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1、 广西大学材料科学与工程学院广西大学材料科学与工程学院主讲老师：许征兵主讲老师：许征兵铝及铝合金铝及铝合金第四章第四章 铝合金的相变铝合金的相变4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固4.2 铝合金的退火铝合金的退火4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合分析和转变及工艺控制的综合分析铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固凝固成形：熔炼金属，并将凝固成形：熔炼金属，并将熔融金属浇注、压射或吸入熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，凝固成为一定铸型
2、型腔中，凝固成为一定形状和性能的铸件。形状和性能的铸件。铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能，并决定铝合铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能，并决定铝合金材料在加工成成品前的热处理方式。金材料在加工成成品前的热处理方式。凝固过程中的晶内偏析现象严重影响着铝合金的组织和性凝固过程中的晶内偏析现象严重影响着铝合金的组织和性能。能。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.1 晶体的形成晶体的形成晶体形成：原子的规则排列过程。晶体形成：原子的规则排列过程。液体中的原子：液体中的原子：由于具有动能，由于具有动能，处于不断扰动状态处于不断扰动状态温度下降温度下降热扰动减弱，结合力
3、加热扰动减弱，结合力加强，比容减小。原子以强，比容减小。原子以晶体状态重复排列晶体状态重复排列某些区域，一团原子某些区域，一团原子按晶体方式排列按晶体方式排列释释放放热热量量一定的过冷度一定的过冷度结晶开始，晶体形核结晶开始，晶体形核铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.1 晶体的形成晶体的形成晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核液相自身发生形核）铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.1 晶体的形成晶体的形成v实际铸造过程中，铸模表面以及在液体中经常存在固体不实际铸造过程中，铸模表面以及
4、在液体中经常存在固体不溶性颗粒。溶性颗粒。v均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每1cm3的液相中也有约的液相中也有约106个边长为个边长为103个原子的立方体个原子的立方体的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。v因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核）晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核）铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.1 晶体的形成晶体的形成通过测定金属
5、温度与冷却时间之间的关系，可以得到一条通过测定金属温度与冷却时间之间的关系，可以得到一条冷却曲线，了解金属冷却过程。冷却曲线，了解金属冷却过程。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.2 铸态晶粒的大小和形状铸态晶粒的大小和形状凝固过程中凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。，铸态晶粒的控制很重要。铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（N）和长大速度（）和长大速度（G）所控制）所控制晶粒细小晶粒细小晶粒粗大晶粒粗大形核率与形核率与长大速度长大速度的比值的比值N / G N/G高高N/G低低铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v
6、4.1.2 铸态晶粒的大小和形状铸态晶粒的大小和形状v在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时，表面的金属在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时，表面的金属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。v长大过程中，只有那些长大速度最快、方向与模壁垂直的长大过程中，只有那些长大速度最快、方向与模壁垂直的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。如图所晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。如图所示：示：有些情况下，铸件的表有些情况下，铸件的表层由柱状晶组成，而内层由柱状晶组成，而内部却是等轴晶。部却是等轴晶。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合
