合金的时效 (1)
铝合金时效硬化现象
铝合金时效硬化是指在合金经过适当的热处理后，其力学性能会随时间而改变和提高的现象。
这种现象主要发生在某些铝合金中，特别是含有合适量的合金元素（如铜、镁、硅等）的铝合金。
时效硬化的基本过程如下：
固溶处理（固溶化）：首先，将铝合金加热至固溶温度（固溶化温度），使合金中的溶质元素均匀溶解在铝基体中形成固溶体。
在这个过程中，溶质元素与铝基体形成了固溶体的固溶体溶解度限制。
快速冷却（淬火）：在固溶处理后，合金需要快速冷却以防止溶质元素重新形成亚稳相或析出。
时效处理：经过固溶处理和快速冷却后，合金通常需要进行时效处理。
时效处理包括两个阶段：
时效过程I（低温时效）：将合金加热到低于固溶温度但高于室温的温度，并在一定时间内保持恒定温度。
在这个过程中，固溶体中的溶质元素开始扩散并形成亚稳相。
这些亚稳相的形成导致了合金的初期硬化。
时效过程II（高温时效）：在低温时效后，合金需要再次加热到较高的温度，并在一定时间内保持。
在这个过程中，亚稳相会进一步成长和析出，形成细小的析出相，如硬质相或弥散相。
这些析出相的形成会进一步增加合金的强度和硬度，从而提高其时效硬化效果。
时效硬化的机理涉及溶质元素的扩散、亚稳相的形成和析出相的成长。
通过适当的时效处理，可以控制合金中亚稳相和析出相的形成和分布，从而调节合金的硬度、强度和其他力学性能。
需要注意的是，不同的铝合金系统具有不同的时效硬化行为。
因此，在具体的铝合金材料中，时效处理的温度、时间和时效工艺参数需要根据合金组成和所需的性能进行优化和调整。
铝合金时效过程
铝合金时效过程85-3顾景诚—、前言铝合金时效现象是在1906年由德国的Wilm发现的。
他在九月一个星期六的上午将AI-4%Cu-0. 5%Mg合金于水中淬火后，下午进行硬度测定，过了星期天，星期一上午继续测定硬度，发现硬度显著增加，原以为硬度计失灵，但是，反复验证结果总是一样。
Wilm将此结果于1911年以《含镁铝合金的物理冶金学研究》为题发表出来。
从此以后，人们对铝合金时效现象做了大量研究工作。
时效处理已成为铝合金强化的重要手段。
今天，铝合金材料应用这样广泛，成为仅次于钢铁，而且正以它无与伦比的优点来代替木材、铜材、钢铁等，都应当归功于时效现象的应用。
经过半个多世纪，各国学者共同努力，对各种铝合金系的析出行为、析出理论、析出与合金性能的关系，做了大量研究工作。
尤其是随着现代科学技术的发展、电子显微技术、电子微区分析、热差分析、X射线衍射技术的应用，对析出相的形核、成长、长大做出了定量研究，使我们对时效现象的本质有了进一步认识。
最近，日本高桥恒夫等用高能电子显微镜对铝铜合金的时效过程的晶格直接摄影, 摄取了GP(1)区和GP(2)区的结构。
但是，从各国开发新结构铝合金材料来看，利用时效现象来提高时效硬化型铝合金的性能也并非顺利，这说明对铝合金时效现象本质应做进一步探讨。
作者于1983年7月在沈阳听了日本高桥恒夫教授关于铝合金时效析出问题的讲座。
高桥先生介绍了他们试验室的最新研究成果和有关铝合金时效析出的现代理论。
结合其他一些文献现将讲座主要内容介绍如下。
二、过饱和固溶体的结构在变形铝合金范围内，合金成分基本上处在Q-AI的固溶体范围内。
对于时效型变形铝合金，它们的成分在室温和略高温度下都稍微超过它的固溶极限，而在高于某一温度却小于固溶极限，也就是说在这一温度之上呈固溶状态。
将高温的固溶状态通过强制冷却，在常温下仍保持固溶状态，这种做法称之为固溶处理。
所得到的固溶体称为过饱和固溶体。
过饱和固溶体是一种不稳定的组织，不仅溶质原子呈过饱和状态，而空位也呈过饱和状态。
铝合金时效实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究铝合金时效处理对材料性能的影响，通过对比不同时效条件下的硬度、强度和耐腐蚀性能，分析时效处理对铝合金性能的优化效果。
二、实验材料与方法1. 实验材料：选用某型号铝合金板材，尺寸为100mm×100mm×10mm。
2. 实验方法：- 时效处理：将铝合金板材分别进行以下时效处理：- 人工时效：将板材加热至180℃，保温2小时，自然冷却至室温；- 自然时效：将板材在室温下放置，自然时效30天；- 低温时效：将板材加热至-20℃，保温2小时，自然冷却至室温。
- 性能测试：- 硬度测试：采用维氏硬度计测试板材的维氏硬度；- 强度测试：采用万能试验机测试板材的拉伸强度和屈服强度；- 耐腐蚀性能测试：采用盐雾试验箱测试板材的耐腐蚀性能。
三、实验结果与分析1. 时效处理对硬度的影响：- 人工时效处理后的板材硬度最高，维氏硬度为300HV；- 自然时效处理后的板材硬度次之，维氏硬度为280HV；- 低温时效处理后的板材硬度最低，维氏硬度为260HV。
2. 时效处理对强度的影响：- 人工时效处理后的板材拉伸强度最高，达到400MPa；- 自然时效处理后的板材拉伸强度次之，达到380MPa；- 低温时效处理后的板材拉伸强度最低，达到360MPa。
3. 时效处理对耐腐蚀性能的影响：- 人工时效处理后的板材耐腐蚀性能最佳，盐雾试验后无腐蚀现象；- 自然时效处理后的板材耐腐蚀性能次之，盐雾试验后出现轻微腐蚀；- 低温时效处理后的板材耐腐蚀性能最差，盐雾试验后出现严重腐蚀。
四、实验结论1. 时效处理对铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能均有显著影响。
