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局于室温下的某一温度， 保温一定的时间，以提局铝 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 吩50%所以一般都采用入工时效含有主要强化相MgSi、MgZ麻日AJMgZns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 （AGCuMg）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、滑移十扰理论、 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 而在过饱和固溶体快速冷却过程中， 合金 中的大 量空位也被“固定”在晶体中，这些空位的存在加速了溶质原子的扩散 速度，促使溶 质原子的富集这些溶质原子富集区，开始形成时是无序的，这种 无序的富集区称 GPI 分区随着温度的升高和时间的延长，这些富集起来的溶 质原子，逐渐有次序的排列 起来，这种有序的富集区称之 GRI 区GP 区的大小、数量决定于淬火温度和冷却速度。
淬火加热温度越高，空位 浓度 越大,GP区的数量增加，GP区的尺寸减小冷却速度越大，固溶体内的固定的空 位越多，有利于增加 GP 区的数量，减小 GP 区的尺寸当时效温度继续 升高，或 时间延长时，那些大于临界尺寸的G⑶区发生长大，形成过渡相0 '（或6 '）, 0 ' 相的化学成分与稳定相9 （CuA12）相同，与母体保持有共格关系，有效阻碍了金 届晶体的变形，因而大大提高了金届的强度当温度进一步升高或 时间进一步延长 时，过渡相0 '（或6 '）变成了 9 （CuA12）相，这时的9相完 全脱离了母相，并 有自己独立的晶格这时合金的强度已超过最大值，开始下降， 称为过时效总之 合金的时效过程是过饱和固溶体的分解脱溶过程，具有一定的 顺序：先形成 GPI 区，GP区的有序化形成G⑶区，形成过渡相0 '（或6 '）,最后形成平衡相脱溶时为什么不直接形成平衡相？这是由丁平衡相一般与基体形成新的非共 格 界面，界面能大，而业稳定的脱溶产物 9 '相与基体完全或部分共格，界面能小相变 初期新相的比表面大，因而界面能起决定作用界面能小的相，形功 小，容易形成所以首先形成形核功最小的过渡相，再演变成平衡稳定相。
不同合金系脱溶序列不一定相同如Al — Cu系合金可能出现两种过渡相矿0 ” 及0 '而大部分合金只存在一种过渡业稳定相，表3-5-5为几种合金系 的脱溶序列表3-5-5主要铝合金系的脱溶序列合金系脱溶序列及平衡脱溶相A1 CuGP 区(盘状)7CuAl 2)A1 AgGP 区(球状)7 T V(AlAg JA1 Zn MgGP 区(球状)r n (MgZ nJ\ T ' 7 T(A^MgZm)Al 一 MM SiGP 区(杆状)rp (MG2Si)A1 Cu MgGP 区(杆或球状)r S' r S(Al 2CuMg)图3-5-6表明Al — Cu合金在130C时效硬度和结构的变化情况由图可知：时效各阶段顺序并不是截然分开的，而是在前一阶段尚未结束时，后一阶段则已经开始同时也可以看出时效硬化的主要结构是GPI区和G⑶区，时效硬度最高峰在G⑶ 区末期和过滤相9 '的初期当大量出现平■衡相9时，软化明显，说明过时效发生Fab b.时效时间/天-GP I 区 -GPU 区 I — ng ( £ )140120100X06040o
时效温度低则保温时间长，选择较高的时效温度，则保温时间相应 缩 短对丁不同企业来说，时效炉的加热方式、炉子的形状、大小、温差各不相同 因此选择最佳的时效工艺，最好通过实验来确定例如切取一批6063合金挤 压 制 品的时效试样，按温度不同分成若干组，在每一个温度下，乂分为不同的保温 时 间，进行时效试验然后将试样分别测定抗拉强度，不同温度、不同保温时间 测得 的抗拉强度值列丁表 3-5-6 中最后将表中数据绘成时效硬化曲线如 图 3-5-7 所 示由图可知：时效温度为 180 C 时，达到 6063 合金国家标准的抗拉强度的保 温 时间要 4 h 以上；时效温度为 190 C 时，则需要 2.5 h 以上；时效温度为 200C 时， 则只需要 1 h 就可以了目前各个企业多数采用下面三个不同的时效工艺：1) 时效温度180 土 5C保温4〜8 h;2) 时效温度 190 土 5C ,保温 3〜6 h ;3) 时效温度200 土 5C,保温1・5〜3 ho 保温时间的选择应根据铝型材的壁厚和装料的紧密程度来决定一般壁厚1.2 mm以下时取下限保温时间，壁厚在5.0 mm以上取上限保温时间在其中问的 壁厚选择上、下限保温时间的适当时间。
