變形鋁合金時效熱處理相關知識匯總

1、變形鋁合金時效熱處理相關知識匯總（ 1）時效 aging經(jīng)固溶處理或冷變形后的合金，在室溫或高于室溫下，組織和性能隨時間延續(xù)而變化，硬度、強度增高，塑性、韌性降低的現(xiàn)象。在室溫下發(fā)生時效稱自然時效。高于室溫發(fā)生時效稱人工時效。時效現(xiàn)象除鋁銅合金外，在鋼、銅合金，鐵基、鎳基、鈷基高溫合金中普遍存在，是提高合金強度的重要方法。低碳鋼冷變形后在常溫長時放置即出現(xiàn)屈服強度提高。硬鋁合金經(jīng)高溫(520)淬火后在 100200 時效，可獲得最佳的強化效果。馬氏體時效鋼，沉淀硬化不銹鋼，鐵基、鎳基、鈷基高溫合金均可在固溶處理后選擇不同溫度時效處理，可以從中獲得最佳的組織和性能。（ 2）時效處理 aging

2、treatment過飽和固溶體合金在室溫或加熱至一定溫度保溫，使溶質組元富集或析出第二相的熱處理工藝。常溫下時效稱自然時效。高于室溫加熱時效稱人工時效。時效析出第二相獲得強化的現(xiàn)象稱時效強化。低于或高于強化峰值溫度的時效分別稱為亞時效與過時效處理形。變后時效稱形變時效或直接時效。在應力下時效稱應力時效。強化效果取決于析出第二相的類型、數(shù)量、尺寸、形態(tài)、穩(wěn)定性等因素。廣泛用于鋁合金、鈦合金、高溫合金、沉淀硬化鋼、馬氏體時效鋼等。鋁合金時效硬化峰值出現(xiàn)在溶質組元的富集G-P區(qū)()末期。時效處理是強化合金的有效方法，可顯著提高合金的強度和硬度，調整時效溫度、時間可使合金的組織、性能滿足使用要求，獲得

3、高的屈服強度、蠕變強度、疲勞性能等。含銅4%的鋁合金經(jīng)自然時效后強度為400MPa，比退火狀態(tài)強度大一倍。時效硬化合金使用時，使用溫度不應超過其時效溫度。（ 3）時效硬化 age hardening經(jīng)固溶處理的過飽和固溶體在室溫或室溫以上時效處理，硬度或強度顯著增加的現(xiàn)象。原因是過飽和固溶體在時效過程中發(fā)生沉淀、偏聚、有序化等反應的產(chǎn)物，增加了位錯運動的阻力形成的。位錯與析出產(chǎn)物交互作用下硬化機制有位錯剪切析出相粒子，基體與粒子間相界面積增加，使外力轉變?yōu)榻缑婺? 析出相與基體的層錯能差異; 基體與析出粒子的切變模量不同。另外，析出相與基體共格應變場交互作用;參數(shù)不匹配;有序共格沉淀硬化作用;

4、位錯運動產(chǎn)生反相疇界，使位錯不能通過析出相而彎曲繞過形成位錯環(huán)也可產(chǎn)生硬化?？刂茣r效溫度、時間等條件可使合金獲得不同的組織結構和強化效果。（ 4）自然時效 natural aging過飽和固溶體 (主要是某些鋁合金) 在室溫(1040)停放一段時間的過程稱為自然時效。在室溫下停放時，強度隨時間的延續(xù)緩慢上升，達到一定數(shù)值后趨于穩(wěn)定; 與此同時，合金的塑性逐漸減小。在硬度及強度明顯增大前的一段時間內，塑性也較高，可進行成型加工及矯正等工序，然后再自然時效一段時間，待硬度 (強度) 達穩(wěn)定值后即可投入安裝使用。對明顯硬化前的時間間隔較短的合金，還可采用冷凍方法延遲時效過程，以便進行加工及矯正。自然