2. 人工时效处理能够有效提高铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能；3. 自然时效处理对铝合金的性能提升效果较好，但不如人工时效处理；4. 低温时效处理对铝合金的性能提升效果较差，且耐腐蚀性能最差。
五、实验建议1. 在实际生产中，应根据铝合金的使用要求选择合适的时效处理方法；2. 对于要求高硬度和强度的铝合金制品，建议采用人工时效处理；3. 对于要求良好耐腐蚀性能的铝合金制品，建议采用自然时效处理；4. 对于要求兼顾性能和成本的铝合金制品，建议采用低温时效处理。
第三章合金的时效
一般而言，在固溶体 析出情况中，临界晶核尺 寸和临界晶核形成功也是 随着体积自由能差值的增 加而减小的。在时效温度 相等的条件下，随着溶质 元素含量的增加，即随着 固溶体过饱和度的增加， 析出物的临界尺寸是减小 的，在溶质元素含量相等 的情况下，随着时效温度 的降低，临界晶核尺寸是 减小的，这是因为固溶体 过饱和度增加的缘固。
Cu原子半径为Al原 子半径的87%左右，所以有理 由认为最近邻那两层Al原子 层间距的收缩大约为10%，相 邻各层原子间距的收缩逐渐 减小。可以看出，在Cu原子 层边缘的点阵畸变最为剧烈。 由于Cu原子半径与Al原子半 径之间的差值较大（-11.8%)， Cu原子层在形成时所发生的 弹性应变能较大，所以Al-Cu 合金中的G.P.区呈圆盘状。
θ ″相和基体 仍保持完全共格的 关系。随着的θ ″ 相成长，在θ ″相 周围的基体相中不 断 产生 应力 和应变。 如图示出θ ″相周 围基体相的应变。
（四） θ′相的结构与形成 θ′相也具有正方点阵，成分相当于CuAl2。是 通过形核长大方式形成的。与θ″相不同，θ′相是不 均形核，通常是在螺型位错及胞壁处形成。与基体相保 持部分共格联系。
3、不连续析出
不连续析出的主要特征是沿晶界不均匀形核， 然后逐步向晶内扩展，同时伴有应变诱发再结晶。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应变诱发再结晶： 在等温条件下，由于应力 和应变不断增加而诱发的再结晶称为应变诱发再结晶。
不连续析出过程中，析出区与未析出区，在界 面两侧溶质浓度的变化是突变的，不连续的。溶质原子 在析出过程中只做短程扩散。
（二）微量元素的影响
在时效型合金中，除了必不可少的溶质元素外， 往往为了一定的目的而再加入一些其它合金元素，或者 由于冶炼等方面的原因而残留下来一些元素。这些元素 的含量虽然不多，但是却可对析出过程产生很大的影响。 1、降低溶质原子的扩散速度 例如在Al-Cu系合金中，当加入Cd、Sn或In以 后就是如此。由于Cd、Sn或In原子与空位的结合能大于 Cu原子与空位的结合能，因此在固溶淬火时后大部分的 空位皆与Cd、Sn或In原子结合，这样，Cu原子的扩散由 于缺乏空位的帮助而变得困难。
铝合金锻件固溶、时效、退火
6~12 T6
2A70 锻件
520~535 T4
185~195
20 T6
2A90 锻件
505~520(3) T4
165~170
5~7 T6
4A11 锻件
504~516(3) T4
168~174
8~12 T6
4032 模锻件
505~520(6) T4
165~175
10 T6
6A02 锻件
510~530 T4
自由锻件
530~540
T4
T4 T352(2)
185~195
185~195 170~180
26 T6
26 T6 18 T852(2)
2A14 锻件
499~505 T4
165~175
10 T6
2A50 锻件
515~525 T4
150~160
6~12 T6
2A60 锻件
515~525 T4
150~160
155~165
8~15 T6
6070 锻件
546~552 T4
155~165
8
T6
6061 锻件 7A04 锻件 7A09 锻件 7A10 锻件
525~530 T4 465~475 W 460~475(6) W 468~473 W
170~180
8
T6
120~125 135~145(4)
24 16(4)
495~505 T4
165~175
16 T6
2A11 锻件
499~505 T4
T6Leabharlann 2A12 锻件485~498 T4
185~195
6~12 T6
2A16 锻件
原理第3章合金的脱溶沉淀与时效ppt课件
几种时效硬化型合金的析出系列
析出系列 G.P.区(球)′(片) G.P.区(盘)″(盘) ′ G.P.区(球)M′(片)
G.P.区(杆)′ G.P.区(杆 、 球)s′
G.P.区(盘) G.P.区(球)
″(盘) ′(立方体)
平衡析出相 (Ag2Al) (CuAl2) M(MgZn2) (Mg2Si) s(Al2CuMg) (CuBe)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第七章 合金的脱溶沉淀与时效
定义：从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）、形成溶质原子聚集区以及亚 稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。 条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少 。 固溶处理：将双相组织（+）加热到固溶度线以上某一 温度（如 T1）保温 足够时间，获得均匀的单相固溶体相的处理工艺。 时效：合金在脱溶过程中，其机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变 化，这种现象称为时效。
