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1、双级时效高强 7000系铝合金第二相强化分析（仅考虑第二相导致沉淀强化） 材料 1303 袁唐知久0603130322 时效分为单级或分级时效。顾名思义，单级时效是指在单一温度下进行的时效过程。它工艺简单，但组织均匀性差，抗拉强度、 屈服强度、条件屈服强度、断裂韧性、应力腐蚀抗力性能很难得到良好的配合。分级时效是在不同温度下进行两次时效或多次 时效。在较低温度进行预时效，目的在于在合金中获得高密度的G.P区，由于G.P区通常是均匀成核的，当其达到一定尺吋后， 就可以成为随后沉淀相的核心，从而提高了组织的均匀性。在稍高温度保持一定时间进行最终时效。由于温度稍高，合金进入 过时效区的可能性增大，故
2、所获得合金的强度比单级时效略低，但是这样分级时效处理后的合金，其断裂韧性值高，并改善了 合金的抗腐蚀性，提高了应力腐蚀抗力。般情况下，7000系列Al-Mg-Zn-Cu系合金经固溶淬火后获得的过饱和固溶体（SSS ）脱溶序列为：过饱和固溶体（SSS ）- G.P.区-n 相-n相（MgZn2）析出相的脱溶沉淀过程呈连续变化。脱溶序列中的G.P.区、n 相和n相是Al-Mg-Zn-Cu系铝合金主要的沉淀相。第二相强化是 Al-Mg-Zn-Cu 系合金主要的强化机制：析出相本身对位错运动有有效障碍。析出相与院士组织的共格和半 共格关系造成的应力场也会导致缺陷运动的减慢。合金中析出相的性质，包括析出
3、相种类、尺寸以及体积分数都将影响其与位 错的作用方式，位错运动受阻最大时体现的强化效果最强。根据第二相特性的不同，第二相强化可分为沉淀强化和弥散强化两 种。这里仅从时效析出第二相导致沉淀强化的角度来讨论。Al-Zn-Mg-Cu 系合金于第级时效时，这时候沉淀强化占主导作用，此时最主要沉淀析出相是与基体共格、尺寸细小的 G.P. 区，位错以切割析出相的方式通过它们。1 析出相体积分数 f 的变化一级时效时，析出的单个G.P.区对滑移位错的阻碍作用很小，随着时效的进行已经形成的G.P.区不 断的变大，同时新的G.P.区不断析出，便能引起合金屈服强度大幅度提高。当这些析出相间距等于运动位 错的极限曲
4、率半径时位错受到的阻力最大。一旦G.P.区被位错切过后，位错就开始连续在这些激活的滑移 面上通过质点，变形集中在少数激活的滑移面。这种情况下合金的综合性能为强度高但加工硬化率低，抗 疲劳和耐腐蚀性能差。此时析出相的强化效果 可近 似 表 示为 ：A T 二 C G 3/2 f 1/2 r 1/21A式中，C1、为常数，b A为反相畴界能（切 过之后导致的俩反相界面能量。）/为析出相 的体积分数， r 是析出相的半径。从式中可 看出，合金的屈服强度随析出相体积分数和半 径的增加而提高。当析出相的体积分数保持不 变时，合金的强度主要由析出相的半径来控制 最值得注意是沉淀物能阻碍位错切过却其相互间距
5、较小，不足到位错绕过的情况。该情况下位错线只有借 助交滑移的方式让某些小段在单个质点的上面或下方通过。这样便同时达到获得较高的强化效果和加工硬化的目的。2 质点间平均距离的 d 的影响脱溶质点的体积分设单位体积重的质点数为n，单位面积上的质点数为n，则n = 2rnv s s v数f为:可推得质点间距d为:所以随着质点体积分数f的增加，d是减小的，起到强化作用。3 共格度的变化7000系列铝合金在时效过程中有如下特征：开始阶段的脱溶相(Sss)与基体共格、尺 寸很小。继续时效后，脱溶相(口相一口相)质点逐渐向半共格或非共格质点转变。 过渡相n与基体有很匹配的晶格结构，并有一定的晶体学取向关系。
6、由于结构上n r 过渡相与基体的差别，较GP区与基体的差别更大些，故过渡相形核功较GP区的大得多。因 此，n过渡相应该是由gp区直接演变过来的。 在更高温度或更长保温时间下，过饱和固溶体会析出平衡相。平衡相结构与成分均已 处于平衡状态，一般与基体非共格结合。但在出现的初期与基体也有一定的晶体学取向关系。 平衡相n的强化效果较弱。4 界面能的变化由于时效过程中第二相的析出，会对位错的移动起阻碍作用，当单位面积上有一个半径 为r的球状质点时，与无质点的滑移面比较，位错切割此单位滑移面增加了表面积，相应的， 其表面能也对应的增加，由于界面能的增加导致位错移动所需的功可由下式确定:A 1.1 3/2 f 1/2At =sr 1/2Ja Gb 2式中a为位错线张力的函数，& 是界面能，b是位错的柏氏矢量。由此式可看出，在 s上述时效过程中，界面能的增加导致位错运动所需的功也增加，所以强化了合金。