7、金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析含含B30%B30%的二组元合金凝固情况的二组元合金凝固情况冷却速度慢，达到平衡。这时，固相和液相化学成分均和相图冷却速度慢，达到平衡。这时，固相和液相化学成分均和相图所给成分相同。当冷却到所给成分相同。当冷却到T T0 0温度时，最初形成晶体含温度时，最初形成晶体含B B量为量为10%10% 铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析温度温度T2时，液相完全时，液相完全凝固，固相含凝固，固相含B30%，当温度当温度T1时，固相含时，固相含B20%。此时，与固相。此时，与固相相平衡的液相含相平衡的液相含B不断不断增加
8、。增加。温度稍高于温度稍高于T2时，晶时，晶体中含体中含B稍小于稍小于30%，被含，被含B70%的液体的液体包围。所以当温度到包围。所以当温度到T2时，必须有液体向时，必须有液体向晶体给出晶体给出B原子。原子。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析长长大大中中的的枝枝晶晶中中晶晶内内偏偏析析形形成成过过程程铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析v上图（上图（e）中描述表明晶体是以枝晶长大起来，快速冷却条件）中描述表明晶体是以枝晶长大起来，快速冷却条件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间，枝间区域存在着浓下，在
9、凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间，枝间区域存在着浓度梯度。度梯度。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析存存在在成成分分偏偏析析的的合合金金浸浸蚀蚀后后所所显显露露的的拓拓扑扑组组织织的的图图解解说说明明铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析通通过过热热处处理理晶晶内内偏偏析析由由于于晶晶粒粒内内部部存存在在浓浓度度梯梯度度，会会发发生生扩扩散散，使合金整体向合金的平均化学成分趋近。如使合金整体向合金的平均化学成分趋近。如Al-50%CuAl-50%Cu合金。合金。铝铜合金二元相图，铝铜合金二元相图，合金由液体
10、状态慢合金由液体状态慢速冷却时，首先经速冷却时，首先经过液相过液相+相区，然相区，然后后570左右进入左右进入 相区，直到相区，直到525 以下，合金组织由以下，合金组织由 相基体和相基体和相析出相析出物组成。物组成。铝及铝合金铝及铝合金4.1 铝合金的凝固铝合金的凝固v4.1.3 晶内偏析晶内偏析快速冷却时，凝固过程。快速冷却时，凝固过程。某某些些合合金金在在快快速速冷冷却却条条件件下下凝凝固固时时，不不仅仅不不产产生生晶晶内内偏偏析析，还还会会出出现现在在慢慢速速冷冷却却时时不不会会出出现现的的新新相相。铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v4.2.1 铸态合金的组织特征铸
11、态合金的组织特征工工业业生生产产中中，合合金金凝凝固固时时的的冷冷却却速速度度不不0.1-1000.1-100/s，凝凝固固后后铸铸态态组织偏离平衡组织。组织偏离平衡组织。通常，非通常，非平衡共晶中的平衡共晶中的相依附在相依附在初初晶上，晶上，相则以网相则以网状分布在枝晶网状分布在枝晶网胞周围。胞周围。铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v铸态合金的组织特征铸态合金的组织特征变变形形铝铝合合金金一一般般都都具具有有两两个个以以上上的的溶溶质质组组元元，结结晶晶时时的的情情况况较较为为复复杂，但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。杂，但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。铝及铝合
12、金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化铝合金均匀化退火时的组织变化均均匀匀化化退退火火是是为为后后续续加加工工做做组组织织准准备备。主主要要组组织织变变化化是是枝枝晶晶偏偏析析消消除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。7075合金均匀化退火合金均匀化退火前后同一个枝晶胞范前后同一个枝晶胞范围内显微偏析的变化。围内显微偏析的变化。不溶过剩相发生聚集、不溶过剩相发生聚集、球化。慢冷时，溶质球化。慢冷时，溶质均匀沉淀析出。均匀沉淀析出。铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火
13、铝合金的退火v4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化铝合金均匀化退火时的组织变化1室温下性室温下性能提高，能提高，冷热变形冷热变形工艺性能工艺性能改善。改善。2降低变形抗降低变形抗力，减少变力，减少变形功消耗提形功消耗提高制备生产高制备生产效率效率3消除残余消除残余铸锭应力铸锭应力改善铸锭改善铸锭的机械加的机械加工性能。工性能。4含有铁、锰、铬、含有铁、锰、铬、锆等元素的合金，锆等元素的合金，均匀化退火，可均匀化退火，可能使合金的挤压能使合金的挤压效应消失。效应消失。均匀化退火后的组织变化引起性能变化均匀化退火后的组织变化引起性能变化铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v4.