″相与基体相仍保持完全共格关系。″相仍为薄片状，片的厚度约 0.8～2nm，直径约 14～15nm。
随着″相的长大，在其周围基体中产生的应力和应变也不断地增大。 ″相具有正方点阵，点阵常数为：
a＝b＝4.04Å，与母相相同 c＝7.8 Å ，较相的两倍(8.08 Å)略小
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
遭到破坏，″相转变为新的过渡相′相。 ′相也具有正方点阵，点阵常数为 ： a＝b＝4.04 Å c＝5.8 Å。 ′相的成分与 CuAl2相当。 ′相的点阵虽然与基体相不同，但彼此之
时效处理对2198铝锂合金硬度及力学性能的影响
科技创新与应用Technology Innovation and Application工艺创新2021年10期时效处理对2198铝锂合金硬度及力学性能的影响漆诚，彭亮亮，吕晨，吴莉华（航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西南昌330000）铝合金具有优异的综合性能、成熟的设计和加工方法及可靠的检测手段，成为航空航天飞行器主要结构材料[1]。
铝锂合金因是理想的航空航天高质量结构材料和其优异的综合性能而被广泛应用于航空航天领域[2]。
2198铝锂合金是近年来发展起来的新型第三代铝锂合金，由于其密度低、高低温综合力学性能好、耐腐蚀性好、疲劳裂纹扩展速率低等优点，在航空航天领域必将具有广阔的应用前景。
美国航天中心已用加铝公司制造的2198-T8铝锂合金取代2219-T8铝合金生产出火箭的第一、二级燃料桶及桶盖，并已使用该火箭成功向国际空间站运送物资[3]。
铝锂合金主要通过固溶+时效的热处理方式产生沉淀硬化，铝锂合金自然时效的主要强化相是金属化合物δ′（Al3Li）[4]。
在二元Al-Li中加入铜和镁，可有效的提高合金强度。
更重要的是铜、镁原子与δ′相会复合产生富Cu相和富Mg相，促进稳定的T1（Al2CuLi）相的生成[5]。
在2198等Al-Li-Cu-Mg系铝锂合金中，T1相作为δ′相的结晶核心形成复合强化，阻止并分散了平面滑移，从而起到合金强化作用[6-7]。
实际上，铝锂合金的成分比较复杂，在不同结晶条件和热处理冷却速度下所沉淀的相，可有多种多样，不同的合金热处理制度，可以生成各种合金的稳定沉淀相和亚稳定杂质相。
除产生δ′和T1相外，当过饱和固溶体在室温自然时效时，还会在固溶体的特定晶面上形成GP区，构成提高变形抗力的共格应力场，合金强度开始增加，当GP区极度弥散时，达到峰值强度，当在较高温度进行时效时，还会析出θ″、θ'、θ、T2、T、S″、S'、S等相[8-9]。
总的来说，加入微量合金元素使合金析出的相更加复杂，但同时也使合金获得了更佳的综合性能。
第三章 合金的时效
（五） θ相的结构与形成 一般认为，θ相是由θ′长大而成。随着θ′ 相的长大，θ′相周围的α相中的应力、应变和弹性应 变能越来越大，θ′相就越来越不稳定。当θ′相长大 到一定尺寸时， θ′相与α相完全脱离，而以完全独 立 的 平 衡 相 -θ 相 出 现 。 θ 相 也 具 有 正 方 点 阵 ， a=6.066Å，c=4.874Å。θ相与基体相之间为非共格关 系。 G.P.区的形成是凭借浓度起伏的均匀成核，过 渡相与平衡相的形成可以有两种情况：一是以G.P.区为 基础逐渐演变为过渡相以至于平衡相，Al-Cu合金属于 此类，二是通过非均匀形核长大方式。
Al-4Cu合金时效硬化曲线
时效过程的基本规律： 先由固溶处理获得双重过饱和的空位和固溶体； 时效初期，由于空位的作用，使溶质原子以极大的速 度进行重聚形成G.P.区；随着提高时效温度和增加时 效时间，G.P.区转变为过渡相，最后形成稳定相。此 外，在晶体内的某些缺陷地带也会直接由过饱和固溶 体形成过渡相或稳定相。
θ″ 相 和 基 体 仍保持完全共格的 关 系 。 随 着 的 θ″ 相 成 长 ， 在 θ″ 相 周围的基体相中不 断 产生 应力 和应变。 如 图 示 出 θ″ 相 周 围基体相的应变。
（四） θ′相的结构与形成 θ′相也具有正方点阵，成分相当于CuAl2。是 通过形核长大方式形成的。与θ″相不同，θ′相是不 均形核，通常是在螺型位错及胞壁处形成。与基体相保 持部分共格联系。
时效硬化：一般情况下，在析出过程中，合金的硬度 或强度会逐渐升高，这种现象称为时效硬化或时效强化， 也可称为沉淀硬化或沉淀强化。 时效合金：能够发生时效现象的合金称为时效型合金 或简称为时效合金。 成为这种合金的基本条件：一是能形成有限固溶体； 二是其固溶度随着温度的降低而减小。 时效处理如采用室温下放臵的方法进行，则称为自 然时效或室温时效；如采用加热到一定温度的方式，则 称为人工时效。
al-cu合金的时效过程
al-cu合金的时效过程Al-Cu合金的时效过程可以分为以下几个阶段：1. G.P.区形成：在时效初期，母相a固溶体表面上出现了一个原子层厚的Cu原子聚集区，该区域与母相保持共格，同时点阵畸变产生了应力场，这是时效硬化的主要因素。
2. 过渡相形成：随着G.P.区的形成，时效时间延长或时效温度提高，导致过渡相的形成。
