差热分析法研究铝合金时效机理
铝合金时效处理工艺说明.
铝合金的热处理铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大,因而在热处理时也有所不同。
前者保温时间长,一般都在2h以上,而后者保温时间短,只要几十分钟。
因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的,其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多,故其在热处理时的保温也短很多。
铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀,有异形面或内通道等复杂结构外形,为保证热处理时不变形或开裂,有时还要设计专用夹具予以保护,并且淬火介质的温度也比变形铝合金高,故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。
一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能,稳定尺寸,改善切削加工和焊接等加工性能。
因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求,除Al-Si 系的ZL102,Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外,其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能,具体有以下几个方面:1消除由于铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力;2提高合金的机械强度和硬度,改善金相组织,保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能;3稳定铸件的组织和尺寸,防止和消除高温相变而使体积发生变化;4消除晶间和成分偏析,使组织均匀化。
二、热处理方法1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力,稳定加工件的外形和尺寸,并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化,改善合金的塑性。
其工艺是:将铝合金铸件加热到280-300℃,保温2-3h,随炉冷却到室温,使固溶体慢慢发生分解,析出的第二质点聚集,从而消除铸件的内应力,达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。
2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度(一般在接近于共晶体的熔点,多在500℃以上,保温2h以上,使合金内的可溶相充分溶解。
均质工艺对6082_铝合金组织和性能的影响
0引言铝合金作为汽车轻量化的首选材料，在汽车领域的应用逐渐提高[1-2]。
6×××系铝合金具有良好的比强度及加工特性，还有良好的热塑性、优良的耐蚀性及理想的综合力学性能，而且很易氧化着色，因此在汽车、建筑等行业得到了广泛应用[3-5]。
6082铝合金是典型的可热处理处理6×××系铝合金，具有较高的比强度、优异的耐蚀性、良好的焊接性、良好的挤压性能以及优良的力学性能，被广泛应用于汽车、高速轨道列车、船舶工业领域。
汽车悬架控制臂是6082铝合金的典型应用之一，该类产品作为汽车中重要零件之一（见图1），用于传递车轮所需各向支撑力，以及承受全部的前后方向应力[6]。
它是底盘系统的重要安全件，在设计中要求强度高、可靠性好，它的强度直接关系到车辆和人员的安全。
悬架控制臂的典型加工工艺为锻造后机加工，所用锻坯为挤压圆棒。
由于该部件在使用过程中承受疲劳载荷，因此对该部件的性能要求较高（特别是中高端车型）。
对于锻坯（挤压圆棒）的要求也极为苛刻，典型要求包括挤压态圆棒粗晶层深度≤0.5mm，固溶热处理时效后纵向拉伸力学性能高出国标30MPa，且对于锻后零件内粗晶层和力学性能也要求极高。
图1悬架控制臂黄继武[7]等研究了490～560℃条件下均匀化热处理中β相和α相的转变情况，以及非平衡析出物鱼骨状共晶形态的变化，并基于这些化合物的转变和尺寸分布确定出最佳的均质工艺为560℃保温6h。
谢怡纯[8]等人采用差热分析、光镜、电镜、电导率仪和硬度计，研究了Mn含量0.45%的6082合金在550℃条件下4～10h保温时间内，铸锭内部第二相形态分布、硬度和电导率数值，以硬均质工艺对6082铝合金组织和性能的影响王兴瑞1，曹善鹏1，汲庆涛2，庞广鑫1，王永红2（1.山东南山铝业股份有限公司，烟台265700；2.山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，烟台265700）摘要：本文以6082铝合金为研究对象，使用不同工艺对圆铸锭进行均质热处理，随后经过相同的工艺挤压圆棒，并经过相同的热处理工艺时效至T6状态。
Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用