5、時效傾向較小的合金則需采用人工時效進行強化。（ 5）人工時效 Artificial ageing將經(jīng)過固溶處理的合金加熱到低于溶解度曲線的某一溫度保溫一段時間，使第二相在該溫度下發(fā)生脫溶，合金的強度和硬度升高。人工時效所需時間較短，但強化效果較差。在工業(yè)上比自然時效應用更加廣泛。（ 6）過時效 over-aging與獲得最高力學性能 (強度和硬度)的時效處理條件相比，由于時效溫度過高或時間過長，平衡脫溶沉淀相與母相的共格或半共格聯(lián)系被破壞，對位錯運動的阻力減小。特別是，隨著沉淀相顆粒的長大、粗化及球形化，位錯對其由切割變?yōu)槔@過，而繞過引起的附加切應力與顆粒半徑呈反比關系。因此，過時效會使合金的

6、強度和硬度降低每。一溫度下的時效對應一峰值硬度，溫度越高，峰值硬度越低。在一定溫度下，時效時間適當時達到峰值硬度，時間過長也會使強度和硬度下降。（7）最長時效古羅馬時效制度的一種，產(chǎn)生于羅馬帝國時代。其主要內容是：占有人無論是否出于惡意占有他人土地滿40年者有權拒絕所有人的追訴。狄奧多西時代，訴訟時效減為30年，查士丁尼安當政時復減為20 年，但特殊物品如寺院財物等其時效仍為40年。（ 8）回歸現(xiàn)象 reversion phenomenon將時效硬化處理的合金，放在遠高于時效溫度而低于固溶溫度的某一溫度下短時間回火，硬度和其他性能恢復到與剛淬火時差不多的現(xiàn)象，稱為回歸現(xiàn)象.一切時效硬化合金都有

7、回歸現(xiàn)象，尤以時效型鋁合金的回歸現(xiàn)象最典型.回歸現(xiàn)象的本質是 G.P區(qū).或沉淀相的重新固溶.合金淬火后在室溫下停留一段時間再進行人工時效，或者合金淬火后先進行塑性形變，再進行人工時效，常伴隨著一定程度的回歸現(xiàn)象.按照回歸對合金沉淀機制的影響，回歸可分為兩類.第一類回歸，即真回歸.在這類回歸中，合金中的G.P區(qū).在等于或高于G.P區(qū).溶線溫度(solvus)下，短時間就分解了，G.P區(qū).分解時，中間沉淀相不會同時形成，合金可恢復到剛淬火的單相狀態(tài).Al-Cu、Al-Zn 二元合金的回歸屬此類.這類合金可用回歸實驗確定G.P區(qū).溶線溫度.第二類回歸發(fā)生時，G.P區(qū).的分解比第一類慢很多，在 G.P

8、區(qū).完全分解的同時，中間沉淀相已開始形成，這意味著回歸之后達不到完全回歸的單相狀態(tài).Al-Ag 、Al-Zn-Mg、Al-Mg-Si 合金的回歸屬此類.將合金進行回歸處理后再時效，合金的硬度及其他性質的變化與淬火合金時效相似，只是時效硬化速率比淬火合金慢幾個數(shù)量級.這是因為回歸溫度比淬火溫度低得多，故過飽和空位少得多，使擴散不易進行所.有致人用回歸和再時效的方法來改善Al-Zn-Mg 系合金的抗應力腐蝕性能和綜合性能.（ 9）形變時效 deformed aging與塑性變形相結合的時效方法。由于變形能與相變能的共同作用，可達到形變強化與相變強化的綜合效果。該方法早在20世紀 30年代就已出現(xiàn)，

9、并已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。形變時效可分為低溫形變時效和高溫形變時效。(1)低溫形變時效。材料經(jīng)淬火后，于室溫下形變，然后進行時效處理。由于時效前的冷變形，在合金中引入大量的位錯，經(jīng)時效處理后，基體發(fā)生回復形成亞晶組織，得到亞結構強化;而過飽和固溶體的脫溶過程卻因冷變形而變得復雜它，與脫溶相的組成、淬火、變形以及時效等條件有關。一般來說，由于合金組織中存在大量的位向混亂的位錯，它們在晶內和晶界附近均勻分布。這些位錯的存在，有利于溶質原子的擴散，促使 GP區(qū)數(shù)量的增加，也有利于脫溶相分布均勻，使材料的強度得以提高，對消除晶界無沉淀帶也有良好的作用。如果在淬火與冷變形之間再加一道預時效處理，則可加速冷變