3. 相形成：在时效进行过程中，片状相周围共格关系部分遭到破坏，使得相转变为新的过渡相相。
4. 平衡相形成（即相的形成）：当相长大到一定尺寸后，它将与a相脱离，成为独立平衡相。
这个过程是Al-Cu合金时效过程的主要阶段。
在时效过程中，相的转变、形成和长大对其力学性能和微观结构具有重要影响。
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Al-Cu合金的时效过程是一个复杂而有趣的过程，它不仅涉及到材料的化学成分和物理性质，还涉及到原子尺度的结构和行为。
在这个过程中，我们可以观察到多个阶段的转变和演化，这些阶段不仅改变了合金的微观结构，还对其力学性能产生了显著的影响。
G.P.区的形成是一个非常关键的阶段。
在这个阶段，固溶体表面上的Cu原子开始聚集，形成一个原子层厚的区域。
这个区域与母相保持共格，这意味着它们的结构和原子排列是相似的。
这种共格关系产生了点阵畸变，进而产生了一个应力场。
这个应力场是时效硬化的主要因素，因为它能够有效地抵抗位错的运动，从而提高合金的硬度。
随着时效时间的延长或时效温度的提高，过渡相开始形成。
这个阶段标志着合金从一种状态转变为另一种状态。
过渡相的形成和性质取决于时效条件，如温度和时间。
这些条件可以影响过渡相的成分、结构和性质。
在时效进行的过程中，片状相周围共格关系部分遭到破坏，使得相转变为新的过渡相相。
这个阶段标志着合金从一种稳定状态转变为另一种稳定状态。
新的过渡相相的性质也取决于时效条件。
最后，当相长大到一定尺寸后，它将与a相脱离，成为独立平衡相。
这个阶段标志着合金从一种非平衡状态转变为平衡状态。
第3章 合金的时效
Cu 原 子 边 缘 点 阵 发 生 畸 变 ， 产生应力场，时效硬化
➢在过饱和固溶体初期形成，形成速度快，均匀分布
➢晶体结构与母相（过饱和固溶体）相同，与母相保持第一 类共格关系 界面能小而弹性应变能大
➢在热力学上是亚稳定的
6
3.1 脱溶沉淀过程
G.P.区的特点 ➢当析出物体积一定时，其弹性应变能按
球状（等轴状） 针状 圆盘状（薄片状） 的顺序依次减小，及球状脱溶相的界面能最小，圆盘状的 应变能最小。
7
பைடு நூலகம்
3.1 脱溶沉淀过程
θ’’区的形成（G.P.2区）
溶质原子与溶剂原子发生规则排列
θ’’区的特点
➢仍为薄片状，正方结构（与母相相同） ➢晶体结构与母相保持完全共格关系 ➢在热力学上是亚稳定的 ➢为了保持与母相共格，产生更大的弹性畸变能，使硬度提 高（合金达到最大强化阶段）
8
3.1 脱溶沉淀过程
θ’区的形成
形成与平衡相成分相同，但与母相部分共格过渡相
θ’区的特点
➢不均匀形核 ➢仍为薄片状 ➢成分与CuAl2相当 ➢晶体结构与母相保持部分共格关系 ➢在热力学上是亚稳定的 ➢对位错运动的阻碍减小，合金的硬 度开始降低
9
3.1 脱溶沉淀过程
θ区的形成
当θ’区长大到一定程度， θ’与α完全脱离，形成平衡相
强度：250N/mm2
放置后： 强度：>400N/mm2
固溶处理＋时效
T℃
L
α
5.49
α+ θ
Al wCu/%
从过饱和固溶体中析出第二相或形成溶质原子 偏聚区及亚稳定过渡相的过程—脱溶
5
3.1 脱溶沉淀过程
铝合金时效工艺
一、时效方法铝合金和钢铁不同，淬火以后的变形铝合金不能立即强化。
它得到的是一种过饱和固溶体组织。
这种过饱和固溶体不稳定，它有自发分解的趋势。
在一定的温度下，保持一定的时间，过饱和固溶体发生分解(称为脱溶)，引起铝合金强度和硬度大幅度提高，这种热处理过程称之为时效。
在室温下自然停放一定的时间，铝合金强度及硬度提高的方法称为自然时效。
入为的将铝合金制品在高于室温下的某一温度，保温一定的时间，以提高铝合金强度及硬度的方法称入工时效。
对于Al-Mg-Si系的6063合金而言，自然时效进行得非常缓慢，在室温下停留半个月，甚至更长的时间，也达不到最佳的强化效果，比入工时效的强化效果要差30%～50%，所以一般都采用入工时效。
含有主要强化相Mg2Si、MgZn和Al2Mg3Zn3的合金、都只有进行入工时效才能获得最高的强度。
含有主要强化相CuAl2和S(A12CuMg) 等相的合金，采用自然时效和入工时效两种方法都可以。
如2A11和2A12合金采用自然时效和入工时效都可以获得最佳强化效果。
究竟采用哪种时效方法，这需要根据合金的本性和用途来决定。
一般在高温下工作的变形铝合金多采用入工时效，而在室温下工作的变形铝合金宜采用自然时效。
二、时效强化机理铝合金的时效强化理论，有很多种说法。
如弥散硬化理论、滑移干扰理论、溶质原子富集成强化或硬化区理论等。
目前普遍认为时效强化或硬化是原子富集形成强化区的结果。
经科学实验证实，用X射线方法对铝合金过饱和固溶体分解动力学研究和通过电子显微镜对薄膜透射观察，看到中间过渡析出阶段(硬化区)的数量、大小、形状和分布特点，描绘了硬化区的形象，揭示了铝合金时效硬化现象的实质。
但时效硬化是一个非常复杂的问题，与合金的成分、时效工艺、生产过程中的加工状态都有关系，目前对时效的认识还不十分彻底。
下面仅介绍硬化区理论。
铝合金在淬火加热、快速冷却时，形成过饱和固液体。
过饱和固溶体有从不稳定状态向稳定平衡状态转变的趋势。
合金的时效 (1)
二、连续脱溶沉淀及显微组织
在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度