收稿日期:2007-07-14.基金项目:辽宁省优秀人才基金资助项目(2005221003).作者简介:李荣德(1960-),男,甘肃酒泉人,教授,博士生导师,主要从事铸造合金新材料、压铸等方面的研究. 材料科学与工程文章编号:1000-1646(2007)06-0642-04Zn 在AlSiCuMg 合金时效过程中的作用李荣德,张晓丽,李润霞(沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023)摘 要:研究了微量合金元素Zn 对高强度铸造合金Al 2Si 2Cu 2Mg 时效过程的影响.通过差热分析和透射电镜等分析测试方法表明:当锌的添加量在w (Zn )=011%～110%时,可提高合金的时效峰硬度,加快合金的硬化速度.当Zn 含量为015%时,合金的时效峰最高,当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度有所降低,但仍高于无Zn 合金.通过DSC 和TEM 分析显示,微量的Zn 固溶于基体中,加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相,从而使合金获得了较高的峰时效硬度.关 键 词:Al 2Si 2Cu 2Mg 合金;锌;时效强化;差热分析;透射电镜中图分类号:TG 146 文献标识码:AE ffect of Zn in aging process of Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloyL I Rong 2de ,ZHAN G Xiao 2li ,L I Run 2xia(School Materials Science and Engineering ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110023,China )Abstract :The influence of trace Zn on the aging process of high strength Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloy was investigated.It is noted through DSC and TEM analysis that the addition of 011%to 110%Zn into the Al 2Si 2Cu 2Mg alloy can promote the age 2hardening process and increases the hardness of the alloy under the condition of peak aging.When the content of Zn is 015%,the highest hardness is obtained.With increasing the content of Zn to 1%,the hardness of the alloy decreases ,but is still higher than that of the alloy without adding Zn.The results of DSC and TEM analysis reveal that the addition of trace Zn promotes the precipitation of fine metastable phases and lead to the increase in hardness of the alloy.K ey w ords :Al 2Si 2Cu 2Mg alloy ;Sn ;Age 2hardening ;DSC ;TEM 铸造Al 2Si 2Cu 2Mg 合金具有高强度、低热膨胀系数、良好的铸造性能及耐磨性等特点,并广泛应用于制造活塞、汽缸体、汽缸盖和曲轴箱等铸件[1-2].国内外许多牌号铝合金都添加微量Zn 以改善性能.Zn 在同时添加有Mg 、Cu 、Si 等合金化元素的三元或四元铝合金中起重要作用,形成MgZn 2强化相,可显著提高铝合金的强度.在我国的Al 2Si 系合金Z L115、Al 2Cu 系合金Z L305等合金中都加有Zn ,因为Zn 可稍微提高合金的强度,但韧性有所下降.在Z L107A 中,Zn 的存在提高了Cu 的溶解速度和溶解度,提高了合金的塑性;在Al 2Si 2Cu 系合金中,Zn 可提高Cu 的溶解速度和溶解度,还可提高合金的塑性[3].Zn 在Al 中的溶解度非常大,当铝硅合金中含锌量大于6%时,组织中没有铝硅合金(如Z L102)那样的初生α枝晶.当含锌量增加到25%时,在富锌晶界处已看不见粗大的共晶硅.说明锌具有在钠变质条件下消除铝硅合金初生α固溶体相的作用,还有促进初生硅析出倾向的作用.用铝硅二元合金的共生理论解释,说明Zn 可使变质铝硅合金偏右的相图共生区(伪共晶区)向左扩大[4].第29卷第6期2007年12月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 129No 16Dec.2007当Al中加入的Zn大于10%时,能显著提高合金的强度,它的最大优点是不需热处理就能使合金强化.