10、形后的脫溶過程。有時為了改善材料的熱穩(wěn)定性，也可將冷變形改為溫變形。雖然低溫形變時效可獲得較高的抗拉強度和屈服強度，但材料的塑性卻有所降低，對某些鋁合金還可造成蠕變抗力的下降和各向異性。(2)高溫形變時效。在熱變形后直接淬火和時效。該工藝不僅因淬火造成亞結構，以及隨后時效時脫溶相的均勻分布，使材料的強度提高，而且還因晶粒碎化、晶界彎折和亞晶界被脫溶質點釘扎，而使材料具有較好的塑性和組織穩(wěn)定性。以上兩種形變時效，以低溫形變時效應用較廣泛。高溫形變時效只在鋁鋅鎂系合金中得到較好的應用。但兩種形變時效都必須滿足如下基本要求，即淬火后基體不能發(fā)生再結晶，淬火后要獲得高濃度的過飽和固溶體。對淬火溫度范圍

11、狹窄、不容易淬透的合金，形變時效方法的使用就受到限制。（ 10）應變時效 strain age合金在變形時一種與屈服現(xiàn)象聯(lián)系在一起的，使金屬材料強度升高、塑性下降的行為。顯示低碳鋼應變時效的應力應變曲線如圖所示，曲線a 為退火低碳鋼試樣的應力應變曲線;曲線 b 為該試樣被拉伸至D 點后卸載，然后又立即加載所測得的應力應變曲線，由于前次加載時位錯已擺脫了柯氏氣團的釘扎，繼續(xù)立即拉伸不出現(xiàn)明顯的屈服臺階;曲線 c 代表試樣被拉伸到 E 點后卸載，并在室溫擱置幾天或在150時效幾小時再拉伸所測得的應力應變曲線，不但重新出現(xiàn)屈服臺階，而且上屈服點升高，這種現(xiàn)象稱為應變時效。重新出現(xiàn)屈服臺階是由于長期擱

12、置或時效時碳、氮原子又偏聚到位錯周圍重新形成柯氏氣團所致。顯示低碳鋼應變時效的應力應變曲線a初始試驗;b卸載后立即再試驗;c卸載時效后再試驗鋼的應變時效主要是碳、氮溶質原子與刃型位錯(見滑移)交互作用引起的，特別是氮，因為它在鐵中的溶解度比碳的高。螺型位錯也可能與碳、氮原子交互作用，在塑性變形過程中，也可能發(fā)生應變時效。這種時效稱為動態(tài)應變時效。碳鋼在200300時的藍脆現(xiàn)象即與此種應變時效有關。應變時效一般只發(fā)生在一定的溫度范圍內，但鋁鎂合金在室溫時即可出現(xiàn)這種現(xiàn)象。鎂原子在室溫下的擴散較慢，但由于變形過程中產(chǎn)生了許多空位，加快了鎂原子的擴散，因而在室溫就出現(xiàn)動態(tài)應變時效。應變時效可使沖壓工

13、件表面產(chǎn)生呂德斯帶，增大了粗糙度。為了避免這種現(xiàn)象可采取如下措施：加入少量鋁、釩、鈦、硼、鈮等元素，以形成穩(wěn)定的碳化物與氮化物，將碳、氮固定，可消除或減輕屈服點現(xiàn)象和應變時效;在拉延前，對板材進行比屈服伸長稍大的冷軋變形(變形率0.5%2%)，使位錯擺脫柯氏氣團的釘扎而后盡快進行沖壓，即可避免應變時效所導致的后果;對于低碳鋼板，中間停置時間不應超過24h。（ 11）鋁合金時效 aluminum alloy aging可熱處理強化鋁合金淬火后停放在室溫或較高溫度下以提高性能的方法。這是鋁合金熱處理常用的方法之一。室溫下進行的時效稱“自然時效”，在高于室溫下進行的時效稱“人工時效”。時效處理是提高

