转变体积比,且 å V j = 1 ；n是材料中相的个数。相的转变体积比,且 ；n是材料中相的个数。

3.4.2 相变模拟原理

对于铝合金的相变模拟，主要通过铝合金的回复与再结晶原理，如图1。如果材料有经过温度循环，当 最高温度高于重结晶温度时，重结晶开始发生并产生影响。材料重结晶的比例不仅取决于最高温度，也取 决于热循环过程。可以用如下公式来计算：

等温反应动力学：

非等温反应动力学附加规律：

3.5 模拟计算结果

3.5.1 温度场的模拟结果

如图 2 为焊接时间 250ms 时 l／4 平面所成的温度分布，再通过 sysweld 有限元软件，分别在熔核区 中心，熔合线，热影响区，母材组织上取四个固体单元，形成如图 3 所示的温度曲线。由图 2，3 可以看出 在焊接过程中，熔核中心的最高温度可达 720℃，且长时间温度维持在 700℃左右；熔合线附近可达 600℃，

也长时间维持在这个温度；热影响区最高温度可达 500℃左右；而母材最高温度只达到 300℃左右。

3.5.2 相变组织的模拟结果

通过有限元模拟可得到如图4所示结果，6082铝合金点焊结果会出现明显不同的三相分布分别为：母 材、热影响区和熔核区组织。

4 结果分析和讨论

由模拟分析结果可以看出， 6082 铝合金点焊会出现比较明显的三种组织的分布，再根据模拟所用的

焊接参数进行试验验证，然后进行金相组织观察（试样用凯勒试剂浸蚀）。可以得到图 5－图 9 的微观组织 图。

由图 5 可见，6082 铝合金点焊组织有着明显的三个组织相分布，中间的小圆为熔核部分，外圆为热影

响区，外边即为母材，与模拟的相变结果（图 4 所示）完全相同。 铝合金的主要热处理方式是固溶处理和时效处理，通过第二相的沉淀硬化来提高强度、硬度等性能。

6082 铝合金为 T4 状态（固溶处理＋自然时效）是经固溶、时效后的合金，其主要强化相是 Mg2Si。在焊 接热循环的影响下，铝合金基体中的这些沉淀相粒子将发生再次固溶、析出和长大过程，对焊接前的基体 产生或多或少的破坏。它们的熔点为 595℃，焊接加热温度超过这一熔点时,部分强化相就会熔解[10]。

图 6 为母材组织，其铝合金基体上分布着粗大且呈长条形的析出相；图 7 为熔核中心组织，其内组织 主要为细小的等轴晶粒；图 8 为处于塑性环熔合线周围的组织，靠近熔合线的熔核区主要是柱状晶粒和部 分等轴晶粒，靠近熔合线的热影响区为粗大的晶粒；图 9 为热影响区中心组织，其铝合金基体上的析出相 细小且呈圆粒状。

从图 4 可以得知，在塑性环内的熔核区中心最高温度远远高于 595℃，可达 720℃左右，且比较长时间 的维持在 700℃，这个温度使熔核区中心的晶粒完全的熔化，在铝合金基体上的第二相重新熔化和固溶， 化合物因固溶而进一步减少。在铝合金基体上分布着弥散的，细小的第二相对晶界移动起着重要的阻碍作 用，第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，所形成的晶粒也就越细小，且在熔核区 内合金元素溶入的比较多，在很大程度上阻碍了晶界的移动，焊接为快速加热，金属内存在的晶格畸变现 象来不及回复，自扩散系数增加，使合金再结晶晶核增多，造成晶粒细小，所以在熔核中心冷却后形成的 组织为细小的等轴晶粒；由于点焊冷却速度较快，靠近熔合线的熔核区的结晶组织主要是从熔合线向内生 长的柱状晶。运用图 1 描述的铝合金重结晶现象可以发现，靠近塑性环的热影响区的晶粒处于长大阶段， 晶粒生长方向与热流方向一致，有着明显的粗大晶粒且在晶界上分布一些析出相，应为晶粒长大区；6082 合金母材组织为板材组织，其析出相方向与板材成形方向一致，也有少量析出相呈三角形，在晶界上析出， 由于其含有 Cu，Mg，Al，Si，Mn 等合金元素，析出相比较复杂，主要为 Mg2Si。图 6 中的母材组织为退