但这种合金抗蚀性能差,有应力腐蚀倾向,铸造时容易产生热裂.Zn在非Al2Zn系铝合金中的添加量控制在1%为好,因为超过1%,则抗蚀性能降低,并且凝固时收缩量也大,有助长裂纹的倾向.目前通过添加微量元素Zn提高合金热处理后性能的研究还不多,本文旨在通过DSC和TEM等方法,研究微量元素Zn对铸造Al2Si2Cu2 Mg合金热处理后力学性能和组织的影响.1 实验材料和方法纯Al和Al230Cu、Al227Si、Al210Mn、Al24Ti 中间合金在740℃加热熔清后,加入纯Mg和纯Zn,经六氯乙烷除气,三元钠盐变质处理后,在金属模中浇注成<12mm×60mm的试棒,实验用5种合金的化学成分见表1.试样在氮气保护固溶炉中(525±5)℃固溶12h,60～80℃温水水淬,淬火延迟时间小于10s.淬火处理后的试样在台式干燥箱中175℃时效处理1～24h.硬度试样的尺寸为<12mm×5mm,每个硬度值为6个测点的平均.依据标准G B145259制备的拉伸试样(<5mm×25mm),试样经(525±5)℃/12h固溶,175℃/5h时效处理后,在CSS255100型拉伸实验仪上测试抗拉强度和延伸率,拉伸速度为011mm/s,每个值取3个试验的平均值.表1 合金的化学成分T ab11Chemical composition of alloysNo1Si Cu Mg Zn Mn Ti Al1919811480148—01180120其余2919611530151011001180118其余31010211510149012501180119其余4919711500150015001190118其余51010111490151110001190119其余 在DSC实验中,将尺寸为<5mm×015mm 的圆片置于氮气保护下,540℃保温处理20min 后液氮淬火.随后立即在Perkin2Elmer7C型热分析仪上进行分析,试样从50℃加热至600℃,加热速度为10℃/min.TEM观察用试样从拉伸后的试样上获得,先在距断口1～2mm处线切割成015mm的薄片,机械减薄至30μm后,用20%硝酸+80%甲醇的电解液在-20℃下双喷减薄,在PHIL IPS EM400型透射电子显微镜上观察合金的显微组织.2 试验结果211 Z n对合金时效过程的影响图1为不同Zn含量合金的时效硬化曲线.由图1可以看出:每一条曲线皆呈现硬化双峰现象[5-6],合金元素Zn的添加显著提高了合金的峰时效硬度,同时也加快了合金的硬化速度.图1 实验合金175℃的时效硬化曲线Fig11 Age2hardening curves of alloys at175℃与No11合金对比可以看出,其他4条合金时效硬化曲线皆在其上方,也就是说,加Zn合金的硬度均高于不加Zn合金的硬度.在011%～015%范围内,随Zn含量的增加,时效硬度曲线逐渐提高,加Zn后合金(No14)的峰时效硬度由不加Zn合金(No11)的112MPa提高到了118MPa.但Zn对合金时效强化的这种促进作用也是随着Zn含量的增加先增大后降低.当Zn含量为015%时,合金的时效峰最高,而Zn含量增大到1%时,峰时效硬度反而有所降低.随Zn含量的增加,时效第一峰时间提前, No11合金时效第一峰值在6h出现,No12合金第一峰值为5h出现,而No14合金的第一峰值时间则提前到了4h.即加Zn后合金经过较短时间的时效处理就可以使硬度有较大幅度的提高.差示扫描量热仪能够跟踪时效硬化合金在连续加热过程中过饱和固溶体分解、GP区形成与溶解、中间沉淀相析出与溶解以及最终沉淀相析出与溶解等全过程,是一种分析合金的时效析出序列的有效手段.图2为No11合金和No15合金的DSC曲线.两条曲线上都出现了4个放热峰,这些放热峰的出现是由于在升温过程中不同类型时效沉淀相的析出所致.由以往的研究可346第6期李荣德,等:Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用 知[1,7-8],Al 2Si 2Cu 2Mg 合金(No 11)DSC 曲线上的两个放热峰A 、B ,分别对应于GP Ⅱ区θ″相的形成、θ′过渡相的形成.在合金中加入了微量Zn 后,DSC 曲线上的放热峰A 提前出现,即放热峰A 出现温度降低,GP Ⅱ区θ″相的形成时间提前.放热峰B 无明显变化,即此范围内的Zn 不影响θ′过渡相的的形成.由此可说明微量元素Zn 明显加快了合金时效强化相(高密度GP Ⅱ区)的析出过程.图2 合金的DSC 曲线Fig 12 DSC curves of as 2quenched alloys during heating212 Z n 对合金显微组织的影响在Al 2S i 合金中加入Mg 、Cu 、Zn 元素,一方面能不同程度地溶入α固溶体中,使固溶体结构复杂化,提高合金的强度;更为重要的是,它们在合金中还能生成Mg 2S i 、Al 2Cu 、S (Al 2CuMg )、W (Al 4Mg 5Cu 4S i 4)等化合物相.它们在α固溶体中的溶解度随温度的下降而降低,经淬火(固溶化)和时效处理后,使合金的力学性能大大提高.图3为合金峰时效时不同析出相的形貌及其分布(对应第一个时效峰).