14、鋁合金力學性能和改善理化性能的重要手段。時效硬化現(xiàn)象最先由德國學者維爾姆(A.Wilm)于 1906年在研究鋁-銅-鎂系硬鋁合金時發(fā)現(xiàn)，之后在其他鋁合金系中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象1938。年，法國學者紀尼埃(A.Guinier)和比利時學者普雷斯頓各自獨立地闡明了鋁合金的時效硬化是由溶質原子形成的富集區(qū)(G.P區(qū).)所致。其后，人們對鋁合金的時效行為進行了大量的研究。在采用電子顯微鏡直接觀察時效的微觀結構變化后，對鋁合金時效本質有了更加深入的了解?？蔁崽幚韽娀X合金，淬火后形成過飽和固溶體，在室溫或稍高溫度中加熱能發(fā)生分解，其過程通常包括G.P區(qū).、亞穩(wěn)定相(鋁銅系合金用 和 表示，鋁銅鎂系合金用S

15、和 S表示，鋁鎂硅系合金用和表示，鋁鋅鎂系和鋁鋅鎂銅系合金用 和 表示)和穩(wěn)定相( ，S，T)三個階段。G.P.區(qū)是與鋁基體完全共格的，亞穩(wěn)定相與鋁基體部分共格，穩(wěn)定相與鋁基體非共格。共格或部分共格都能引起鋁基體晶格的畸變，因而導致鋁合金硬度和強度的升高以及其他性能的變化。當析出非共格的穩(wěn)定相時，合金即開始“軟化”，強度降低。不同系的鋁合金，從G.P區(qū).到亞穩(wěn)定相再到穩(wěn)定相的具體析出順序是不同的。常用工業(yè)鋁合金的時效序列如下：鋁銅系合金：G.P區(qū).(CuAl2)(片狀)鋁銅鎂系合金：G.P區(qū).SSS(CuMgAl2)(針狀或球狀)鋁鎂硅系合金：G.P區(qū).(Mg2Si)(針狀)鋁鋅鎂系合金：G.

16、P區(qū).(MgZn2)(球狀)T(Mg3Zn3Al2)鋁鋅鎂銅系合金的時效序列和鋁鋅鎂系合金的相同。（12）變形鋁合金的熱處理( 一) 變形鋁合金基礎狀態(tài)的代號表 1 變形鋁合金基礎狀態(tài)的代號及說明代 號名 稱說明與應用F自由加工狀態(tài)適用于在成型過程中，對加工硬化和熱處理條件無特殊要求舊代號 M的產(chǎn)品，力學性能不作規(guī)定O退火狀態(tài)適用于經(jīng)完全退火獲得最低強度的加工產(chǎn)品H加工硬化狀態(tài)適用于通過加工硬化提高強度的產(chǎn)品，產(chǎn)品在加工硬化后可經(jīng)過(也可不經(jīng)過)使強度有所降低的附加熱處理H 代號后面必須跟有兩位或三位阿拉伯數(shù)字W 固溶熱處理狀態(tài) 一種不穩(wěn)定狀態(tài)，僅適用于經(jīng)固溶熱處理后，室溫下自然時效的合金，該

17、狀態(tài)代號僅表示產(chǎn)品處于自然時效階段T熱處理狀態(tài)適用于熱處理后，經(jīng)過(或不經(jīng)過)加工硬化達到穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)(不同于 F、O、H 品狀態(tài))T 代號后面必須跟有一位或多位阿拉伯數(shù)字( 二) 變形鋁合金熱處理的代號表 2 變形鋁合金熱處理代號的說明與應用狀態(tài)代號說明與應用新舊T0CZY固溶熱處理后，經(jīng)自然時效再通過冷加工的狀態(tài)適用于通過冷加工提高強度的產(chǎn)品T1由高溫成型過程冷卻，然后自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)適用于由高溫成型過程冷卻后，不再進行冷加工(可進行矯直、矯平，但不影響力學性能)的產(chǎn)品T2由高溫成型過程冷卻，經(jīng)冷加工后自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)適用于由高溫成型過程冷卻后，進行冷加工或矯直、矯平以提高