14、2.3 均匀化退火温度及时间均匀化退火温度及时间 均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得：均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得：温度温度温度温度温度升高将扩散过程大大加速，均匀化过程应尽量提高均温度升高将扩散过程大大加速，均匀化过程应尽量提高均匀化退火温度。通常退火温度为匀化退火温度。通常退火温度为0.90.95Tm 铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v4.2.3 均匀化退火温度及时间均匀化退火温度及时间Tm低于平衡相图上的固相低于平衡相图上的固相线，有时在低于平衡固相线，有时在低于平衡固相线温度进行均匀化退火难线温度进行均匀化退火难以达到组织均匀化的目的。以达到组
15、织均匀化的目的。所以有高温均匀退火（非所以有高温均匀退火（非平衡固相温度以上，但是平衡固相温度以上，但是在平衡固相线温度以下的在平衡固相线温度以下的退火工艺）。退火工艺）。铝及铝合金铝及铝合金4.2 铝合金的退火铝合金的退火v4.2.3 均匀化退火温度及时间均匀化退火温度及时间 保温时间为非平衡相溶解及晶内偏析消除所需时间代数和保温时间为非平衡相溶解及晶内偏析消除所需时间代数和时间时间时间时间随着均匀化过程的进行，随着均匀化过程的进行，晶内浓度梯度不断减小，晶内浓度梯度不断减小，扩散的物质量也不断减少，扩散的物质量也不断减少，使均匀化过程自动减慢。使均匀化过程自动减慢。2AL12均匀化均匀化退
16、火前退火前30min比后比后7h多得多多得多 加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为 原则冷却时间因合金不同而不同。原则冷却时间因合金不同而不同。原则冷却时间因合金不同而不同。原则冷却时间因合金不同而不同。铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v4.3.1 回复回复在在退退火火温温度度低低，退退火火时时间间短短时时，冷冷变变形形金金属属发发生生的的主主要要过过程程即即为为回回复。其驱动力是冷变形储能。复。其驱动力是冷变形储能。冷变形储能
17、的结构形式：晶格畸变和各种晶格缺陷冷变形储能的结构形式：晶格畸变和各种晶格缺陷回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织，在回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织，在精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下，亚晶错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下，亚晶可以长到约可以长到约10m。这种情况称为原位再结晶。这种情况称为原位再结晶铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合
18、金的回复与再结晶v4.3.2 再结晶再结晶 在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显 变化，新生的晶粒开始形核长大。变化，新生的晶粒开始形核长大。变化，新生的晶粒开始形核长大。变化，新生的晶粒开始形核长大。再结晶再结晶再结晶再结晶再结晶晶粒与再结晶晶粒与基体间的界面基体间的界面一般为大角度一般为大角度界面。界面。铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v4.3.2 再结晶再结晶v（1）再结晶形核与晶核长大）再结晶形核
19、与晶核长大v（2）再结晶温度）再结晶温度v（3）再结晶晶粒长及二次结晶）再结晶晶粒长及二次结晶v（4）再结晶晶粒尺寸和不均匀化）再结晶晶粒尺寸和不均匀化 再结晶晶粒与多边化过程产生亚晶间区别再结晶晶粒与多边化过程产生亚晶间区别铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶 再再结结晶晶晶晶核核形形成成的的必必要要条条件件是是它它们们能能以以界界面面移移动动方方式式吞吞并并周周围围基基体体，进进而而形形成成一一定定尺尺寸寸的的新新生生晶晶粒粒，所所以以只只有有与与周周围围变变形形体体有有大大角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。v再
20、结晶形核与晶核长大再结晶形核与晶核长大v再结晶形核的两种机制再结晶形核的两种机制v（1 1）应变诱发晶界迁移机制）应变诱发晶界迁移机制v（2 2）亚晶长大形核机制）亚晶长大形核机制铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v再结晶温度再结晶温度1、冷变形程度与再结晶温度的关系、冷变形程度与再结晶温度的关系 2、退火时间与再结晶温度的关系、退火时间与再结晶温度的关系 开开始始发发生生再再结结晶晶的的温温度度称称为为再再结结晶晶温温度度。它它在在合合金金成成分分一一定定的的情况下与变形程度及退火时间有关。情况下与变形程度及退火时间有关。铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的