峰时效时在枝晶内观察到非常细小而弥散分布的针状析出相(长度为10～20nm ),这些细小的析出物为GP 区.由这些析出相的尺寸和形貌判断它们是以GP Ⅱ区为主的GP 区.在以GP 区为主要强化相的合金中,基体沉淀相的强度低,因而位错能剪切析出物,基体容易产生共面滑移,形成强滑移带,造成位错在晶界堆积,随之产生较大的局部应力,此时强化主要来源于GP 区在基体中所引起的内应力以及位错穿过它们所引起的化学效应对位错的阻碍作用.在基体组织中除了这些细小的针状相,还观察到了一些尺寸更为细小的点状析出物(直径<5nm ),可以看到这些细小的相均匀地分布在合金的基体中.Al 2Si 2Cu 2Mg 合金中的主要时效脱溶相为θ和β序列[9-10]:α相→GP 区→θ″→θ′→θ相(Al 2Cu )和α相→GP 区→β″→β′→β相(Mg 2Si ).由DSC 和TEM 实验结果可知,Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效强化主要来源于高密度GP Ⅱ区(θ″)和亚稳相(θ′)的强化.而微量元素Zn 对Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效过程有着显著的影响,有效地促进了合金的时效析出过程.图3 合金的TEM 组织Fig 13TEM images of alloys a 1No 11合金175℃时效6h b 1No 14合金175℃时效4h3 结 论1)添加Zn 元素,可提高Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的峰时效硬度,但当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度反而降低.2)合金元素Zn 明显加快了合金时效强化相的析出过程,使Al 2Si 2Cu 2Mg 合金在较低温度发生相变.3)Zn 元素促进了GP Ⅱ区θ″相形成,进而加快了亚稳相析出,且亚稳相形态细小而弥散.参考文献:[1]K ang H G.Age 2hardening characteristics of Al 2Si 2Cu 2base cast alloy [J ].AFS Trans ,1999,27:507-514.[2]王金国,周宏,大成桂作,等.镍和锰对Al 2Si 2Cu 2Mg四元合金凝固组织和时效硬化的影响[J ].中国有色金属学报,2000(10):168-172.446 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷(WAN G Jin2guo,ZHOU Hong,K eisaku Ogi,et al.E ffect of Ni and Mn on solidified microstructure and ag2ing hardening of Al2Si2Cu2Mg alloy[J].Trans Nonfer2 rors Met S oc China,2000(10):168-172.)[3]李德成,李玉胜.Z L107A高强度铸造铝合金成分的优化[J].铸造,1997(11):48-50.(L I De2cheng,L I Yu2sheng.Optimization of ingredient of Z L107A casting aluminum alloy[J].Foundry,1997(11):48-50.)[4]赵浩峰,王玲,刘旭东.锌对铝硅合金组织和性能的影响研究[J].特种铸造及有色合金,1994(2):5-7.(ZHAO Hao2feng,WAN G Ling,L IU Xu2dong.The effect of Zn on microstructure and properties of Al2Si al2 loy[J].Special Casting&Nonferrous Alloys,1994(2): 5-7.)[5]Li R X,Li R D,He L Z,et al.Age2hardening behaviorof cast Al2Si base 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铝合金热处理-时效
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。
基于正交试验的低镁ZL305铝合金热处理工艺优化