18、強度的產(chǎn)品T3固溶熱處理后進行冷加工，再經(jīng)自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)適用于在固溶熱處理后，進行冷加工或矯直、矯平以提高強度的產(chǎn)品T4CZ固溶熱處理后自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)適用于在固溶熱處理后，不再進行冷加工(可進行矯直、矯平，但不影響力學性能)的產(chǎn)品T5RCS由高溫成型過程冷卻，然后進行人工時效適用于由高溫成型過程冷卻后，不再進行冷加工(可進行矯直、矯平，但不影響力學性能)，予以人工時效的產(chǎn)品(續(xù)表)狀態(tài)代號說明與應用新舊T6CS固溶處理后，進行人工時效的狀態(tài)適用于固溶處理后，不再進行冷加工(可進行矯直、矯平，但不影響力學性能)的產(chǎn)品T7固溶處理后進行過時效的狀態(tài)適用于固溶處理后，為了獲得某些

19、重要特性，在人工時效時，強度在時效曲線上越過了最高峰點的產(chǎn)品T8固溶熱處理后經(jīng)冷加工，然后進行人工時效的狀態(tài)適用于經(jīng)冷加工或矯直、矯平以提高強度的產(chǎn)品T9CSY固溶熱處理后人工時效，然后進行冷加工的狀態(tài)適用于經(jīng)冷加工提高強度的產(chǎn)品T10由高溫成型冷卻后，進行冷加工，然后人工時效的狀態(tài)適用于冷加工或矯直、矯平以提高強度的產(chǎn)品注：某些 6×××系的合金，無論是經(jīng)過爐內固溶熱處理，還是從高溫成型過程急冷以保留可溶性組分在固溶體中，均能達到相同的固溶熱處理效果，這些合金的 T3、T4、T6、T7、T8 和 T9 狀態(tài)可采用上述兩種處理方法的任一種。( 三) 變形鋁合金熱處

20、理工藝及硬度表 3 變形鋁合金熱處理工藝及硬度固溶過燒淬火介時效時效合金溫度質及溫硬度 HBW溫度/溫度/時間/h度/2A01(LY1)500±5室溫水(2)自然時效>96 702A02(LY2)500±5或512室溫水16517516100500_(3(-5)+32A04(LY4)503508512室溫水自然時效120240115自然時效1202402A06(LY6)503507518室溫水人工時效： 12012141251352B11(LY8)500-1+5室溫水自然時效>96 105自然時效>962B12(LY9)502室溫水人工時效：4854956

21、12110120185195自然時效>96T4 處理：2A10(LY10)525±5室溫水人工時效：24 9075±52A11(LY11)500-1+5525室溫水自然時效>96 105自然時效T6：120>961352A12(LY12)485495505室溫水人工時效：612T851：140185195160(續(xù)表)合 金固溶過燒淬火介時效時效硬度 HBW溫度/溫度質及溫溫度/時間/h/度/2A16(LY16)535±5545室溫水1651901836 1002A17(LY17)535±5545室溫水1801951216 956A02

22、(LD2)520530570室溫水自然時效>240 95人工時效：8151551656070(LD2-2) 546552565<40水1608>1202A50(LD5)520±5545室溫水1501606121051252B50(LD6)520±5545室溫水1501606121051252B70(LD7)520535545室溫水190±520 1152A80(LD8)520535545室溫水190±520 1152A90(LD9)505520普通件：穩(wěn)定化：5795120室 溫水23024057復雜件：人工時效：65100 人工時效：水1651702A14(LD10)502±3515室溫水165±518120140170±510(鍛件)4A11(LD11)504516540小件：室溫168174612 120水大件：65100水6061(LD30)525530室溫水1701756895120(續(xù)表)合 金固溶過燒淬火介時效時效硬度 HBW溫度/溫度質及溫溫度/時間/h度/6063(LD31)515525室溫水