火组织，所以其部分析出相变的相对细小和一定的圆形状。对于热影响区，其析出相明显比母材组织细小，

且没有方向性，但已经开始出现圆粒状，分布也比母材组织均匀，但还是有一部分为粗大的析出相，且呈 长条形，没有完成再结晶，由图 1 铝合金重结晶原理可知其组织应为回复区和回复再结晶区，晶界基5 结 论

1、本文采用数值仿真手段预测熔核的组织，运用sysweld的相变模拟原理，完成对6082铝合金点焊组织的

模拟和预测。

2、采用本文提出的有限元点焊模型，运用相变模拟软件，可以模拟出与实际焊接结果十分吻台的结果，因 此可作为选择和优化点焊参数的一个有效工具。

3、6082铝合金熔核区晶粒细小，组织分布均匀而且弥散，热影响区有着比较明显的回复区，回复与再结晶 区和晶粒长大区，母材组织为板材组织，晶粒方向为轧制方向，且铝基体上分布大量粗大的第二相质点。

4、点焊接头相变组织的模拟是一项新技术，它尚处于起步阶段，在理论上还存在着尚未澄清问题，另外在

计算方法上也有改进余地，其应用更接近空白，因此，有必要从理论和计算方法上进行系统而有深入的 探索，以使新兴方法尽快用于工程实践。

参考文献：

赵熹华,姜以宏,薄件点焊熔核凝固组织分析，焊接学报，1994(2):89~93.

Ronda J,O liver G J. Consistent Thermo-Mechano-Metallurgical Model of Welded Steel with Unified Approach to Derivation of Phase

Evolution Laws and Transformation - Induced Plasticity. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering。2000, 189 (2) : 361～ 417.

Yang Z, Elmer J W , Wong J. Evolution of Titanium Arc Weldment Macro and Microstructures- Modeling and Real Time Mapping of Phases。

Welding Journal, 1997, 76 (4) : 172～ 181.

Matteo Palmonella, Michael I, Friswell, et al. Finite element models of spot welds in structural dynamics: review and updating[J]. Computers &Structures. 2005,3 (83): 648-661 .

Deng X, Chen W, Shi G, et al. Three-dimensional finite element analysis of the mechanical behavior of spot welds[J]. Finite Elements in

Analysis and Design. 2007,185( 1): p 160-165.

Feulvarch E, Bergheau J.M, Robin V, et al. Resistance spot welding simulation: a general finite element formulation of electrothermal contact conditions Source[J]. The VLSI Journal. 2004, 38(1): 436-441.

唐新新，单平，罗震等.点焊熔核尺寸及焊接电流逆过程设计[J].焊接学报,2007,11：45～48.

潘韧坚等. 基于 ANSYS 的有限元方法在焊接热效应分析中的应用[J]. 焊接技术，2004（1）：6～8

刘哲,李午申，陈翠欣等,.热-冶金相互作用下焊接温度场的三维动态有限元模拟 [J ] .机械科学与技术, 2005,12 : 1396 -1399

邹永恒,陶虹,徐国明,等. 6082 铝合金热处理工艺参数的研究[J ]. 金属热处理,2007, 32(10) : 71 - 76.

Simulation and Research for the Microstructure of Aluminum Spot

给你部分参考

编译 | 冯维维

Nature , Volume 602 Issue 7897, 17 February 2022

《自然》 2022年2月17日第602卷7897期

物理学 Physics

Thermal imaging of dust hiding the black hole in NGC 1068

活动星系核的统一模型得到确认

作者：Violeta Gámez Rosas, Jacob W. Isbell, Gerard Zins, etc.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04311-7

摘要

荷兰莱顿大学的Violeta Gamez Rosas和合作者对临近星系中心黑洞周围浓密遮挡的尘埃进行了观察，确认了活动星系核的统一模型。作者通过对这个星系的高分辨率图像分析得到了这一结论，这些图像提供了研究活动星系核的新机遇。

活动星系核是一些星系中心的高能区域，人们认为它由超大质量黑洞驱动。这些核发出的光产生的光谱特征，与光发出的区域有关；不同光谱可用于将活动星系核区分成两类：Ⅰ型和Ⅱ型天体。但统一模型认为，这种区分会产生，是因为观测视线可能有时被围绕和涌入中央黑洞的尘埃环遮挡了。