21、回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v合金成分对再结晶温度合金成分对再结晶温度密切相关，在固溶体范密切相关，在固溶体范围内，加入少量元素通围内，加入少量元素通常能急剧提高再结晶温常能急剧提高再结晶温度。当铝中加的元素浓度。当铝中加的元素浓度进一步提高时，合金度进一步提高时，合金中出现第二相，些时再中出现第二相，些时再结晶温度变化较为复杂。结晶温度变化较为复杂。 4.3.2 再结晶再结晶铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶4.3.2 再结晶再结晶v（1）晶粒均匀长大）晶粒均匀长大 均匀长大的过程中，一部分昌料的晶界向另一部分晶料均匀长大的过程中，一部分昌料的晶界向另一
22、部分晶料内迁移，得到相对均匀的较粗大的晶粒组织。整个体积中内迁移，得到相对均匀的较粗大的晶粒组织。整个体积中再结晶晶粒不会同时相互接触。再结晶晶粒不会同时相互接触。v（2）晶粒选择性长大）晶粒选择性长大 二次再结晶，在具备一定条件时，在晶粒较为均匀的再结二次再结晶，在具备一定条件时，在晶粒较为均匀的再结晶基体中，某些个别晶粒可能急剧长大。晶基体中，某些个别晶粒可能急剧长大。再结晶晶粒长大及二次再结晶再结晶晶粒长大及二次再结晶铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v影响再结晶晶粒大小的主要因素有内在因素和工影响再结晶晶粒大小的主要因素有内在因素和工艺条件。艺条件。v
23、（1）退火金属内在因素）退火金属内在因素v一般，随着合金元素及杂质含量增加，晶粒尺寸减小，但一般，随着合金元素及杂质含量增加，晶粒尺寸减小，但某些合金，若固、溶体成分不均匀，可能出现大晶粒。某些合金，若固、溶体成分不均匀，可能出现大晶粒。v合金成分一定时，变形前的原始晶料对再结晶后晶粒尺寸合金成分一定时，变形前的原始晶料对再结晶后晶粒尺寸也有影响。一般原始晶粒愈细，结晶后尺寸越小。也有影响。一般原始晶粒愈细，结晶后尺寸越小。再结晶晶粒尺寸和不均匀化再结晶晶粒尺寸和不均匀化铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v（2）变形程度的影响）变形程度的影响铝及铝合金铝及铝合
24、金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v（2）变形程度的影响）变形程度的影响变变形形温温度度升升高高，变变形形后后退退火火时时所所呈呈现现的的临临界界变变形形程程度度也也增增加加，金金属属越纯，临界变形程度越小，但加入不同元素影响程度不同。越纯，临界变形程度越小，但加入不同元素影响程度不同。铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v（3）退火工艺参数）退火工艺参数多数情况下，多数情况下，晶粒随退火温晶粒随退火温度增高面粗化，度增高面粗化，实际退火时在实际退火时在晶粒长大阶段，晶粒长大阶段，铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结
25、晶v（4）再结晶晶粒形状及尺寸的不均匀性）再结晶晶粒形状及尺寸的不均匀性v（1）均匀晶粒尺寸不均匀，可能产生于二次结晶未完成）均匀晶粒尺寸不均匀，可能产生于二次结晶未完成阶段。阶段。v（2）局部晶粒尺寸不均匀，晶粒分布在某一特定区域中，）局部晶粒尺寸不均匀，晶粒分布在某一特定区域中，往往发生在局部强烈变形时。往往发生在局部强烈变形时。v（3）带状晶粒尺寸不均匀，粗细晶粒分别沿主变形方向）带状晶粒尺寸不均匀，粗细晶粒分别沿主变形方向呈带状分布。呈带状分布。v（4）岛状的晶粒尺寸不均匀，粗晶粒群与细晶粒群在整）岛状的晶粒尺寸不均匀，粗晶粒群与细晶粒群在整个体积中无规律分布。个体积中无规律分布。不不
26、同同的的变变形形铝铝合合金金，再再结结晶晶晶晶粒粒呈呈等等轴轴状状或或接接近近等等轴轴状状。正正常常情情况况下应该大致均匀相等，但有时也可能出现组织不均匀，主要原因：下应该大致均匀相等，但有时也可能出现组织不均匀，主要原因：铝及铝合金铝及铝合金4.3 铝合金的回复与再结晶铝合金的回复与再结晶v4.3.3 再结晶织构再结晶织构再结晶织构通常与变形织构不同，如图：再结晶织构通常与变形织构不同，如图：铝及铝合金铝及铝合金4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效v铝合金中含有大量的能溶入铝中的合金元素，这些合金元铝合金中含有大量的能溶入铝中的合金元素，这些合金元素含量超过室温及在中等温度下的平衡固
