《Al_Si_Cu_Mg_合金时效析出相分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Al_Si_Cu_Mg_合金时效析出相分析.pdf（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 热加工工艺 2012年第41卷第18期 材料热处理技术Material DSC TEM age hardening curve precipitation 收稿日期 2012 06 06 作者简介 郭永春 1972 男 山西盂县人 副教授 主要研究方向为轻 合金及其复合材料 电话 13519108385 E mail Guoyc 213 Hot Working Technology2012 Vol 41 No 18 材料热处理技术Material Heat Treatment2012年9月 用JEM 2010型透射电镜观察照微观形貌和选区电 子衍射花样 2结果及分析 2 1时效硬化曲线 2
2、1 1Al 7Si 0 3Mg合金时效硬化曲线 Al 7Si 0 3Mg合金时效硬化曲线如图1所示 可 见 硬度从开始一直呈现上升趋势 5h出现了第一个 硬度峰50 5HV 之后硬度开始降低 到8h出现谷 44 5HV 而后又开始上升 15h出现了第二个峰 57 27HV 之后再次下降 以后基本趋于平缓 曲线 呈现出 双峰 现象 且第二个峰值稍大于第一个峰 值 对于时效硬化曲线的变化特征可以解释如下 时 效初期形成的GP区与母体保持共格关系 具有内应 变的强化效应 再加上切过强化效应而使硬度显著提 高 随时效时间的延长 GP区数量增多 硬度不断升 高 随后析出的 Mg2Si 相也与母体保持共格
3、关系 在其周围也形成强内应力场 另外位错线也可以切 过 相 故 析出使硬度和强度不断升高 并随 相数量和尺寸的增加而增加 这时即出现了第一个峰 当 粗化到位错线可以绕过时 随颗粒尺寸和 间距的增大 硬度开始下降 即导致出现了第一个 谷 随后析出 时 与母体保持半共格关系 使硬度 又开始上升 但 相形成后很快粗化到位错线可以 绕过的尺寸 半共格关系也很快被破坏 因此 相 出现不久 硬度即开始下降 最后 相的析出只能 导致硬度下降 析出完全后硬度保持在一定水平 2 1 2Al 4 5Cu合金时效硬化曲线 Al 4 5Cu合金时效硬化曲线如图2所示 可见 硬度从开始一直呈现上升趋势 5h出现了第一个
4、峰 110 7HV 之后硬度开始降低 到15h出现谷60 5HV 而后又开始上升 25h出现了第二个峰112HV 之 后再次下降 以后基本趋于平缓 产生双峰现象的原因可能有两种 第一种 与 Al 7Si 0 3Mg合金时效硬化曲线的解释一样 第二 种 由于局部析出和连续析出的时间先后不同 局部 析出发生在先 连续析出在后 因此由这两种析出所 引起的硬度也出现的有先有后 一般情况下 由局部 析出和连续析出所引起的硬度分别对应于第一 第 二硬度峰 2 2金相组织分析 2 2 1Al 7Si 0 3Mg合金的金相组织 Al 7Si 0 3Mg合金的铸态 固溶态组织如图3所 示 铸态组织中白色为 Al
5、 基体 灰色针状和棒状 为共晶体中的硅 共晶硅分布在 Al 基体枝晶晶界 上 固溶态组织基体为 Al 固溶体 灰色片状相是Si Mg2Si 相溶入 Al 基体中 沿晶界分布的黑色叉 状物和针状物为未完全溶解的 相 Si棱角变钝 9 2 2 2Al 4 5Cu合金的金相组织 Al 4 5Cu合金的铸态及固溶态组织如图4所示 铸态组织基体为 Al 固溶体 枝晶间和晶界上分布 着 Al2Cu 断断续续的共晶网状组织是铜的化合 物 一般是N Al7Cu2Fe 固溶态组织基体为 Al 固 溶体 相溶入 Al 基体中 沿晶界分布的黑色叉 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 时效温度