如装炉量少，装料稀疏可以选偏下限的保 温时间；装炉量多，且摆放致密应选偏上限的保温时间从表3-5-6和图3-5-7可知：时效温度相差10C,同一保温时间下制 品的强度相 差较大，说明铝合金的时效效果对温度十分敏感， 为保证制品性能的 均匀性和稳定 性，对时效炉的温差要求较严一般应在土 5C的范围内，最好能 控制在土 3Co表3-5-6不同温度、不同保温时间试样的强度值/MPa显度/ C时间/h11.52.O2.53.04.05.06.O7.08.01601441471501521541561591651701451481501531561581601631681801461511531561591621671711781791901501551611641671691721781801792001601651711781781771761732101631681741781771751701601501400 1 L5 2.0 2,5 3 4 5 6 7 8时间/h图3-5—7时效硬化曲线四、其他工业铝型材的时效工艺其他工业铝材的挤压铝合金有一部分是可以自然时效的根据不同合金的特 点， 自然时效的时间长短不同。
一般自然时效的合金，淬火后在室温放置四昼夜均可以达 到最大的力学性能，自然时效效果最明显是在24 h之内，通常在48 h之内可以基本 完成时效强化过程图3-5-8和网3-5-9可以看出自然时效时 间对力学性能的影响图3— 5— 8 2A11合金机4 mm棒材自然时效600550时效时间/h淬火加热温庄网0Q淬火保温附间：40min保温时间对力学性能的影响350 E L MO0 24 48 72 1 92时效时间外辞火加灿度］500r,保海酎闾早40min图3—5—9 2A12合金巾15 mm棒材自然时效保温时间对力学性能的影响需要人工时效的合金，淬火后为防止“停放效应”引起时效后力学性能降低的现 象，应尽快将挤压淬火制品进行人工时效一般在室温下停放时间不应超过 2〜4 h o人工时效工艺最好按上节所介绍的方法，通过试验来确定人工时效工艺 其他工业铝合金的人工时效工艺可参考表3-5-7表3-5-7变形铝合金人工时效工艺合金时效温度/c7A10120+57A09135+5-27A04138+57A15145+52A50,2B50150+52A14150+5保温时间/h合金126070122A02,2A16162A802020144635162A1712 （厚壁材）时效温度/c保温时间/h165 + 541654-516170+58171+58180 + 58185 + 5166A027A124A112A90155+582A70185+58一级 95+55 （第一阶段）6101200+562 级 155+58 （第二阶段）160+582A16210+56165+586061,6063180+55200+5l对于可以进行自然时效或者人工时效的铝合金， 采用哪种方法时效应根据其 使 用要求而定。
一般来说采用自然时效的铝合金， 屈服强度稍低，而耐蚀性能较 好； 采用 人工时效的铝合金，其屈服强度较高，而伸长率和耐腐蚀性能降低但对Al - Zn- Mk Cu系合金，如7A04合金则相反，采用人工时效时，合金的耐腐蚀 性能反而较自然时效的好些五、影晌时效效果的因素1. 合金的化学成分影响时效强化效果取决于合金组元能否溶于固溶体以及固溶体随温度变化产生 脱溶 相的性质和脱溶程度如铤、硅在铝中的固溶度较小，且随温度变化不大， 镁、锌 虽然 在铝基中有较大的固溶度，但它们与铝形的化合物的结构与铝基体 的差异较 小，强化效果甚微所以 Al - Mn Al - Si, Al - Mg Al - Zn 系合金通 常 都不采用时效 强化处理而Al — Cu, Al - Mo Si和Al - C卜Mg~ Si系合金 中的(CuAI2)相、MgSi 相、S(ARCuMg)目在高温下能溶于固溶体中，溶解度随温度而变化，因而可以通过 淬火、时效提高合金的强度对于以 9 (CuAl2)相、MgSi相和S(AGCuMg)目为强化相的合金而言，随着CuAk, MgSi和Al, CuMg勺含 量 增加，。