基于正交试验的低镁ZL305铝合金热处理工艺优化王满林;卢行乐;吴永国;柴舒心;屈俊岑;高世磊;万元元【摘要】目的优化低镁含量ZL305铝合金热处理工艺参数.方法采用正交试验法,研究固溶温度、固溶时间、淬火介质对低镁ZL305铝合金力学性能和组织的影响.结果固溶温度对抗拉强度的影响最大且显著,固溶时间和淬火介质温度对抗拉强度的影响次之,但不显著;对断后伸长率影响最大的是固溶温度,其次是淬火介质温度和固溶时间,但影响均不显著.结论当采用固溶温度为495℃、固溶时间为12 h、淬火介质温度为25℃的处理参数时,低镁ZL305铝合金材料的固溶效果最优.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2017(009)004【总页数】5页(P116-120)【关键词】低镁ZL305铝合金;正交试验;热处理工艺;优化【作者】王满林;卢行乐;吴永国;柴舒心;屈俊岑;高世磊;万元元【作者单位】海装重庆局,重庆 401120;重庆长安工业(集团)有限责任公司,重庆401120;重庆长安工业(集团)有限责任公司,重庆 401120;西南技术工程研究所,重庆400039;西南技术工程研究所,重庆 400039;西南技术工程研究所,重庆 400039;西南技术工程研究所,重庆 400039【正文语种】中文【中图分类】TG166.3ZL305铝合金属于热处理强化型铸造铝合金，在新淬火状态下，抗拉强度可达290 MPa，断后伸长率可达8%，密度仅为2.62 g/cm3，具有优良的力学性能和抗电化学腐蚀能力，被应用于大型船舶上承受较大冲击载荷的关键部件[1—5]。
该合金铸造流动性较差，热裂敏感性强，对铸造工艺水平要求较高，使其仅限于应用在国防领域特种装备的重要部位，未能在铝合金铸件领域进行大量推广应用[6—9]。
近年来，由于国防领域研发水平飞速发展，大量重型装备战技指标日益提高，导致ZL305铝合金铸件在某些服役条件恶劣的环境下，难以满足装备整体性能的要求，具体表现为自然时效导致A18Mg5相大量析出，造成材料抗拉强度升高，断后伸长率下降，进而降低冲击韧性，使该合金铸件开裂倾向增大[10—13]。
铝合金淬火及时效曲线测定
四、实验步骤与方法
读数显微镜使用 首先将读数显微镜划线板刻度0~8mm调清楚，对准压痕一 边相切，然后读数鼓轮旋转与压痕，另一边相切，这时可以在 鼓轮上读出数据(鼓轮为0.01mm)。 可能出现如下三种情况： (1)满一个格子为1.00mm； (2)不满一个格子在鼓轮上读数为0.01mm； (3)超过一个格子在鼓轮上读数再加上1.00mm。 如1.00+0.78=1.78 查10D2得HBSA=97.2
D d
2 2
F：负荷250kgf π：系数3.14 D：压头5mm d：压痕直径 从公式得到，F、D、π是已知，只要测量d 值就知道HBS值。因此采用DM读数显微镜(放 大20x)测量d值，然后查表(10D2)即可。
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T
α
β
固溶处理 速冷 过饱和α 人工时效 饱和α＋析出相 自然时效
α
α＋β A B
析出
t
饱和α固溶体＋析出相 过饱和α固 固溶处理 （弥散细小的硬质点） 溶体 （固溶淬火）
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二、实验原理
脱溶的一般序列：
以Al－Cu合金为例说明脱溶转变的过程：从Al－Cu合金相图可知，该合金 室温组织由α固溶体和θ相（CuAl2）构成，加热到550℃保温，使θ溶入α，得单 相α固溶体，如果淬火快冷，便得到过饱和α固溶体，然后再加热到130℃保温 进行时效处理，随时间的延长，将发生下列析出过程（析出序列）： α → G· P区 → θ// → θ/ → θ 其中G· P区、θ//、θ/为亚稳定相。
测定硬度应取三点进行测定(最好选中心部位), 但每两点离压痕中心距离不小于压痕直径4倍，压痕 中心距试样边缘的距离不小于压痕的2.5倍，查表。 （建议根据实验条件要求，试样测定布式硬度值HB， 测定硬度时选用参数为：负荷250kgf（2.452kN）， 淬火钢球直径Φ5mm，负荷保持时间30秒）。
铝合金的时效强化是如何进行和完成的
铝合金的时效强化是如何进行和完成的经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高的现象称之为时效，也称铝合金的时效硬化。
这是铝合金强化的重要方法之一。
由定义可知，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。
铝合金时效分析
铝合金时效分析实验
一、实验目的
（1）熟悉铝合金的分类、特性及用途。
（2）掌握变形铝合金的时效处理过程及组织分析。
（3）掌握变形铝合金时效过程的硬度变化。
（4）掌握铝合金的硬度测试。
二、实验原理概述
（1）铝合金时效硬化现象——铝合金淬火后放置，其硬度将随时间的推移不断升高。
（2）时效硬化的本质——在固溶度曲线以下自过饱和固溶体析出了能使硬度得到提高的第二相。
（3）时效是铝合金强化的重要方法之一.
三、实验内容及步骤
（1）熟悉本实验所用的7A04合金的组织。
（2）观察和分析7A04合金的固溶+时效的组织。
（3）测试7A04合金自然时效和人工时效的硬度。
四、实验仪器及设备
布、洛氏两用硬度计显微维氏硬度计
五、实验结果及数据处理。
铝合金在高温环境下的热膨胀系数研究
铝合金在高温环境下的热膨胀系数研究在工程领域，铝合金是一种常用的材料，广泛应用于各种制造和建筑项目中。
然而，在高温环境下，铝合金的热膨胀系数可能会对其性能和可靠性产生影响。
因此，研究铝合金在高温环境下的热膨胀系数具有重要的意义。
一、热膨胀系数的定义和意义热膨胀系数指的是材料在温度变化时的尺寸变化比例。
通常用线膨胀系数（α）、表面膨胀系数（β）和体积膨胀系数（γ）来表示。