6、175 0510152025303540 硬度 HV 时效时间 h 图1 Al 7Si 0 3Mg合金的时效硬化曲线 Fig 1 The age hardening curve of Al 7Si 0 3Mg alloy 时效温度175 120 110 100 90 80 70 60 0510152025303540 硬度 HV 时效时间 h 图2 Al 4 5Cu合金时效硬化曲线 Fig 2 The age hardening curve of Al 4 5Cu alloy 图3 Al 7Si 0 3Mg合金铸态及固溶态组织 Fig 3 The as cast microstructure
7、and solid solution microstructure of Al 7Si 0 3Mg alloy a 铸态 b 固溶态 100 m100 m 214 热加工工艺 2012年第41卷第18期 材料热处理技术Material Heat Treatment下半月出版 图4 Al 4 5Cu合金铸态及固溶态组织 Fig 4 The as cast microstructure and solid solution microstructure of Al 4 5Cu alloy a 铸态 b 固溶态 100 m100 m 状物为少量未完全溶解的 相和N Al7Cu2Fe 2 3 DSC分
8、析 2 3 1Al 7Si 0 3Mg的DSC分析 Al 7Si 0 3Mg合金的DSC曲线如图5所示 7 条曲线A B C D E F G分别对应于固溶态和 175 时效4 5 6 8 15和30h 曲线A为固溶曲线 该曲线有3个峰 第一个 峰对应的是过饱和固溶体向GP区转化 第二个峰 是GP区向 Mg2Si 向 转化 向 转化的 一个复合峰 第三个峰可能是第二个峰中没有完全 转化为 的物质进一步向 转化 也可能是含Fe 的杂质转化的过程 10 曲线B为时效4h曲线 对于该曲线 小峰 1 可能是固溶后或者时效初期形成的极少量的不稳定 的物质 在该条件下发生分解 熔化等变化 第二个 大峰是GP
9、区继续向 转化的一个复合峰 曲线C为时效5h曲线 此曲线对应于时效硬 化曲线的第一个峰 只有一个峰 应该是 向 转 化和 向 转化的复合峰 曲线D为时效6h曲线 和时效5h的曲线基本 一样 只是它的峰 1 比5h的峰 1 面积小 该峰对 应的时效过程和5h的也一样 是5h的进一步转化 曲线E为时效8h曲线 和时效硬化曲线的第 一个谷对应 小峰 1 应该是6h时效残留的未转化 的物质进一步的转化 也可能是含铁的杂质的某些 变化过程 峰 2 是完全转化的 向 转化和 向 转化的复合峰 曲线F为时效15h曲线 对应于时效硬化曲线 的第二个峰 大峰 1 基本全是向转化的过程 当然 也可能有极少量的 颗
10、粒大小 间距达到一定尺寸 向 转化 小峰 2 最可能是极少量的 向 转化 或者是杂质的转化 曲线G为时效30h曲线 此曲线基本趋于平 缓 只有一个极小的峰 1 应该是剩余的 向 转 化 此状态的试样性质稳定 组织应为 均匀分布 在基体中 2 3 2Al 4 5Cu合金的DSC分析 Al 4 5Cu合金的DSC曲线如图6所示 7条曲 线A B C D E F G分别对应于固溶态和175 时 效4 5 9 15 25和30h 曲线A为固溶曲线 该曲线有4个峰 第一个 峰对应过饱和固溶体向GP区转化 从峰 2 到峰 4 是GP区向 Al2Cu 向 转化 向 转化的 一个复合峰 小峰 3 可能是含Fe
11、的杂质Al7Cu2Fe的 分解 熔化等过程 也可能是其他中间相 如AlCu 的变化过程 11 12 曲线B为时效4h曲线 对于该曲线 只有一个 大峰 1 是GP区继续向转化的一个复合峰 曲线C为时效5h曲线 此曲线对应于时效硬 化曲线的第一个峰 峰 1 应该是 向 转化和 向 转化的复合峰 峰 2 是析出了少量的中间相 曲线D为时效9h曲线 和时效5 h的曲线基 本一样 它的峰 1 是5 h峰 1 的进一步转化 该峰 对应的时效过程和5 h的一样 此处的峰 2 和5 h 4080120 160 200 240280 320 360400 440 图5 Al 7Si 0 3Mg合金的DSC曲线