作者观察支持了统一模型。他们获得了原型星系NGC 1068的高分辨率图像，统一理论最初即由此建立。他们使用一个称为MATISSE的仪器，结合了四台欧洲南方天文台的望远镜的光，以获得活动星系核的最佳视图。对这些图像和射电图的分析揭示了环状尘埃云的存在，并帮助确定了其特性，大多与统一模型预测相符。作者还定位了黑洞在尘埃环之下的位置，同样符合模型。

Abstract

In the widely accepted ‘unified model’ solution of the classification puzzle of active galactic nuclei, the orientation of a dusty accretion torus around the central black hole dominates their appearance. In ‘type-1’ systems, the bright nucleus is visible at the centre of a face-on torus. In ‘type-2’ systems the thick, nearly edge-on torus hides the central engine. Later studies suggested evolutionary effects and added dusty clumps and polar winds but left the basic picture intact. However, recent high-resolution images of the archetypal type-2 galaxy NGC 1068, suggested a more radical revision. The images displayed a ring-like emission feature that was proposed to be hot dust surrounding the black hole at the radius where the radiation from the central engine evaporates the dust. That ring is too thin and too far tilted from edge-on to hide the central engine, and ad hoc foreground extinction is needed to explain the type-2 classification. These images quickly generated reinterpretations of the dichotomy between types 1 and 2. Here we present new multi-band mid-infrared images of NGC 1068 that detail the dust temperature distribution and reaffirm the original model. Combined with radio data (J.F.G. and C.M.V.I., manuscript in preparation), our maps locate the central engine that is below the previously reported ring and obscured by a thick, nearly edge-on disk, as predicted by the unified model. We also identify emission from polar flows and absorbing dust that is mineralogically distinct from that towards the Milky Way centre.

Nuclear spin-wave quantum register for a solid-state qubit

固态量子位的核自旋波量子寄存器

作者：Andrei Ruskuc, Chun-Ju Wu, Jake Rochman, Joonhee Choi &Andrei Faraon

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04293-6

摘要

围绕单个光可寻址量子位的固态核自旋是量子网络、计算和模拟的重要资源。虽然具有稀疏核自旋槽的宿主通常被用于减缓量子位退相干，但在核自旋丰富的宿主上开发相干量子系统，可为量子信息应用 探索 更广泛的材料。这些致密核自旋系综的集体模式为量子存储提供了自然基础，但用它们作为单自旋量子位元的资源迄今仍难以捉摸。

作者通过使用一个高相干、光学寻址的 171Yb3+ 量子比特掺杂到一个核自旋丰富的原钒酸钇晶体中，开发了一个鲁棒的量子控制协议来操纵邻近的 51V5+ 晶格离子的多级核自旋态。通过动态设计的自旋交换相互作用，他们极化这个核自旋系综，产生集体自旋激发，然后使用其实现一个量子存储器。作者表示，该方法为利用高密度核自旋浴的复杂结构提供了一个框架，为利用单个稀土离子量子位构建大规模量子网络铺平了道路。

Abstract

Solid-state nuclear spins surrounding inpidual, optically addressable qubits are a crucial resource for quantum networks, computation and simulation. Although hosts with sparse nuclear spin baths are typically chosen to mitigate qubit decoherence, developing coherent quantum systems in nuclear-spin-rich hosts enables exploration of a much broader range of materials for quantum information applications. The collective modes of these dense nuclear spin ensembles provide a natural basis for quantum storagehowever, using them as a resource for single-spin qubits has thus far remained elusive. Here, by using a highly coherent, optically addressed 171Yb3+ qubit doped into a nuclear-spin-rich yttrium orthovanadate crystal, we develop a robust quantum control protocol to manipulate the multi-level nuclear spin states of neighbouring 51V5+ lattice ions. Via a dynamically engineered spin-exchange interaction, we polarize this nuclear spin ensemble, generate collective spin excitations, and subsequently use them to implement a quantum memory. Our approach provides a framework for utilizing the complex structure of dense nuclear spin baths, paving the way towards building large-scale quantum networks using single rare-earth ion qubits.