其中，线膨胀系数表示单位长度的材料在温度变化时长度的变化量，表面膨胀系数则表示单位面积的材料在温度变化时面积的变化量，体积膨胀系数表示单位体积的材料在温度变化时体积的变化量。
研究铝合金在高温环境下的热膨胀系数有助于理解其在实际工程应用中的变形和稳定性能。
在高温条件下，物质的热运动加剧，原子间的相互作用力减弱，导致晶体结构产生变化。
这种变化可能引起铝合金的尺寸膨胀或收缩，从而对工程结构的稳定性和可靠性造成影响。
因此，准确测量和了解铝合金在高温条件下的热膨胀系数，对于合理设计和使用铝合金材料至关重要。
二、铝合金的热膨胀系数铝合金是一种具有良好机械性能和导热性能的材料。
它的热膨胀系数随着合金成分的变化而不同。
通常情况下，铝合金的热膨胀系数较小，导致其在高温条件下的尺寸变化相对较小。
这使得铝合金在高温环境下具有较好的稳定性和可靠性。
然而，不同的铝合金材料在高温条件下的热膨胀系数存在差异。
一般而言，添加一定数量的合金元素（如铜、镍等）可以有效降低铝合金的热膨胀系数。
这是因为合金元素的加入可以改变铝合金的晶格结构，减弱原子间的相互作用力，从而降低材料在高温环境下的热膨胀程度。
三、影响铝合金热膨胀系数的其他因素除了合金成分的影响外，铝合金的热膨胀系数还受到其他因素的影响，包括温度变化范围、材料的制备工艺以及晶体缺陷等。
首先，温度变化范围对铝合金的热膨胀系数有明显影响。
在相同合金成分下，随着温度的升高，铝合金的热膨胀系数通常会增大。
这是因为在高温条件下，晶体的热运动更加剧烈，原子间的相互作用力减弱，导致材料的膨胀程度增加。
时效处理对7050锻造铝合金微观组织及性能的影响
时效处理对7050锻造铝合金微观组织及性能的影响陈烨; 刘志义; 赵娟刚; 刘冠华【期刊名称】《《矿冶工程》》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】5页(P129-132,143)【关键词】时效处理; 7050锻造铝合金; 微观组织; 回归再时效; 自然时效; 力学性能; 腐蚀性能【作者】陈烨; 刘志义; 赵娟刚; 刘冠华【作者单位】中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG156Al-Zn-Mg-Cu 合金强度高、密度小,作为结构材料被广泛应用于航空和高速列车等领域［1-3］。
作为可热处理强化合金,时效处理是提高合金综合性能的主要手段。
通过T6 处理,合金能达到较高的强度,但缺点是抗腐蚀性能差；而过时效(T7X)态合金抗腐蚀性好,但拉伸强度下降。
RRA 处理［4］能克服以上2 种时效处理的缺陷,该时效态合金晶内析出相为GP 区和细小η′颗粒,晶界为粗大的断续分布的η 相,因而合金具有较高的强度和低的腐蚀敏感性［5］。
本文在前人热处理工艺的研究［5-7］基础上,通过降低回归温度、延长时间优化传统RRA 制度,探讨了不同时效处理对合金的力学性能及腐蚀性能的影响。
1 实验本实验所用材料为7050 锻造铝合金,其化学成分见表1。
实验样品均由线切割机从锻件上沿垂直于锻造方向切取,在空气炉中进行470 ℃/1 h+477 ℃/3 h双级固溶处理后淬火。
将固溶后的试样进行3 种不同时效处理：T74、RRA、四级时效,工艺参数见表2,其中四级时效与RRA 之间的差异在于前者在回归和再时效处理之间增加了一段24 h 自然时效(NA)。
表1 7050 锻造铝合金化学成分(质量分数)/%?表2 时效工艺参数?室温拉伸性能在CSS 44100 试验机下进行,加载速率为2 mm/min,温度为室温。
利用Tencnai-G220透射电镜(TEM)观察不同状态试样的微观组织,加速电压200 kV。
铝合金热处理-时效
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。
铝合金固溶时效热处理
铝合金固溶时效热处理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。
2、铝合金热处理特点众所周知，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。
3、铝合金时效强化原理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。
铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。
这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。
由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。
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。
4、影响时效的因素4.1从淬火到人工时效之间停留时间的影响研究发现，某些铝合金如Al－Mg－Si系合金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。
关于加铝合金材料DSC热分析中影响因素的探讨
关于加铝合金材料DSC热分析中影响因素的探讨摘要：实验目的：为保证合金材料使用效果，要在不同温度环境下对合金材料进行DSC实验，进而通过线性外推与选择平均数值的方式，明确合金材料在不同温度状态下的相变功率发展趋势。
