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《专业综合训练》报告书

课题名称：应力时效对高强度铝合金硬度的

影响

学院（系）：材料科学与工程学院

专业：热处理

年级：08级

学生姓名：刘建宁

指导教师：张静武

2011年12月13日

应力时效对高强度铝合金硬度的影响

一、选题背景

高强度铝合金具有比重小、强度高、加工性能好及焊接性能优良等特点，

被广泛地应用于航空工业及民用工业等领域，尤其在航空工业中占有十分重要

的地位，是航空工业的主要结构材料之一。近几十年来，国内外学者对高强度

铝合金的热处理工艺及其性能等进行了大量的研究，取得了重要进展，并极大

地促进了该类材料在航空工业生汽中的广泛应用。

高强度铝合金主要是以AI-Cu-Mg和A1-Zn-Mg-Cu为基的合金。前者的静

强度略低于后者，但使用温度却比后者高。AI-Cu-Mg系合金是发展最早的一

种热处理强化型合金。航空工业的发展，促进了该系合金的改进。本世纪20

年代和30年代相继发展了2014和2024合金，随后又发展了2618合金。这个

系的合金发展较为成熟，已先后定型了十几个牌号。这些合金作为航空材料，

己得到了广泛的应用。

热处理是一种常用的提高铝合金性能的工艺。热处理工艺的不同对合金

析出相也有很大影响。最近，有学者研究发现，在时效过程中施加外应力，即

应力时效，对A1-Cu-Mg-Ag合金中强化相的析出序列、数量、大小和分布等都

有显著影响。应力时效是指在时效过程中引入一小于屈服极限的应力，在温℃

度和应力的耦合作用下，会使强化相的析出过程产生显著的变化。这种热处理

工艺最初是用于研究Ti-H，Zr-H，Fe-N及镍合金。而对于铝合金体系的研究最

早是用于简单二元体系A1-Cu合金。HOSFORD等于1975年首先展开了对A1-Cu

合金应力时效的研究。

二、文献综述

研究现状

HOSFORD等于1975年首先展开了对A1-Cu合金应力时效的研究。他们发现，

时效过程中施加外应力能够使合金中的强化相θ’相沿某一方向呈择优取向析

出。若施加沿100方向的压应力，则θ’相沿平行于应力轴的方向析出，若

施加拉应力，则沿垂直于应力轴的方向析出。随后，SANKRAN推翻了这一结论。

他认为，如果是压应力，则析出相应垂直于应力方向；如果是拉应力，则平行

于应力方向。在此之后，国内外学者展开了对A1-Cu合金应力时效的研究，得

到的结论都与SANKRAN的结论吻合。ZHU等对Al-Cu合金的应力时效进行了比

较系统的研究，认为应力位向效应与外加应力、温度、合金成分和时效时间有

关。目前对于应力时效的研究大部分针对A1-Cu简单二元合金体系，而对复杂

合金体系研究较少。HARGARTER和CHEN等研究了A1-Cu-Mg-Ag合金的应力时效。

他们均发现Al-Cu-Mg-Ag合金中的析出相η和θ’一样，均有位相效应。

HARGARTER等还发现，由于位相效应的存在，合金的强度也表现出各向异性。

目前对A1-Cu-Mg-Ag合金应力时效的研究大都针对位相效应现象或者由位

相效应引起的合金的性能的变化，很少对合金在应力时效下强化相的析出过程

进行研究。

早期对Al-Cu-Mg-Ag合金的研究主要集中于Ω相的晶体结构。一些研究

结果表明Ω沉淀相是面心的正交结构(a=0.496nm,b=0.895nm,c=

0.848nm)。Chang等重新分析了这种相,并认为基于这种相与平衡的θ相

(a=b=0.6066nm,c=0.4874nm)有同样的化学组成(Al-Cu),这

种相具有正方晶体结构.实际上,在Ω和θ相的结构模型中,晶格常数的差

别非常小,以至于在250℃以上的温度下长时间时效将会使得Ω沉淀相最终

被不同方向和形状的θ平衡沉淀相所取代。

最近对Al-Cu-Mg2Ag合金的研究则侧重于改变合金中各元素含量及加入

稀土元素对不同温度下