Magnetic control of tokamak plasmas through deep reinforcement learning

基于深度强化学习的托卡马克等离子体磁控制

作者：Jonas Degrave, Federico Felici, Martin Riedmiller, etc.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04301-9

摘要

磁约束核聚变，特别是托卡马克结构核聚变是一种有前景的可持续能源。一个核心挑战是塑造和维持托卡马克容器内的高温等离子体。这需要使用磁致动器线圈进行高维、高频、闭环控制，更复杂的是等离子体结构的不同要求。

作者介绍了一个此前尚未描述的托卡马克磁控制器设计的架构，它可以自主学习命令全套控制线圈。该体系结构满足在高层指定的控制目标，同时满足物理和操作约束。这种方法在问题规范方面具有前所未有的灵活性和通用性，并显著减少了生产新等离子体配置的设计工作。

Abstract

Nuclear fusion using magnetic confinement, in particular in the tokamak configuration, is a promising path towards sustainable energy. A core challenge is to shape and maintain a high-temperature plasma within the tokamak vessel. This requires high-dimensional, high-frequency, closed-loop control using magnetic actuator coils, further complicated by the perse requirements across a wide range of plasma configurations. In this work, we introduce a previously undescribed architecture for tokamak magnetic controller design that autonomously learns to command the full set of control coils. This architecture meets control objectives specified at a high level, at the same time satisfying physical and operational constraints. This approach has unprecedented flexibility and generality in problem specification and yields a notable reduction in design effort to produce new plasma configurations.

Resolving the gravitational redshift across a millimetre-scale atomic sample

解析毫米尺度原子样本的引力红移

作者：Tobias Bothwell, Colin J. Kennedy, Alexander Aeppli, Dhruv Kedar, John M. Robinson, Eric Oelker, Alexander Staron &Jun Ye

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7

摘要

爱因斯坦的广义相对论指出，时钟在不同的引力势下，相对于实验室坐标的速度是不同的——这一效应被称为引力红移。作为空间和时间的基本探测器，原子钟长期以来被用于在30厘米到数千公里的距离尺度上检验这一预测。

一旦时钟对弯曲时空中振荡的量子物体的有限波函数变得敏感，将使广义相对论和量子力学的结合研究成为可能。

作者在一个毫米尺度的超冷锶样品中测量了与引力红移一致的线性频率梯度。通过将分数频率测量的不确定度提高10倍以上，达到7.6 1 0 21 ，研究结果得以实现。这预示着一种新的时钟操作方式，需要对引力扰动进行样品内校正。

Abstract

Einstein’s theory of general relativity states that clocks at different gravitational potentials tick at different rates relative to lab coordinates—an effect known as the gravitational redshift. As fundamental probes of space and time, atomic clocks have long served to test this prediction at distance scales from 30 centimetres to thousands of kilometres. Ultimately, clocks will enable the study of the union of general relativity and quantum mechanics once they become sensitive to the finite wavefunction of quantum objects oscillating in curved space-time. Towards this regime, we measure a linear frequency gradient consistent with the gravitational redshift within a single millimetre-scale sample of ultracold strontium. Our result is enabled by improving the fractional frequency measurement uncertainty by more than a factor of 10, now reaching 7.6   1 0 21 . This heralds a new regime of clock operation necessitating intra-sample corrections for gravitational perturbations.

化学 Chemistry

Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al alloys

高强度铝合金的脆化

作者：Huan Zhao, Poulami Chakraborty, Dirk Ponge, Tilmann Hickel, Binhan Sun, Chun-Hung Wu, Baptiste Gault &Dierk Raabe

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04343-z

摘要

交通运输业对温室气体排放的限制越来越严格，这促使人们重新审视 汽车 材料。高强度铝合金常用于飞机，有助于减轻 汽车 的重量，但容易受到环境退化的影响。氢“脆化”常被认为是主要原因；但其失效的确切机制尚不清楚。因为对合金内部H的原子尺度分析仍然是一个挑战，这阻碍了采用合金设计策略来提高材料的耐久性。