12、Fig 5 DSC curves of Al 7Si 0 3Mg alloy 4080120160 200240280320360 440 图6 Al 4 5Cu合金DSC曲线 Fig 6 DSC curves of Al 4 5Cu alloy 215 Hot Working Technology2012 Vol 41 No 18 材料热处理技术Material Heat Treatment2012年9月 图7 Al 7Si 0 3Mg时效4h的析出相 Fig 7 The precipitated phase in Al 7Si 0 3Mg alloy after 4h aging trea
13、tment a b 220 311 111 000 0 2 m0 1 m 的峰 2 相对应 是少量的中间相发生分解 熔化等 过程 曲线E为时效15h曲线 此曲线对应于时效硬 化曲线的第一个谷 小峰 1 应该是9h时效残留的 未转化的物质进一步的转化 也可能是含铁的杂质 的某些变化过程 峰 2 是完全转化的 向 转化 和 向 转化的复合峰 曲线F为时效25h曲线 对应于时效硬化曲线 的第二个峰 大峰 1 基本全是 向 转化的过程 当然也可能有极少量的向转化 曲线G为时效30h曲线 此曲线前面有3个较 小的峰 应该是某些难转化的相在最后才发生转化 峰 4 应该是剩余的 向 的继续转化 2 4 TE
14、M分析 2 4 1Al 7Si 0 3Mg合金的TEM分析 Al 7Si 0 3Mg合金时效4 h的TEM形貌及析 出相的电子衍射花样如图7所示 对析出相的电子衍射花样进行标定 结果如 图7 b 所示 通过分析确定了该析出相为Mg2Si 其 晶体结构为面心立方 晶格常数a 6 391A 觷 晶带轴 的晶向指数 uvw 112 结合时效硬化曲线和DSC分析可知 该析出相 对应于欠时效状态 离第一个峰时效状态还差1h 可知其析出过程是GP区向 转化 只是还未转化 完全 故该状态的试样硬度也较高 和峰时效的硬度 只相差3HV 从图7 a 可以看出 白色是铝基体 均 匀分布于基体的麦粒状析出相是 Mg
15、2Si 少数颗 粒稍大的黑点应该是GP区 13 2 4 2Al 4 5Cu合金的TEM分析 Al 4 5Cu合金时效5h的析出相如图8 a 所示 图8 b c d 分别为时效30h后TEM形貌 方块 状析出相和其衍射花样 首先对图8 c 的块状析出物衍射花样进行标定 结果见图8 d 通过分析确定了该析出相位Al2Cu 其晶格常数a 6 063A 觷 c 4 872A觷 晶带轴的晶向指 数 uvw 021 图8 a 是时效5h析出物的形貌 与时效硬化曲 线第一个峰对应 根据相关文献和对时效30h析出 相的确定 可知在白色铝基体中均匀分布的板条状 析出相是 Al2Cu 此状态的试样硬度之所以最 高
16、 是由于 与母体保持共格关系 在其周围形成 强内应力场 从而强化合金 而且从图中还可以看 出 有白色的细线穿过了此板条状析出相 此 白线 就是位错线 其切过析出相 从而使合金的硬度得以 提高 图中还有极少数的小黑点 应该是没完全转 化的GP区 这与时效5h的DSC曲线上峰 2 是对 应的 对于图8 b 中的析出相 结合图8 c 可知 分布 在基体中的是截面为平行四边形的粗棒状Al2Cu 相 由于 平行四边形 的两个角比较平钝 所以 粗 棒 两端才显示出比较圆滑的形态 基体上还分布着 少数深黑色点片状物质 以及少数黑色的曲线 这正 好和对应的DSC曲线上190 以前的3个较小的 峰相对应 是某些难转化的相在最后才发生转化 3结论 1 两条时效硬化曲线都出现了 下转第220页 216 Hot Working Technology2012 Vol 41 No 18 材料热处理技术Material Heat Treatment2012年9月 上接第216页 双峰 现象 两种合金均在5h出现 第一个峰 Al 7Si 0 3Mg在8h出现了谷 而Al 4 5Cu在15h出现了谷 Al 7Si 0