变化为连续的即称为连续脱溶。 连续脱溶可分为均匀脱溶和非均匀脱溶。均匀脱 溶的析出物较均匀地分布在基体中，非均匀脱溶的析 出物的晶核优先在晶体缺陷处形成。非均匀脱溶有滑
移面析出和晶界析出。
三、非连续脱溶沉淀（胞状脱溶）及显微组织 沿晶界不均匀形核，然后向晶内扩展；其脱溶物
四、时效后的显微组织
脱溶类型及其显微组织
脱溶沉淀的类型：
局部脱溶、连续脱溶和非连续脱溶。
一、局部脱溶沉淀及显微组织
局部脱溶析出物的晶核优先在晶界、亚晶界、滑移面、 孪晶界面、位错线、孪晶及其他缺陷处形成，这是由于这些 区域能量高，可以提供形核所需的能量。
常见的局部脱溶有滑移面析出和晶界析出。
某些时效型合金(如铝基、钛基、 铁基，镍基等)在晶界析出的同时， 还会在晶界附近形成一个无析出区。
• 通过固溶处理和时效可以将合金的强度提高百分之几
十甚至几倍。
几种有色合金的热处理强化效果 合金 铝合金 镁合金 铍青铜
牌号
2A01
160 (退火) 300 (淬火＋自 然时效)
2A12
230 (退火) 440 (淬火＋自 然时效)
ZM5
180 (铸态) 440 (淬火＋人 工时效)
QBe2
180 (软态) 440 (淬火＋人 工时效)
原子的扩散，因此也与固溶体中的空位浓度有关。
2. 合金成分的影响 • 在相同的时效温度下，合金的熔点越低，脱溶速度就 越快。低熔点合金的时效温度较低，而高熔点合金的 时效温度较高，如 Al 合金在 200℃以下，马氏体 时 效钢在 500℃左右。
•
•
一般来说，随溶质浓度增加，脱溶过程加快。
铝管时效要求
铝管时效要求全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铝管时效是指将铝合金材料加热到一定温度后保持一段时间，然后迅速冷却以提高其硬度和强度的热处理工艺。
在工程制造中，铝管时效经常被用来改善铝合金材料的性能，提高其耐热性、耐腐蚀性和机械性能。
对于铝管时效的要求也是非常严格的，下面我们来详细了解一下铝管时效的要求。
铝管时效的温度要求非常重要。
一般来说，铝合金的时效温度为150℃-200℃左右。
时效温度的选择取决于具体的铝合金种类和所需的性能指标。
过低的时效温度会导致材料硬度提升不足，而过高的时效温度则可能造成晶粒长大，影响材料的综合性能。
在铝管时效过程中要严格控制时效温度，确保达到预期的性能指标。
时效时间也是铝管时效的关键参数之一。
时效时间是指材料保持在时效温度下的时间，一般为1-10小时不等。
适当的时效时间可以有效提高铝合金材料的硬度和强度，但是时效时间过长则可能导致材料变质或产生裂纹。
在进行铝管时效时需要根据具体的材料和要求来确定适当的时效时间。
在铝管时效的过程中还需要注意对冷却方式的选择。
通常情况下，采用水淬或空气冷却的方式可以有效地控制铝合金材料的晶粒大小和组织结构，从而提高其硬度和强度。
在选择冷却方式时要根据具体的合金种类和加工要求来确定，以确保铝管时效效果符合预期。
铝管时效后需要进行相应的质量检测和性能测试。
通过金相显微镜观察、硬度测试、拉伸试验等方法可以对铝合金材料的性能进行全面的评估，确保其符合设计要求。
还需要对铝管时效过程中的各项参数进行记录和分析，及时发现问题并进行调整，以不断优化铝管时效的工艺流程。
铝管时效要求严格，需要在温度、时间、冷却方式和质量控制等方面做到精准把握，确保铝合金材料的性能达到最佳状态。
只有这样，才能保证铝管时效的效果和质量符合要求，为工程制造提供更优质的铝合金材料。
第二篇示例：铝管是一种常见的金属材料，在工业生产中得到广泛应用。
铝管经过时效处理后，可以提高其硬度和强度，从而增加其使用寿命和耐久性。
合金的时效名词解释
合金的时效名词解释在材料科学领域，合金时效是指通过一定的热处理过程，使合金材料在特定时间内发生显著的性能变化。
时效是合金材料强度和耐腐蚀性能的重要因素，对于提高材料的力学性能和延长材料寿命具有重要意义。
1. 时效的定义时效是指将合金材料在固溶处理后，在经过一定时间的高温热处理过程中，通过固溶体里的一些元素重新进行析出或重新排列的过程。
这种析出或重新排列可以改变合金的组织结构和晶体结构，从而使合金材料的性能得到提高。
2. 时效的分类按照热处理过程中的时间和温度变化，时效可以分为两类：自然时效和人工时效。
自然时效是指将固溶化处理完的合金材料放置在室温条件下，让其自然老化以达到时效效果。
自然时效的时间较长，通常需要数天甚至数周的时间。
自然时效适用于需要较低强度但较高韧性的材料。
人工时效是通过在高温条件下进行加热处理来实现合金时效。
热处理过程中的时间和温度可以根据具体材料和应用要求进行调节。
人工时效通常包括两个阶段的处理，即过热和时效。
过热是指将合金材料加热至固溶区域以上的温度，使固溶体中的溶质均匀溶解。
随后，将合金材料迅速冷却至时效温度，促使溶质析出或重新排列。
3. 时效的影响因素时效时间和温度是影响时效效果的关键因素。
通常情况下，时效时间越长，时效效果越显著。
温度也会影响时效效果，通常情况下，较高的温度和较长的时效时间可以促使更多的析出相形成，从而使合金材料的强度和硬度提高。
合金的成分也是影响时效效果的重要因素。
不同元素的存在会影响固溶体的稳定性和析出相的形态，从而对时效效果产生影响。
有些元素在合金中有固溶限度，过量的溶质可能导致析出相形成的困难。
此外，合金的冷处理、固溶化温度和时效温度的选择以及过热温度的控制等也会影响合金的时效效果。
这些因素决定了合金材料中析出相的量和尺寸，进一步影响到材料的力学性能和耐腐蚀性能。