27、溶度极限，甚至素含量超过室温及在中等温度下的平衡固溶度极限，甚至可超过共晶温度的最大溶解度。室温平衡组为可超过共晶温度的最大溶解度。室温平衡组为+，合金，合金加热至加热至Tq时，时，相溶入相溶入 基体中而得到单相的基体中而得到单相的固固 溶体，即为固溶处理。溶体，即为固溶处理。当温度降低至当温度降低至T0以下时以下时固溶体成为过饱和状态固溶体成为过饱和状态多余溶质就以多余溶质就以相的形式相的形式析出，即脱溶或沉淀。析出，即脱溶或沉淀。v4.4.1 固溶时效的基本概念固溶时效的基本概念铝及铝合金铝及铝合金4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效v当冷却速度足够大时，当冷却速度足够大时， 固溶
28、体不能沉淀出固溶体不能沉淀出 相，合金的相，合金的室组织室组织单相过饱和固溶体，这种处理即淬火。单相过饱和固溶体，这种处理即淬火。v淬火获得的过饱和固溶体有自发分解，即脱溶的倾向。大淬火获得的过饱和固溶体有自发分解，即脱溶的倾向。大多数铝合金在室温下就可产生脱溶过程，些即自然时效多数铝合金在室温下就可产生脱溶过程，些即自然时效v将淬火得到的基体为过饱和固溶体的合金在高于室温的温将淬火得到的基体为过饱和固溶体的合金在高于室温的温度下加热，则脱溶过程，可能加速，即人工时效。度下加热，则脱溶过程，可能加速，即人工时效。v淬火对强度和塑性的影响大小，取决于固溶强化程度及过淬火对强度和塑性的影响大小，取
29、决于固溶强化程度及过剩相对材料的影响。剩相对材料的影响。v4.4.1 固溶时效的基本概念固溶时效的基本概念铝及铝合金铝及铝合金4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效v4.4.1 固溶时效的基本概念固溶时效的基本概念淬火后的时淬火后的时效过程会使效过程会使合金发生强合金发生强化及软化。化及软化。铝及铝合金铝及铝合金 特点：特点：淬火加热时不发生同素异构转变。淬火加热时不发生同素异构转变。固溶固溶处理处理+固溶度固溶度强度强度/硬度变化小硬度变化小塑性明显塑性明显时效时效处理处理第二相从固第二相从固溶体中析出溶体中析出力学性能等发生力学性能等发生显著变化显著变化时效形式：人工时效，自然时效。
30、时效形式：人工时效，自然时效。 一般一般“回火回火”用于晶型用于晶型转变的淬火合金，转变的淬火合金，“时效时效”用于非晶型转变的淬火合金。用于非晶型转变的淬火合金。4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效铝合金固溶强化特点铝合金固溶强化特点铝及铝合金铝及铝合金以以Al-CuAl-Cu二元合金为例讨论铝合金的时效过程：二元合金为例讨论铝合金的时效过程： (1) (1) 形成铜原子富集区形成铜原子富集区铜富集区铜富集区称称G.P.区区 晶体结构与基体晶体结构与基体同，同，但产生了共格应变区但产生了共格应变区 强度、硬度强度、硬度。G.P.呈盘状，仅几个原呈盘状，仅几个原子层厚，室温下直径约子层
31、厚，室温下直径约5nm，超过，超过200就不再出现就不再出现G.P.区。区。4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效铝及铝合金铝及铝合金 G.P.区急剧长大，区急剧长大，G.P.区铜原子有序区铜原子有序化，形成化，形成”相相 ”相与基体仍然相与基体仍然保持完全共格，具保持完全共格，具有正方点阵有正方点阵 点阵常数点阵常数a=b=0.404nm，c=0.768nm。它。它比比G.P.区周围的畸变更大，因此时效强化区周围的畸变更大，因此时效强化作用更大作用更大4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效(2) (2) 铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化铝及铝合金铝及铝合金 ”相转变相转变成过
32、渡相成过渡相是正方点阵，是正方点阵，成分接近成分接近CuAl2 完全共格完全共格 局部共格局部共格强度、硬度开始降强度、硬度开始降低，合金此时处于低，合金此时处于过时效阶段。过时效阶段。4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效 ( (3)3)形成过渡相形成过渡相铝及铝合金铝及铝合金过渡相过渡相完全脱溶完全脱溶形成稳定相形成稳定相CuAl2，()与基体非共格与基体非共格合金的强度、硬度进一步下降合金的强度、硬度进一步下降 合金的种类不同，形成的合金的种类不同，形成的G.P.区、过渡相区、过渡相以及最后析出的稳定相各不相同，时效强化以及最后析出的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样效果也不一样