实验结论：通过一系列DSC实验得知，当升温速率产生转变时，实验材料DSC曲线结构不会出现明显变化，仅仅是随着实验材料升温速率的增加，合金变相功率有所提高。
关键词：DSC热分析；技术原理；测试样品；实验流程铝合金材料由于自身材料属性特点，被广泛使用在建筑、汽车等行业，由于铝合金材料在生产以及制作过程中，普遍需要经历热处理、浇筑、凝固以及冷却等技术工艺，所以想要保证铝合金材料使用效果，则要对其最终性能的影响因素进行详细分析。
一、DSC热分析技术原理差示扫描量热法是我国在60年代所研究的一种热分析方法，该技术是一种在温度控制系统中，详细测量参比物质热量流速温度变化的专业技术手段，简称DSC热分析技术。
DSC热分析技术从测量方式上进行区分，主要分为热功率补偿型以及热量流动型两种，而技术特点则主要包含：测试温度范围较大、测试分辨能力高以及测试灵敏程度强等，加上DSC热分析技术可以定量的测试各种材料热力学数据以及动力学参数，因此技术在科学研究中得到广泛使用。
为了保证DSC热分析技术能够正常运转，需要根据技术特点搭配适合的硬件设备，DSC装置是一种能够精准测量温度变化的精密仪器，该设备运转原理主要包含以下几个方面[1]。
首先，技术人员将测试样品以及参考对比物质放置在相同的热量测试环境下，并且在测试过程中要始终保持测试样品以及参考对比物的温度相同，如果当测试样品产生热效应时，设备则需要利用设备或者温度控制电子元件等零部件，为样品补充热量或者减少热量，确保测量样品与参考对比物的温度差始终保持在0。
此时技术人员需要将设备所产生的热量变化以DSC曲线结构的形式详细记录，为DSC热分析技术提供数据支持。
由此可见，DSC热分析技术在实际运转过程中，该技术是一种将物质内部所需要转换的热流以时间和温度作为测量基础函数，所开展的数据收集热分相技术。
铝合金时效分析试验
（N/mm2）
显微维氏硬度试验原理示意图
显微维氏硬度表示
硬度值+HV+试验负荷(Kg)/保荷时间(s)
例如：320HV200/30表示维氏硬度值为320，试验所用的试
验负荷为200g，试验保荷时间为30s。
显微维氏硬度试验条件
显微维氏硬度试验主要用于在室温下薄板材或金属表层及组
主要用于工作温度较低、受力较大 的结构件，如飞机大梁、起落架等。
锻铝合金
主要是Al-Cu-Mg-Si系合金。
可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻
件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金。常用的有LD7 （2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90），主要制造 150-225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机的 蒙皮等。
3.4 测试7A04合金自然时效和人工时效的硬度。
布氏硬度
显微硬度
布、洛氏两用硬度计
显微维氏硬度计
1布氏硬度试验
1）试验原理 用一定直径D（mm）的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的 试验力F（N），将其压入试样表面（图3），经规定保持时间 t（s）后卸除试验力，而在试样表面获得一直径d的残留压痕， 以单位压痕球形表面积上的平均试验力来表示布氏硬度值。 其计算公式为：
10.0 5.0 2.5 10.0 5.0 2.5 10.0 5.0 2.5
29420 7355 1839 9807 2452 613
29420 7355 1839 9807 2452 613 2452 613 153
<140
0.102F D2
热差分析在铝合金检测检验中的应用
第37卷第2期 2 0 1 7年4月黑龙江冶金Heilongjiang MetallurgyVol. 37 No. 2April 20 17热差分析在错合金检测检验中的应用李丹，杨金刚，张红霞，洪雁(东北轻合金有限责任公司，哈尔滨150060)摘要:本文通过反复试验，分析总结出DSC1型差示扫描量热仪在在铝合金生产检测中应用范围。
可进行过烧 温度的测定、共晶量相对值的测定、熔点的测定、氧化程度的鉴定。
基本满足了现有生产和新产品研究的需要。
关键词:铝合金;热差分析;过烧DifferentialThermal Analysis in the Application of Aluminum Alloy DetectionLi Dan, Yang Jingang, Zhang Hongxia, H ong Yan(Northeast light alloy Co. ,Ltd.Harbin 150060 China)Abstract；This article through trial and error,analysis summarized in DSC1type differential scanning calorimeter application scope in the aluminum alloy production