作者对高强度7xxx铝合金中第二相颗粒和晶界处的H进行了近原子尺度的分析。他们利用这些观察结果来指导原子从头计算，结果表明合金元素与H的共偏析有利于晶界脱聚，H强分块进入第二相粒子，将溶质H从基体中去除，从而防止H脆断。该见解进一步推进了对铝合金中H辅助脆化机理的理解，强调了H陷阱在减少开裂和指导新合金设计方面的作用。

Abstract

Ever more stringent regulations on greenhouse gas emissions from transportation motivate efforts to revisit materials used for vehicles. High-strength aluminium alloys often used in aircrafts could help reduce the weight of automobiles, but are susceptible to environmental degradation. Hydrogen ‘embrittlement’ is often indicated as the main culprithowever, the exact mechanisms underpinning failure are not precisely known: atomic-scale analysis of H inside an alloy remains a challenge, and this prevents deploying alloy design strategies to enhance the durability of the materials. Here we performed near-atomic-scale analysis of H trapped in second-phase particles and at grain boundaries in a high-strength 7xxx Al alloy. We used these observations to guide atomistic ab initio calculations, which show that the co-segregation of alloying elements and H favours grain boundary decohesion, and the strong partitioning of H into the second-phase particles removes solute H from the matrix, hence preventing H embrittlement. Our insights further advance the mechanistic understanding of H-assisted embrittlement in Al alloys, emphasizing the role of H traps in minimizing cracking and guiding new alloy design.

气候 Climate

Warming weakens the night-time barrier to global fire

气候变暖削弱夜间抵御全球火灾的屏障

作者：Jennifer K. Balch, John T. Abatzoglou, Maxwell B. Joseph, Michael J. Koontz, Adam L. Mahood, Joseph McGlinchy, Megan E. Cattau &A. Park Williams

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04325-1

摘要

因为夜间温度和水汽压差（VPD）较低，这一时间为减缓或扑灭火灾提供了一个关键窗口。然而，火灾危险通常是根据白天的情况来评估的，所以要抓住促进火灾蔓延的因素，而非阻止火灾的因素。尽管白天天气条件的变化会加剧火灾，但人们对夜间天气条件的潜在变化及其与火灾减少相关的作用还知之甚少。

作者展示了夜间火灾强度的增加，与更热、更干燥的夜晚有关。基于全球卫星对日间和夜间火灾探测的观测以及相应的每小时气候数据，他们确定了与陆地覆盖相关的VPD阈值，低于这个阈值的火灾探测非常罕见。从1979年到2020年，全球每日最低VPD增加了25%。在可燃土地上，每年夜间可燃时间增加了110个小时，这使得可燃性永不停止的夜晚增加了5个小时。在这段时间内，近五分之一的可燃土地上，易燃的夜晚至少增加了一周。根据卫星记录，从全球来看，2003年至2020年，夜间火灾的强度增加了7.2%。这些结果进一步表明，近年来扑灭野火的队伍在夜间缺乏救援。作者预计，人为气候变化导致的夜间持续变暖将导致更强烈、更持久和更大的火灾。

Abstract

Night-time provides a critical window for slowing or extinguishing fires owing to the lower temperature and the lower vapour pressure deficit (VPD). However, fire danger is most often assessed based on daytime conditions, capturing what promotes fire spread rather than what impedes fire. Although it is well appreciated that changing daytime weather conditions are exacerbating fire, potential changes in night-time conditions—and their associated role as fire reducers—are less understood. Here we show that night-time fire intensity has increased, which is linked to hotter and drier nights. Our findings are based on global satellite observations of daytime and night-time fire detections and corresponding hourly climate data, from which we determine landcover-specific thresholds of VPD (VPDt), below which fire detections are very rare (less than 95 per cent modelled chance). Globally, daily minimum VPD increased by 25 per cent from 1979 to 2020. Across burnable lands, the annual number of flammable night-time hours—when VPD exceeds VPDt—increased by 110 hours, allowing five additional nights when flammability never ceases. Across nearly one-fifth of burnable lands, flammable nights increased by at least one week across this period. Globally, night fires have become 7.2 per cent more intense from 2003 to 2020, measured via a satellite record. These results reinforce the lack of night-time relief that wildfire suppression teams have experienced in recent years. We expect that continued night-time warming owing to anthropogenic climate change will promote more intense, longer-lasting and larger fires.