33、4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效(4) (4) 形成稳定的形成稳定的铝及铝合金铝及铝合金合金系时效过程的过渡阶段析出稳定相Al-Cu形成铜富集区G.P.区G.P.区有序化相形成过渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成铜、硅富集区G.P.区形成有序的相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成铜、镁富集区G.P.区形成过渡相S S Al2CuMgAl-Mg-Zn形成铜、锌富集区G.P.区形成过渡相M M （MgZn2）4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效表表 常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相铝及铝合金铝及铝合金 固溶固溶处理处理 规律规
34、律：淬火淬火T越高，淬火冷却越高，淬火冷却V越快，转移越快，转移t越越短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大 要点要点：在不过热过烧条件下，：在不过热过烧条件下，T淬淬高些，保温高些，保温t长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用淬火变形开裂，一般采用2080水冷却水冷却时效时效工艺工艺温度温度：对一定合金，有：对一定合金，有最佳时效温度最佳时效温度.时间时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。在一定时效温度下，有最佳时效时间。方式方式：单级和多级时效。高强合金常用分级时效：单级和多级时效
35、。高强合金常用分级时效4.4 铝合金的固溶和时效铝合金的固溶和时效3 3、影响时效强化的主要因素、影响时效强化的主要因素铝及铝合金铝及铝合金v工业纯铝箔毛料的热处理和加工变形过程中，第工业纯铝箔毛料的热处理和加工变形过程中，第二相和种类、大小、数量和分布是其显微组织很二相和种类、大小、数量和分布是其显微组织很重要的一个方面，均匀化，中间退火，析出退火重要的一个方面，均匀化，中间退火，析出退火等工艺都必须以第二想的存在情况为依据来制定。等工艺都必须以第二想的存在情况为依据来制定。v工业纯铝半连铸水冷铸锭中的化合物主要有盘状工业纯铝半连铸水冷铸锭中的化合物主要有盘状c（AlFeSi）相，块状或片状
36、）相，块状或片状p（ AlFeSi ）相、针织状相、针织状Al6Fe和和AlmFe相，以及不规则长针相，以及不规则长针状状AlFe3相。相。4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合遗传和转变及工艺控制的综合铝及铝合金铝及铝合金4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合遗传和转变及工艺控制的综合v因为粗大化合物在热轧过程中不易破碎，易导致因为粗大化合物在热轧过程中不易破碎，易导致针孔的产生和成品率的下降，均匀化过程中应尽针孔的产生和成品率的下降，均匀化过程中应尽量减少这种粗大化合物的数量。量减少这种
37、粗大化合物的数量。v采取较长的中间退火时间和析出退火时间，以保采取较长的中间退火时间和析出退火时间，以保证证c（AlFeSi）相的充分析出和相变进行。）相的充分析出和相变进行。v但是这一相变将导致铝基体固溶度升高。因此应但是这一相变将导致铝基体固溶度升高。因此应根据不同规格产品的要求，制定相应的中间退火根据不同规格产品的要求，制定相应的中间退火工艺，以控制合金中第二相的形成和转变，同时工艺，以控制合金中第二相的形成和转变，同时兼顾考虑中杂质元素的固溶度。兼顾考虑中杂质元素的固溶度。铝及铝合金铝及铝合金v块状或片状块状或片状p（ AlFeSi ）相可以分为两类：）相可以分为两类：v1、铸锭组织中
38、形成的，即在快冷铸锭中形成，并、铸锭组织中形成的，即在快冷铸锭中形成，并在均匀化过程中长大和均匀化过程转化成的在均匀化过程中长大和均匀化过程转化成的v2、铝箔毛料析出退火过程中析也的短棒状、铝箔毛料析出退火过程中析也的短棒状p（ AlFeSi ）。）。4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合遗传和转变及工艺控制的综合铝及铝合金铝及铝合金v在均匀化后高温段（在均匀化后高温段（400）的冷却过程中，会）的冷却过程中，会有细小针状有细小针状Al3Fe相出，在中间退火过程中也有细相出，在中间退火过程中也有细针状针状Al3Fe析出（但是很少，一般不予考虑
39、）。析出（但是很少，一般不予考虑）。v粗大的粗大的Al3Fe相对铝基体塑性变形很不利，是合金相对铝基体塑性变形很不利，是合金中有害的一种化合物，应采取较低或较短时间的均中有害的一种化合物，应采取较低或较短时间的均匀化工艺来控制其数量和尺寸。匀化工艺来控制其数量和尺寸。4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合遗传和转变及工艺控制的综合铝及铝合金铝及铝合金4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合遗传和转变及工艺控制的综合AAl1200合金合金70%冷轧板在不同温度下的冷轧板在不同温度下的C曲线。曲线。铝及铝合金铝及铝合金