4. 时效的应用合金的时效主要应用于航空航天、汽车制造、船舶建造等领域，用于提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性。
第七章合金的脱溶沉淀与时效知识分享
强度、硬度较低（HRC30，因C量低），成型性能 好。 时效强化效应，时效后屈服强度为： 1400~3500MPa. 二．铁基合金中的淬火时效 1.铁素体中合金K脱溶 2.奥氏体钢淬火时效现象
§7.6合金的调幅分解
调幅分解定义：由过饱和固溶体分 解产生两种结构相同，成分不同的 固溶体（但一个为溶质富化，一个 为溶质贫化），这种分解按扩散--偏聚机构进行的固态相变。 一．热力学条件 成分在拐点之间的合金（G-C曲线 下凹） 换句话：只有在的范围内的合金才 能进行调幅分解，即RKV范围内。
度越快 （2）溶质浓度的影响 （3）微量元素 3.固溶处理工艺的影响：温度、时间、冷速
§7.3 脱溶后的显微组织
一、连续脱溶及其显微组织 二、非连续脱溶及其显微组织
§7.4合金时效时的性能变化
1.硬度变化 2.时效硬度变化因素 （1）时效过程中固溶体
脱溶，过饱和度下降， 固溶强化降低； （2）基体发生回复与再 结晶； （3）新相的析出。
二．调幅分解过程
是纯扩散过程，一般脱溶分解是下坡扩散，即高浓度向 低浓度扩散，而调幅分解是上坡扩散，低浓度向高浓度 扩散。 三．组织、结构、性能 1.结构特点：分解产物与母相晶体结构相同，仅成分不 同，故新相与母相始终保持共格关系。 2.组织特点：因新相与母相在分解过程中，始终保持共 格关系，必然产生应力场，应变能增加。 （1）择优取向析出 (2)弥散C曲线的形式
形成GP区、过渡相、平衡相需要孕育期；
温度越高，过饱和度下降；
例：T1温度：GP区→β´→β
T2温度：β´→ β
T3温度：β
CAexp( W) KT
铝合金时效
铝棒均质炉在铸造铝棒的过程中，铝棒内部化学成分和组织有不均匀的现象，同时内部一般都存在着残余应力，为消除铸锭的残余应力，消除铸锭的化学成分和组织的不均匀，进而改善铸锭的压力加工工艺性以及制品的某些最终性能，这就一定要对铸锭进行均匀处理固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺(绝大多数进行时效强化的合金，原始组织都是由一种固溶体和某些金属化合物所组成。
固溶体的溶解度随温度的上升而增大。
在时效处理前进行淬火，就是为了在加热时使尽量多的溶质溶入固溶体，随后在快速冷却中溶解度虽然下降，但过剩的溶质来不及从固溶体中分析出来，而形成过饱和固溶体。
为达到这一目的而进行的淬火常称为固溶热处理。
) 时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底. 根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。
高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。
从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。
比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。
含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。
对于一般铝合金，自然时效时，屈服强度稍低而耐蚀性较好，采用人时效时，合金屈服强度较高而伸长率和耐蚀性都降低。
对于铝－锌－镁－铜系合金入LC4则相反，当采用人工时效时，合金耐蚀性比自然时效好。
铝中合金元素和杂质对性能的影响1 合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分平衡相图如图所示。
材料科学基础名词解释
《材料科学基础》名词解释1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ”，θ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12、不全位错柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
[资料]铝合金热处理-时效
![[资料]铝合金热处理-时效](https://img.taocdn.com/s3/m/76839848ac02de80d4d8d15abe23482fb4da02b0.png)
众所周知，固溶热处理过的材料，以时间和温度为主要因素，从过饱和固溶状态产生析出，在此过程中材料的强度增加。
这种现象称为时效现象，它是继固溶热处理的重要的过程。
一般在室温下引起的时效叫做自然时效，在高温下引起的时效叫做人工时效。
前者也称为低温时效，后者也称为高温时效。
在室温时效时，时效速度缓慢不能达到最终值，而在高温时效时，时效速度达到最大值后引起软化。
这种现象称为过时效。
图5 2014，6061合金板材的人工时效条件与强度的关系图5是2014，6061合金板材的高温时效曲线，根据时间和温度的因素来了解淬火时的强度变化。
表4是实用合金的析出处理条件的一个例子。
用日本工业标准标号表示，T4状态为低温时效，T6为高温时效。
某些合金在热加工时就呈固溶状态，不用淬火处理，而只用析出处理也能获得强度。
6063挤压的材料的T5处理是其代表性的处理。
