《工程材料及应用》课件第5章.ppt

Al－Cu合金各时效组织的特征描述如下：

G.P.区：G.P.区就是指富含溶质原子区，对于Al－Cu合金来说，就是富铜区。由于携带空位的铜原子即使在室温下也能以很高的速度聚集，故G.P.区在室温下即可生成。铝铜合金的G.P.区是铜原子在{100}晶面上偏聚或丛聚而形成的，呈圆片状。它没有完整的晶体结构，完全保持母相的晶格，并与母相共格。铝铜合金的G.P.区尺寸随时效温度高低而不同。在室温时效的G.P.区很小，直径约50，密度为1014~1015/mm2，G.P.区之间的距离约为20~40。在130℃下，时效15h后，G.P.区直径长大到90，厚约4~6。温度再高，G.P.区数目开始减少，200℃即不再生成G.P.区。由于G.P.区尺寸很小，且无独立结构，在一般光学显微镜下无法分辨出G.P.区，所观察到的仍为单相α组织。在透射电子显微镜下观察，由于在界面处铜原子与铝原子半径的不同，引起弹性应变，因弹性应变引起反差效应，在暗场照明下，所观察到的发亮部分，即为G.P.区。θ相：随着时效温度的升高或时效时间的延长，G.P.区的直径急剧长大而且铜原子与铝原子逐渐形成规则的排列，构成正方有序化结构。这种结构在x轴和y轴上的点阵常数相等，即a=b=4.04，在z轴上的点阵常数为7.68，一般称为θ″过渡相。θ″过渡相是在基体的{100}面上形成圆片状组织，其厚度为8~20，直径为150~400。θ″相与基体完全共格，但在z轴方向，由于点阵常数（7.68）比基体铝的点阵常数的两倍（8.08）要小些，故产生约4%的错配。因此，在θ″过渡相附近造成了弹性共格应变场，或点阵畸变区。由于θ″相所产生的应变场大于G.P.区所产生的应变场，因而θ″相所引起的时效强化效果大于G.P.区的强化作用。θ′相：当继续增加时效时间或提高时效温度时，例如Al－4%Cu合金时效温度提高到200℃、时效12h后，过渡相θ″即转变为θ′相。θ′相属于正方点阵，其中a=b=4.04，c=5.08，名义成分为Al2Cu。θ′在（001）面上与基体铝共格，在z轴方向由于错配度过大，在（010）和（100）面上共格关系遭到部分破坏。θ′相的尺寸大小与时效温度和时效时间有关。一般说来，直径约为100~6000，厚度约为100~150，密度为108/mm2。由于θ′相与铝基体呈部分共格，因而引起的弹性应变场减小，在金相组织上无明显反差效应。在机械性能上表现为硬度和强度开始下降，表明开始进入过时效阶段。θ相：进一步提高时效温度和延长时效时间，过渡相θ′继续长大，达到一定程度后，共格被破坏，过渡相θ′转变为平衡相θ。θ相的成分为Al2Cu，晶体结构为体心正方有序化结构。由于θ相完全脱离了母相，完全丧失了与基体的共格关系，引起的应力场显著减弱，故θ相的出现，意味着合金的硬度和强度显著下降。（4）影响时效强化效果的因素。影响因素主要有以下几点。

①时效温度的影响：固定时效时间，对同一成分的合金而言，时效温度与时效强化效果（硬度）之间有如图5－32所示的关系，即在某一时效温度时，能获得最大的强化效果，这个温度称为最佳时效温度。不同成分的合金获得最大时效强化效果的时效温度是不同的。统计表明，Ta=（0.5~0.6）T熔，Ta为最佳时效温度，T熔为合金的熔点。图5－32时效温度与硬度关系曲线②时效时间的影响：图5－33为Al－4%Cu合金在130℃时效时硬度和时效时间的关系曲线。由图可以看出，硬度和强度峰值出现在θ″相的末期和θ′过渡相的初期，θ′后期已过时效，开始软化。当大量出现θ相时，软化已非常严重。故在一定时效温度下，为获得最大时效强化效果，对应有一最佳时效时间。图5－33在130℃时效时铝铜合金的硬度与时间的关系③淬火温度、淬火冷却速度和淬火转移时间的影响：实践表明，淬火温度越高，淬火冷却速度越快，淬火中间转移时间越短，所获得的固溶体过饱和程度越大，时效后时效强化效果也就越明显。（5）单级时效与分级时效。分别如下：

①单级时效：这是一种最简单的也是最普及的时效工艺制度。它包括自然时效和人工时效两种工艺制度。在室温或低于100℃温度下进行的时效过程，称为自然时效。在某一人工加热温度下所进行的时效过程叫人工时效。单级时效的优点是工艺简单，缺点是组织均匀性差，抗拉强度、条件屈服极限、断裂韧性、应力腐蚀抗力等性能难以得到良好配合。②分级时效：分级时效就是在不同温度下进行两次时效或多次时效处理。图5－34为超硬铝合金（模锻件）所采用的分级时效工艺曲线。图中Ts为固溶处理温度；T1为预时效温度；T2为最终时效温度；Tc为固溶临界温度。进行预时效的目的是为了在合金中获得高密度的G.P.区，由于G.P.区通常是