testing.Can be burnt temperature determination,determination of the relative amount of eutectic,the determination of melting point,oxidation degree of identification.Basic meet the needs of the existing production and new product research.KeyWords：aluminum alloy；thermal analysis；burnt从20世纪初热分析法学说提出以来，热分析 法就已成为材料研究的一种非常重要的手段，并 且随着热分析在科学研究及工程实践中的作用越 来越大、热分析仪器的制作水平不断的提高及相关计算机辅助分析软件的推出，热分析手段越来 越完善[1_8]。
汽车用6016铝合金板材预时效工艺研究及冲压成形数值模拟
摘要6016铝合金板材主要制造汽车覆盖件，特别是乘用车内外罩、后行李箱和门框等汽车外板，是汽车轻量化的关键材料。
而目前国内的铝合金板材仍存在着成形性、抗凹性及零件成形后质量差等问题，无法满足使用要求。
因此开展6016铝合金板材关键的预时效工艺和冲压成形工艺研究，对提高板材的成形质量十分重要。
本文将545 o C固溶30 min的6016铝合金（Al-0.55%Mg-1.0%Si-0.18%Cu）板材水淬后，经60 o C~160 o C×5 min~30 min预时效，室温停放25天后，进行185 o C×20 min的模拟烤漆处理。
采用硬度、拉伸试验，结合示差扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）等分析技术，研究预时效工艺对合金的力学性能及微观组织的影响规律。
通过数值模拟仿真实际的冲压过程，并预估零件成形后可能出现的质量缺陷，优化关键成形工艺参数。
结果表明：①固溶淬火后立即进行预时效可以抑制自然时效过程，T4P态合金的成形性和烘烤硬化性能都得到改善。
烤漆前后的硬度随着预时效温度升高，出现先缓慢增加后迅速增加的趋势。
预时效温度为100 o C，预时效时间为20 min合金烘烤前屈服强度低于120 MPa，延伸率在25%左右；烘烤后屈服强度高于180 MPa（预变形2%合金烘烤硬化值达到104 MPa），烘烤后的延伸率在22%左右，综合比较优于其他预时效工艺。
②结合DSC曲线对β”析出温度和激活能进行计算，研究发现，随预时效温度升高，β”析出峰左移，激活能也降低。
说明预时效可以抑制合金自然时效过程，提高合金T4P态成形性能，而且促进烘烤过程中β”的析出，增强烘烤硬化效果。
③以铝制汽车发动机罩内板为对象，建立冲压CAE模型，对板料冲压过程仿真，研究了不同成形工艺对成形后最大减薄率、最大增厚率及最大回弹量的影响规律。
④对多因素的优化问题，首先通过灰色关联分析法，获得较优的工艺参数为：压边力500 KN，摩擦系数0.1，凹凸模间隙1.1t（1.32 mm）、凸模速度3 m/s，仿真试验后出现了少量拉裂缺陷。
热差分析在铝合金检测检验中的应用 宋玉珠
热差分析在铝合金检测检验中的应用宋玉珠摘要：本文经过重复实验，剖析总结出DSC1型差示扫描量热仪在在铝合金出产检测中运用规模。
可进行过烧.温度的测定、共晶量相对值的测定、熔点的测定、氧化程度的判定。
根本满意了现有出产和新产品研讨的需求。
关键词：铝合金；热差分析；过烧1实验进程和内容1.1实验用料挑选可热处理强化铝合金资料。
实验仪器DSC1型差示扫描量热仪。
1.2实验内容1.2.1熔点的测定熔点是物质从晶相到液相的改变温度，是热剖析最常测定的物性数据之一。
要想得到牢靠的熔点数据首先要精确断定固－液相改变吸热峰上的熔点温度的位置。
由图1固体熔融DSC曲线可知，曲线上有四个点，即开始温度T l、外推开始温度T e、峰顶温度T m和停止温度T f均可作为熔点，但用T m的最多。
世界热剖析协会(ICTA)标准化委员会根据美国标准局的试样成果推出的定论为外推开始温度Te与热力学平衡温度根本一致，并且T e值根本不受升温速率改变的影响。
世界热剖析协会规定用T e代表熔点。
图2为本实验运用的DSC1型差热仪所做出的高纯铝熔点DSC曲线，此曲线的外推开始点温度为659.96℃，与此高纯铝标准物质实践温度660.30℃相比为0．34℃，满意其精度要求。
因而丈量熔点时选用外推开始温度。
图1 固体熔融DSC曲线图2 高纯Al熔点DSC曲线比照运用DTA仪器测验熔化温度时，常选用的办法是:观察铝合金在加热进程中呈现吸热定温反响，但有的合金(如Al－Mn合金等)没有呈现定温反响，因而当持续加热到更高的温度时发生很多吸热，热差曲线向吸热方向很快移动，不再返回，这时试样现已熔化。
开始很多吸热的反响点对应的温度便是试样开始熔化温度，即熔点。
此种测验办法很简单使熔化的试样粘附着热电偶，简单损坏热电偶。
1.2.2过烧温度的测定铝合金过烧是指低熔点共晶体的复熔，共晶体复熔要耗费熔化热，在差热剖析曲线上表现为定温吸热反响，某合金差热剖析曲线上的呈现有定温吸热反响，则差热剖析曲线上的共晶体复熔定温反响点在温度曲线上的投影的温度就是该合金的过烧温度。