北京科技大学材料热处理期末复习资料铝和钛部分,十分详细!

铝和钛部分

过剩相强化与沉淀强化有相似之处。区别:沉淀强化时，强化相极为细小，弥散度大，在光学显微镜下观察不到；而在过剩相强化合金时，强化相粗大，用光学显微镜低倍既能看到。

纤维增强复合强化：主要不是靠阻碍位错运动，而是靠纤维与基体之间良好的结合强度。由于基体材料的良好塑性和韧性，纤维高的强度，使整个材料具有很高的抗拉强度以及优异的韧性。

退火；固溶处理（淬火）；时效；变形热处理；化学热处理

作用：

①改善工艺性能，保证下一道工序的顺利进行。例如均匀化退火可以改善热加工性能，中间退火可以改善冷加工性能；

②提高使用性能，充分发挥材料的潜力。

热处理过程：加热---保温---降温冷却。

铝合金的热处理原理

铝合金的基本热处理形式是退火与淬火时效；退火属软化处理，目的是获得稳定的组织或优良的工艺塑性；淬火时效为强化处理，借助时效强化以提高合金的强度性能。

（1）、固溶强化：原子半径差别越大，强化效果越明显

（2）、时效强化（沉淀强化）：时效过程中形成均匀、弥散分布的共格或半共格过渡相，这种相在基体中能造成

较强烈的应变场，提高对位错运动的阻力，从而提高合金的强度。

（3）、过剩相强化：铝合金中的过剩相多为硬而脆的金属间化合物，在合金中起阻碍位错滑移的作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。

（4）、细晶强化：铝合金中添加微量合金元素使铝合金固溶体基体和过剩相组织细化，以提高铝合金机械性能，这是细晶强化。

Al-4Cu合金时效强化

1、Al-4Cu合金组织性能的一般变化

（1）在548℃进行共晶转变：L→α+θ(CuAl2)

（2）铜在α相中的极限溶解度为5.65%，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下为0.05%；

（3）θ组成为CuAl2

（4）Al-4Cu合金在缓冷时获得的组织为（α+θ）两相

（5）铸造组织的抗拉强度为150MPa。

2、如果将Al-4Cu合金加热到固溶度曲线以上，并迅速淬入干冰（-78℃），形成过饱和固溶体（含4%Cu)；抗拉强度为200MPa；

3、自然时效和人工时效

自然时效：将淬火得到的过饱和固溶体置于室温或低于100℃的温度环境下，由于停留时间的增加，硬度和强度增高的现象。

人工时效：将合金置于100℃以上的环境中，硬度变化要复杂一些。这种在100℃以上所造成的时效硬化现象。

过时效：超过硬度峰值的时效。

4、过饱和固溶体的性质合金时效处理前，先要通过固溶处理以获得过饱和固溶体；

Al-Cu合金的相变过程

①G.P.区形成：在室温下即可生成；它是铜原子聚集，形成了圆片状的脱溶区它没有独立的晶体结构，完全保持母相的晶格，并与母相共格；由于铜原子较铝原子小，G.P.区产生一定的弹性收缩。

②θ’’相：在较高的温度下进行时效,G.P.区的直径急剧长大，而且铜原子和铝原子逐渐形成规则的排列，即正方有序化结构。θ’’过渡相与基体完全共格，但在Z轴方向上的晶格常数比基体晶格常数的两倍小一些，产生约4%的错配度。因此，它造成一个弹性共格应变场，对位错运动产生阻碍作用。

③θ’相：继续增加时效时间或提高时效温度.它属于正方点阵，θ’与基体成半共格关系。此时，合金的硬度和强度下降，开始进入过时效阶段。

④θ相：进一步提高时效温度和延长时效时间，θ’过渡到平衡相θ。θ相正方点阵，由于此时析出相与基体完

全失去共格关系，故θ相的出现，意味着合金的硬度和强度显著下降。

时效强化：合金的过饱和固溶体中一定温度条件下加热，析出第二相颗粒，合金硬度和强度增高的强化手段。

固溶时效处理的一般步骤：固溶处理：淬火：时效

过饱和固溶体随着时效时间的延长，将发生下列析出过程：

α过→G•P区→θ″→θ′→θ

随着时效时间的延长，组织变化过程为α过→α＋G•P区→α＋θ″→α＋θ′→α＋θ

共析钢淬火回火与铝合金固溶时效强化的区别

工艺操作相同，即加热、保温和快冷。

①基体组织转变过程不同：

共析钢退火态组织为珠光体，淬火加热时转变为单相奥氏体，淬火过程中奥氏体转变为马氏体。

铝合金退火态组织为固溶体及分布其上的强化相，固溶加热时固溶体基体因强化相的溶入而引起成分变化，其晶体结构并未改变，固溶冷却过程中，晶体结构也完全不发生变化，仅是将高温固溶体强制冻结到室温。

②基体性能不同：

共析钢淬火后形成的马氏体硬而脆。

铝合金固溶后的基体仍保持了铝合金原有的良好塑性，并原有的强化相溶入基体使塑性进一步提高，强度因基体合金元素浓度的提高而提高。

③回火与时效目的不同：

回火：降低脆性和强度。

时效：提高合金的强度。

铝合金分类

变形铝合金：凡是位于D左边的合金，在加热时能形成单相固溶体，塑性较好，适于压力加工。

铸造铝合金：D以右合金，有共晶组织，适于铸造而不适合于压力加工。铸造铝合金必须有适当数量的共晶体；

的铸造性能。铝硅合金属于共晶系，共晶熔体具有流动性大，收缩性小，填充好以及不易产生铸造裂纹的特点，铸件具有良好的可焊性，但易产生氧化膜，易吸收气体

变形铝合金

防锈铝合金（LF)

(1)主要合金元素

Mn：通过固溶强化提高合金强度以及抗蚀能力；含Mn的防锈铝具有比纯铝更好的抗蚀性。

Mg：对合金的抗蚀性损伤较小，固溶强化效果较好，使合金比重降低。

硬铝合金(LY)

(1)成分：Al-Cu-Mg，还含有少量的锰(Mn),也称杜拉铝;

(2)Cu和Mg的加入：形成强化项θ(CuAl2)和S（Al2CuMg）；

Mn的加入：改善合金的耐蚀性，也有一定的固溶强化，由于析出倾向小，不参与时效；

（3）各种硬铝都可以时效强化；

（4）按照所含合金元素数量的不同与热处理强化效果不同，分三类：1）低合金硬铝(LY1、LY10);2）标准硬铝(LY11);3）高合金硬铝(LY12、LY16)

钛

杂质元素对钛性能的影响：杂质含量愈多，钛的硬度就愈高。

O、N、C使钛的强度提高、塑性降低，主要原因是与钛形成固溶体后晶格发生畸变，阻碍了位错的运动；

O、N、C提高α-Ti/β-Ti转变温度，是α稳定元素；

H元素降低α/β转变温度，是β稳定元素。

H：

（1）在室温时氢引起各种氢脆

降低措施：原料控制纯度、真空冶炼、加热时采用中性或弱氧化性气氛、在惰性气氛焊接、酸洗时避免增氢措施、真空退火去氢；

（2）高温时有增塑作用,增塑的原因是氢降低原子扩散迁移所必须克服的能垒。