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1、 热加工工艺 2011年第40卷第14期 材料热处理技术Material TTP curve quenching sensitivity transformation kinetics 收稿日期 2010 10 31 基金项目 广东省 教育部产学研结合项目 2009A080205001 作者简介 商宝川 1985 男 山东东营人 硕士研究生 主要从事铝合 金组织与性能方面研究 电话 13467516746 E mail shangbaochuan 通讯作者 尹志民 1946 男 湖南长沙人 教授 主要从事高性能铝合 金 铜合金方面研究 电话 0731 88830262 E mail zmyin
2、 17 Hot Working Technology2011 Vol 40 No 14 材料热处理技术Material Heat Treatment2011年7月 60 后 立刻转移到270 440 的盐浴炉中进行等温 保 温不同时间 转移时间小于3 s 盐浴炉温波动为 2 保温时间0 900s 试样经过不同等温保温 温度 不同时间处理后淬入室温水中 再经180 6h时效处理 采用HBE 3000硬度计对不同处理状 态合金进行硬度测试 根据时效后硬度测量值绘制 TTP曲线 2实验结果 2 1不同等温条件对合金布氏硬度的影响 样品经535 50min固溶 水淬 在不同等温 保温温度 时间处理后
3、再经180 6h时效处理 合金布氏硬度变化见图1 可看出 实验合金布氏硬 度随等温时间的延长总体呈下降趋势 等温温度较 高 440 或较低 270 时 随时间的延长合金硬度 变化比较缓慢 等温温度在360 附近时 随等温时 间的延长在等温初期合金硬度明显降低 2 2 6061铝合金TTP曲线的绘制 根据上述实验数据 硬度变化对应保温温度和 时间则采用方程 1 6 进行拟合 c T k1k2exp k3k42 RT k4 T 2 exp k5 RT 1 式中 c T 为析出一定分数溶质所需的临界时间 k1 为未转变分数的自然对数 k2为常数 与形核数目的 倒数有关 k3为与形核能有关的常数 k4
4、为与固溶相 线温度有关的常数 k5为与扩散激活能有关的常数 R为气体常数 T为开氏温度 将T6态合金的硬度 94 4HB 作为100 取T6 时效态硬度的80 硬度实验点利用方程 1 进行迭 代非线性拟合 如图2所示 通过拟合可以得出TTP曲线的各个系数见表2 分别将k1 k5代入方程 1 得到不同硬度百分 比的曲线如图3所示 比较图3中拟合值与实测数 据点可发现 两者较为吻合 该合金的TTP曲线呈 现 C 形 鼻尖 温度大约为360 以99 5 硬度转 变曲线为标准 当转变时间为10 s时 淬火敏感温度 区间为250 450 淬火敏感性很高 孕育期极短 而高温区 450 和低温区 250 合
5、金淬火敏 感性较小 孕育期相对较长 3分析与讨论 3 1等温相变动力学曲线 将所得TTP曲线数据处理得到不同等温处理 下不同转变率对应的时间 图4点 采用Johnson Mehl Avrami相变动力学方程方程 1 exp kt n 进行拟 合 得到不同温度下的相变动力学曲线 如图4所示 由文献 7 可知 k值越大意味着形核长大越快 表1 6061合金的化学成分 质量分数 Tab 1 Chemical composition of experimental alloy wt MgSiFeCuMnCrTiZnAl 0 85 1 20 0 45 0 80 0 55 0 20 0 40 0 15 0
6、 13 0 28 0 05 0 15余量 100 90 80 70 60 50 40 30 0200400600800 硬度 HB 时间 s 图1不同等温温度的硬度 HB 等温时间关系曲线 Fig 1 The curves of influence of holding time on hardness at different temperature 440 410 380 360 340 320 300 270 80 测量值 80 拟合值 500 450 400 350 300 250 200101 102103 温度 时间 s 图2 6061挤压态合金80 硬度实测及拟合曲线 Fig 2
7、 TTP curve for 80 of highest property by measured and fitting 表2拟合得到的6061挤压态铝合金TTP曲线系数 Tab 2 Coefficients of TTP curve for 6061 alloy by fitting k2 sk3 J mol 1 k4 Kk5 J mol 1 2 8E 16272441263108854 99 5 95 90 80 70 550 500 450 400 350 300 250 200 10 1100101102103104105 温度 时间 s 图3 6061挤压态铝合金TTP曲线 Fig
8、 3 TTP curves of 6061 extrusion alloy 标识点 测量值 拟合值 18 热加工工艺 2011年第40卷第14期 材料热处理技术Material Heat Treatment下半月出版 转变越快 实验所得k值在360 时达到最大值 0 00348 270 与440 下k值变小 分别为0 00103 和0 00109 表明360 附近中温等温时相转变最 快 高温和低温等温时相转变慢 中温区淬火敏感性 最高 高温区和低温区的淬火敏感性低 这与6061合 金TTP曲线相符 利用TTP曲线所得n值约为1 表 明6061合金在等温过程中以针棒状相长大为主 8 3 2几种不
