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时效总结
时效
⼀、时效
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。
⼆、时效强化机理
7×××系合⾦时效过程中的沉淀析出顺序为:SSSS(过饱和固溶体)→GP区→η′(MgZn2)→η(MgZn2)。若Zn:Mg⽐较低,⼀些铝
合⾦会出现T相(Al2Mg3Zn3),T相析出序列可表⽰为:SSSS→GP区→T′(半共格)→T,由于时效温度⼀般低于200℃通常很
少在合⾦中发现T相。6xxx系(Al-Mg-Si系)铝合⾦SSSS→GP区→β’相→β相(Mg2Si相)。
⾦属强化取决于位错与脱溶相质点间的相互作⽤。时效过程中分解产⽣的析出相能阻碍位错运动,从⽽提⾼合⾦强度。析出相
对位错的阻碍作⽤主要有切过机制和奥罗万绕过机制。在沉淀析出的早期阶段,形成⼩尺⼨的GP区和亚稳相η’相,位错滑移
需-切割析出相,使基体得到明显强化。随着时效时间的延长,析出相的尺⼨增⼤,合⾦强度增加。在沉淀析出的后期,主要发
⽣亚稳相η’向平衡相η的转变以及η相的粗化,此时位错线采取绕过⽅式移动,因为绕过析出相所需的临界切应⼒⽐切过所需的
低。随着时效时间的延长,析出相明显长⼤,强化效果降低,强度下降。合⾦的强度主要由晶内析出相GP区和η’相的体积分
数、形貌尺⼨和分布所决定。沉淀相的体积分数越⼤,分布越均匀致密,合⾦的强度越⾼。通常切割机制⽐绕过机制的强化效
果好。切割机制的强化效果随质点体积分数和尺⼨的增⼤⽽增⼤,⽽绕过机制的强化效果则应随质点体积分数的减⼩和尺⼨的
增⼤⽽减⼩。
合⾦在时效过程中的强度变化的特征:开始阶段的脱溶相(GP区或某种过渡相)与基体共格、尺⼨很⼩,因⽽位错可以切
过。此时的屈服切应⼒增量取决于切割脱溶相所需的应⼒。继续脱溶时,脱溶相体积分数(?)及尺⼨(r)均增加,切割它们
所需应⼒加⼤,使强化值增加,经⼀段时间后,?会达到⼀定值,脱溶相将按奥斯特华德熟化过程规律增⼤尺⼨,使合⾦进⼀
步强化。最后,脱溶相质点逐渐向半共格或⾮共格质点(过渡相或平衡相)转变,尺⼨也不断加⼤,
⼀旦达到⼀定尺⼨时,位错在质点周围成环所需应⼒会⼩于切割质点的应⼒,奥罗万机制开始发⽣作⽤,这时合⾦强度随着脱
溶相质点尺⼨进⼀步增⼤⽽降低。但应注意,在奥罗万机制起作⽤时,由于每⼀位错线通过质点后将留下⼀个位错环,使质点
周围位错密度增加,这就相当于质点有效尺⼨不断增⼤,质点间距不断减⼩,因⽽使加⼯硬化系数加⼤。
三、时效过程
合⾦在时效过程中⼀般经历⽋时效、峰时效、过时效三个阶段,⽋时效阶段为合⾦硬度(强度)逐渐上升的过程,合⾦组织中
的GP区或过渡相η数量逐渐增多,其中的沉淀相主要为GP区,变形时位错切割GP区;峰时效为合⾦达到硬度最⼤的点,合⾦
的微观组织为⾼度弥散的GP区和η相,位错由切割机制逐步向绕过机制转变,合⾦的强度最⾼;过时效过程中合⾦的硬度逐渐
降低,组织中的η相逐渐长⼤发⽣粗化,同时发⽣过渡相(η相)向粗⼤的平衡相(η相)转变,合⾦中的沉淀相主要为η′相和
η相,变形时位错绕过强化质点。部分7xxx铝合⾦还会存在者双峰“时效”现象,在研究7175合⾦时发现双峰时效现象,第⼀个
峰值对应的显微组织GP区,随着GP区部分溶解强度降低,然后随η相数量逐渐增多形成第⼆个峰值。双级时效第⼀阶段为低
温时效的成核阶段,形成细⼩的GP区及η相为终时效的析出相提供形核点;第⼆阶段为⾼温时效的稳定化阶段,晶内为尺⼨较
⼤的η相,晶界处为不连续的粗⼤的η相,合⾦的耐腐性提⾼,但强度⽐T6态的下降10%~15%,该⼯艺是在牺牲强度的条件下
提⾼耐腐蚀性。
四、微观组织
强Al-Zn-Mg-Cu铝合⾦的微观组织与性能有着紧密的联系,合⾦的性能主要受合⾦组织内的析出相尺⼨、类型及分布的影
响,Al-Zn-Mg-Cu的微观组织主要有三部分组成,即晶内析出相(MPt)、晶界析出相(GBP)以及晶界周围的⽆沉淀析出带
(PFZ)。MPt的特性显著影响合⾦的强度,时效析出的GP区和η相的强化效果好于粗⼤的平衡相η相。GBP对合⾦的抗应⼒
腐蚀性(SCR)和断裂韧性影响较⼤,GBP连续分布对合⾦的韧性和SCR性不利,⽽较粗⼤不连续的分布对合⾦的抗应⼒腐
蚀性有利,经过时效和回归再时效热处理能获得这种
组织。PFZ形成理论有贫空位理论和贫溶质原⼦理论,它对合⾦塑性和SCR的影响尚⽆定论,⼀般认为较窄的PFZ对韧性和
SCR有利;也有研究者提出PFZ对SCR的
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