在生产过程中，时效处理时的生产技术上的问题，不比固溶处理时少。
因此更详细些就涉及到时效处理的机理。
如上所述，固溶热处理→室温过饱和固溶→时效→硬化发生性质上的变化，这是由于在过饱和固溶体的分解过程中合金结构发生了变化，因此关于形成什么样的析出相，过去就进行了大量的研究。
现在，对研究最多的了解详细的铝-4%铜合金的强化机理为例加以说明。
图6示出在两种时效条件下铝-4%铜合金析出硬化的区域、中间相的范围与硬度的关系，由此形成过饱和固溶体→G.P(1)→G.P(2)→→→CuAl2的序列。
图6 铝-4%铜合金在2种时效条件下时效硬化时组织对硬度的影响由于在室温那样比较低的温度下形成G.P区，因而在一定的临界温度以上加热时变为不稳定和再固溶。
由于这样原因，在时效硬化时强化的机械性能可以返回到固溶处理后(沾火当时)的软质状态。
这种现象称为回归。
例如，铝-4%铜合金进行常温时效，产生G.P区，如果再把它在200℃下加热1分钟左右，就恢复到淬火后的状态。
时效硬化的机理从位错理论来说，由于存在上述那样的析出质点，可根据位错运动妨害的程度情况来说明。
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2、连续脱溶加不连续脱溶 • • • (a)表示首先发生非连续脱溶，接着发生连续脱溶。 从(a)到(c)表示非连续脱溶的胞状组织(包括伴生的再结晶 )从晶界扩展至整个基体。 (d)表示析出物发生了粗化和球化。基体中溶质已发生贫化
，并已经发生了再结晶而使基体晶粒细化。
3、不连续脱溶 • • (a)到(c)表示非连续脱溶的胞状组织(伴生的再结 晶)从晶界扩展至整个基体。 (d)表示析出物粗化和球化。
QBe2
180 (软态) 440 (淬火＋人 工时效)
抗拉强度 MPa
•
固溶时效处理的一般步骤：固溶处理 → 过饱和 固溶体 → 时效(析出)→ 饱和固溶体＋析出相(弥散 相 )。 • 合金固溶(淬火)处理+时效热处理，其工艺操作与钢 基本相似，但强化机理与钢有本质上的不同。
共析钢和铝合金淬火时的组织变化示意图
溶体中，然后取出快速冷却，得到过饱和固溶体的热
处理过程，称为固溶处理，又称为无多型性转变的淬
火。
（二）时效强化
• 过饱和固溶体在室温放臵或加热到某一温度时，将在 基体中析出弥散分布的第二相的过程称作时效。 • 时效过程使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强 化或时效硬化。
• 时效过程中析出均匀弥散的共格或半共格的亚稳相，
脱溶驱动力： 新相和母相的体系自由能差.
脱溶阻力：
形成脱溶相的界面能和应变能。
G.P.区：△G1＝a－ b θ″相：△G2＝a－ c θ′相：△G3＝a－ d θ相： △G4＝a－ e
（2 ）合金时效过程
一、G.P区的形成――形成铜原子富集区(GP区) 经固溶处理获得的过饱和固溶体,在发生分解之前 有一段准备过程,这段时间称为孕育期。随后，铜原子 在铝基固溶体(面心立方晶格)的{100}晶面上偏聚，形 成铜原子富集区，称为GP[I]区。
• G.P.区与母相保持共格关系，界面能较小，弹性应变能较大。
•
G.P.区的形状与溶质和溶剂的原子半 径差有关。 △R小于 3％时析出物呈球状， △R大于 5％时析出物
呈圆盘状。
3. G.P.区形成的原因:
G.P 区的形核是均匀分布的，其形核率与晶体中
非均匀分布的位错无关，而强烈依赖于淬火所保留
3. 时效温度的影响 • 时效温度越高，原子活动性就越强，脱溶速度也就 越快。 • 但是随着时效温度升高，化学自由能差减小，同时 固溶 体的过饱和度也减小，这些又使脱溶速度降低 ，甚至不再脱溶 • A1-4％Cu-0.5％Mg 合金的时效温度从 200℃提高 到 220℃，时效时间可以从 4h 缩短为 1h。
胞状组织与珠光体组织的区别在于：
由共析转变形成的珠光体中的两相(γ→α+Fe3C)
与母相在结构和成分上完全不同，而由非连续脱溶所
形成的胞状物的两相(α0→α1+β)中必有一相的结
构与母相相同，只是其溶质原子浓度不同于母相而已
。
• 非连续脱溶与连续脱溶相比有以下区别：
(ⅰ) 界面浓度变化不同 (ⅱ) 前者伴生再结晶，而后者不伴生再结晶。 (ⅲ) 前者析出物集中于晶界上，至少在析出过程初期如此 ，并形成胞状物；而后者析出物则分散于晶粒内部， 较为均 匀； (Ⅳ) 后者属于短程扩散，而前者属于长程扩散。
• 7. 合金时效应用举例。
一、合金固溶与时效相关概念
提高有色合金强度的途径
• 目前工业上主要采用：
•
• • • •
形变强化
时效强化 固溶强化 细晶强化 第二相强化
其中固溶处理+时效处理是金属材料的最重要的强
化处理手段。
固溶处理（淬火）和时效 (一）固溶处理
将合金加热到一定温度，使合金元素溶入到固
对位错运动的阻碍进一步增大，时效强化作用更大。
θ″相周围的弹性畸变区 θ″相TEM图像
从 G.P.区转变为过渡相的过程可能有两种情况： • 以 G.P.区为基础逐渐演变为过渡相，如A1-Cu合 金以 G.P.区为基础，沿其直径方向和厚度方向(以 厚度方向为主)长大形成过渡相θ″相。 • 与 G.P.区无关，过渡相独立地均匀形核长大， 如Al-Ag合金。
间延长而下降。温时效的温度越高，硬度上升就越快，达最大
值的时间就越短，但所能达到的最大硬度反而就越低。 • 冷时效与温时效的温度界 限视合金而异，A1合金一般约 在100‴左右。冷时效与温时 效往往是交织在一起的。