9、同状态铝合金TTP曲线 表3是几种不同状态合金TTP曲线参数k2 k5 将其代入方程 1 并进行迭代非线性拟合 可得出 不同状态合金99 5 硬度的TTP曲线 并列入本实 验所得6061 T6挤压态的TTP曲线 见图5 由表3和图5可知 6061合金T6态和6061挤 压态合金T6处理后的TTP曲线及参数并不相同 挤压态合金的中温区淬火敏感性略低 但高温区淬 火敏感性要高些 7075合金T6态的淬火敏感区间 要明显高于T73态 由此可知 铝合金的TTP曲线 形状及参数并非是固定不变的 而是随合金不同加 工及热处理状态而变化的 结合6061热挤压态合金的TTP曲线可知 合 金在450 以上和25
10、0 以下 即非淬火敏感区 冷 却时 可以适当放慢冷却速度 以尽可能地减小淬火 后的热应力 而在250 450 的淬火敏感区需要加 快冷却速度 减少冷却过程中粗大相的析出及长大 得到过饱和固溶态以保证合金经后续时效后具有较 高的力学性能 4结论 1 6061热挤压态铝合金的TTP曲线鼻尖温度 为360 淬火敏感温度区间为250 450 360 附近中温等温时相转变最快 淬火敏感性最高 高温 450 和低温 250 等温时相转变慢 淬火 敏感性低 2 铝合金TTP曲线形状及其参数k2 k5随合 金不同处理状态而改变 6061挤压态合金的TTP曲线 参数k2 2 80E 16 k3 27244 k4
11、 1263 k5 108854 3 6061型材生产挤压后在线淬火时 自出口 温度冷却到450 时 可适当慢速 此后快速冷却通 过中温危险区 250 450 250 以下可再适当放 慢冷速 以获得较高的力学性能 并减小热应力 参考文献 1 肖亚庆 谢水生 刘静安 等 铝加工技术实用手册 M 北京 冶金工业出版社 2005 2 罗维 贺地求 邬红光 等 22 mm 6061 T6铝合金板的搅拌摩 擦焊接 J 热加工工艺 2010 39 15 130 132 3 Fink W L Wiley L A Quenching of 75S aluminum alloy J Trans Am Inst M
12、in Metall Eng 1948 175 414 427 4 Dolan G P Robinson J S Residual stress reduction in 7175 T73 6061 T6and2017A T4aluminiumalloysusing quench factor analysis J Journal of Materials Processing Technology 2004 153 154 346 351 5 Liu Shengdan Zhong Qimin Zhang Yong et al Investigation of quench sensitivit
13、y of high strength Al Zn Mg Cu alloys by time temperature properties diagrams J Materials and Design 2010 31 6 3116 3120 6 George E Totten D ScottMacKenzie Handbook of Aluminum Volume 1 Physical Metallurgy and Processes M New York Marcel Dekker Press 2003 1001 1015 7 Porter D A Easterling K E Phase
14、Transformations in Metals and Alloys M London Chapman Hall 1992 263 381 8 Christian J W The Theory of Transformations in Metals and Alloys PART I M Oxford Pergamon Press 2002 546 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 310 1101103105 时间 s 270 440 360 图4 6061合金相变动力学曲线 Fig 4 Curves of isothermal transformation of
15、6061 alloy at different temperature 表3几种合金TTP曲线k2 k5参数值 Tab 3 k2 k5coefficients for TTP curves of some aluminum alloys k3 J mol 1 k4 K 978822 合金k2 6061 T65 1E 8 1050 1069 780 737 7075 T6 7075 T73 4 1E 13 1 37E 13 k5 J mol 1 参考 94182 5 140000 8 137000 8 500 450 400 350 300 250 200 10 210 1100101102103104105106 1 2 3 4 时间 s 温度 图5 6061和7075合金不同处理状态99 5 硬度TTP曲线 Fig 5 99 5 TTP curves of 6061 and 7075 alloys by different treatment 1 6061 T6 挤压态 2 6061 T6 3 7075 T6 4 7075 T73 19