Al-38%Ag合金时效过程硬度 变化曲线
2159(Al-Cu-Mn-Mg基)铝合金180℃时效硬化变化曲线
•
不同成分的A1-Cu合金在130‴时效时硬度与 脱溶相的变化规律。时效硬化主要依靠形成 G.P.区和θ″相，以形成θ″相的强化效果最 大，当出 现θ′相以后合金的硬度下降。
时效前期，弥散析出相所引起的硬化超 过了另外两个因素所引起的软化，因此硬 度将不断升高并可达到某一极大值。 时效后期，由于析出相所引起的硬化小于 另外两个因素所引起的软化，故导致硬度 下降，此为温时效。若时效时仅形成 G.P.区，硬度将单调上升并趋于一恒定值 ，此为冷时效。
1. G.P.区特点： • • • • (1) 在过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度很 快，均匀分布。 (2) 晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相 保持共格关系。 (3) 在热力学上是亚稳定的。 (4) G.P区在电子显微镜下观察呈圆盘状，有时候呈
球状或针状。
2. G.P区的显微组织及其结构模型
二、合金的时效过程和脱溶物 的结构
以Al-Cu合金为例。在室温时的最大溶解度为 0.5%Cu，而在548℃时，极限溶解度为5.6%Cu。其
脱溶顺序为：G.P.区→θ″相→θ′相→θ相，
时效过程包括以下四个阶段： • G.P区的形成 • θ″的形成 • θ′的形成 • θ的形成
（1）合金时效过程的热力学
下来的空位浓度（因为空位能帮助溶质原子迁移）
。凡是能增加空位浓度的因素均能促进G.P区的形成
。
二、过渡相θ″的形成与结构
在GP[I]区的基础上铜原子进一步偏聚，GP区
进一步扩大，并有序化，即形成有序的富铜区，称为 GP[Ⅱ]区，为过渡相.常用θ″表示。 由于θ″相区与基体仍保持共格关系，因此其周 围基体产生弹性畸变，它比GP[I]区周围的畸变更大,
第三章 合金的时效
本章内容
• 1. 固溶处理、时效、时效硬 化、脱溶的基本概念。 • 2. 合金的脱溶过程和脱溶物的结构。
• 3. 合金过饱和固溶体脱溶转变的热力学和动力学。
• 4. 合金过饱和固溶体脱溶后的组织。
• 5. 合金过饱和固溶体脱溶转变时的性能变化。
• 6. 合金时效时产物的强化机制。
中的α相和母相α之间的溶质浓度不连续而称为非
连续脱溶。非连续脱溶脱溶时两相耦合成长，与共 析转变很相似。可表示为：α0=α1+β • 非连续脱溶的显微组织特征是在晶界上形成界 限明显的领域，称为胞状物、瘤状物。胞状物一般
由两相所组成：一相为平衡脱溶物，大多呈片状；
另一相为基体，系贫化的固溶体，有一定的过饱和 度。
原子的扩散，因此也与固溶体中的空位浓度有关。
2. 合金成分的影响 • 在相同的时效温度下，合金的熔点越低，脱溶速度就 越快。低熔点合金的时效温度较低，而高熔点合金的 时效温度较高，如 Al 合金在 200℃以下，马氏体 时 效钢在 500℃左右。
•
•
一般来说，随溶质浓度增加，脱溶过程加快。
有些元素对时效各个阶段的影响是不同的，如 Cd 、Sn 使 G.P.区 形成速度显著降低。但 能促进θ′相沿 晶界析出。
在基体中能形成强烈的应变场。
• 通过固溶处理和时效可以将合金的强度提高百分之几
十甚至几倍。
几种有色合金的热处理强化效果 合金 铝合金 镁合金 铍青铜
牌号
2A01
160 (退火) 300 (淬火＋自 然时效)
2A12
230 (退火) 440 (淬火＋自 然时效)
ZM5
180 (铸态) 440 (淬火＋人 工时效)
•
脱溶过程的规律： 时效温度越高，固溶体 的过饱和度就越小，脱溶过程的阶段也就 越少 ；而在同一时效温度下合金的溶质原子浓度越 低，其固溶体过饱和度就越小，则脱溶过程的 阶段也就越少。
影响脱溶动力学的因素 凡是影响形核率和长大速度的因素，都会影响 过饱和固溶体脱溶过程动力学。其影响因素包括 • • • 晶体缺陷的影响 合金成分的影响 时效温度的影响
三、 过渡相θ′的形成与结构 • 随着时效过程铜原子在θ″相基础上继续偏聚，片状θ″相周
围的共格关系部分遭到破坏，当Cu和Al原子比为1:2时，形成
过渡相θ′。呈圆片状或碟形，尺寸为100nm数量级。
• 对位错运动的阻碍作用 减小，硬度开始降低。
• θ′相与基体α之间仍然保
持部分共格关系，而θ″
二、连续脱溶沉淀及显微组织
在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度
变化为连续的即称为连续脱溶。 连续脱溶可分为均匀脱溶和非均匀脱溶。均匀脱 溶的析出物较均匀地分布在基体中，非均匀脱溶的析 出物的晶核优先在晶体缺陷处形成。非均匀脱溶有滑
移面析出和晶界析出。
三、非连续脱溶沉淀（胞状脱溶）及显微组织 沿晶界不均匀形核，然后向晶内扩展；其脱溶物
固溶时效处理示意图
• 合金具有沉淀强化效果的先决条件: (1)加入基体金属中的合金元素应有较高的极限固
溶度，且在其相图上有固溶度变化，其固溶度随温度
降低而显著减小；
(2)淬火后形成过饱和固溶体在时效过程中能析出
均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中能形 成强烈的应变场。 (3)沉淀强化相是硬度高的质点。
四、时效后的显微组织
脱溶类型及其显微组织
脱溶沉淀的类型：
局部脱溶、连续脱溶和非连续脱溶。
一、局部脱溶沉淀及显微组织