铝合金时效硬化曲线
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铝合金时效硬化曲线. 的测定. 一、实验目的. 掌握固溶淬火及时效处理的基本操作。 了解时效温度和时效时间对时效强化效果的影响规律。 加深对时效强化及其机制的理解。. 二、实验原理概述. 定义: 从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀,是一种扩散型相变。 条件 : 合金在平衡状态图上有固溶度的变化,并且固溶度随温度降低而减少。. 二、实验原理概述.

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铝合金时效硬化曲线

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Presentation Transcript


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铝合金时效硬化曲线

的测定


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一、实验目的

  • 掌握固溶淬火及时效处理的基本操作。

  • 了解时效温度和时效时间对时效强化效果的影响规律。

  • 加深对时效强化及其机制的理解。


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二、实验原理概述

  • 定义:从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀,是一种扩散型相变。

  • 条件 :合金在平衡状态图上有固溶度的变化,并且固溶度随温度降低而减少。


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二、实验原理概述

  • 如果将C0成分的合金自单相固溶体状态缓慢冷却到固溶度线(MN)以下温度(如T3)保温时, 相将从 相固溶体中脱溶析出, 相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C1,这种转变可表示为 。 其中 相为平衡相,可以是端际固溶体,也可以是中间相,反应产物为 双相组织。将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度(如T1)保温足够时间,将获得均匀的单相固溶体相,这种处理称为固溶处理。

图1

固溶处理与时效处理的工艺过程示意图


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二、实验原理概述

  • 时效硬(强)化或沉淀硬(强)化:若将经过固溶处理后的C0成分合金急冷,抑止 相分解,则在室温下获得亚稳的过饱和 相固溶体。这种过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时,亦将发生脱溶,但脱溶相往往不是状态图中的平衡相,而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度,称为时效硬(强)化或沉淀硬(强)化。

  • 时效:合金在脱溶过程中,其力学性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化,这种现象称为时效。室温下产生的时效称为自然时效,高于室温的时效称为人工时效。


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二、实验原理概述

  • 脱溶顺序为:G.P.区→ 相→ 相→ 相

    合金经固溶处理并淬火获得亚稳过饱和固溶体,若在足够高的温度下进行时效,最终将沉淀析出平衡脱溶相。但在平衡相出现之前,根据合金成分不同会出现若干个亚稳脱溶相或称为过渡相。

    以Al-4%Cu合金为例,其室温平衡组织为 相固溶体和 相(CuAl2)。该合金经固溶处理并淬火冷却获得过饱和 相固溶体,加热到130℃进行时效,其脱溶顺序为:G.P.区→ 相→ 相→ 相,即在平衡相( )出现之前,有三个过渡脱溶物相继出现。


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二、实验原理概述

  • 冷时效:是指在较低温度下进行的时效,其硬度变化曲线的特点是硬度一开始就迅速上升,达到一定值后硬度缓慢上升或者基本上保持不变。

    冷时效的温度越高,硬度上升就越快,所能达到的硬度也就越高。在Al基和Cu基合金中,冷时效过程中主要形成G.P.区。

  • 温时效:是指在较高温度下发生的时效 。其硬度变化规律是:开始有一个停滞阶段,硬度上升极其缓慢,称为孕育期。接着硬度迅速上升,达到一极大值后又随时间延长而下降。

    温时效的温度越高,硬度上升就越快,达到最大值的时间就越短,但所能达到的最大硬度值反而就越低。


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二、实验原理概述

图2 冷时效和温时效过程硬度变化示意图


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二、实验原理概述

图3 Al-Cu合金在130℃时效时的硬度和析出相的关系


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二、实验原理概述

  • 时效温度是影响过饱和固溶体脱溶速度的重要因素。时效温度越高,原子活性就越强,脱溶速度也就越快。但是随着时效温度升高,化学自由能差减小,同时固溶体的过饱和度也减小,这些又使脱溶速度降低,甚至不再脱溶。因此,可以提高温度来加快时效过程,缩短时效时间。

  • 过时效:在一定温度下,随时效时间延长,合金强度、硬度逐渐增高。至一定时间、其强度、硬度达到最大值(峰值)。时效时间再延长则其强度硬度反而下降,此即所谓“过时效” 。


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三、实验设备及材料

  • 坩埚电阻炉:内置不锈钢盐浴槽,作试样的淬火加热用。加热介质为硝酸盐及亚硝酸盐的混合物,成分为50%KNO3+50 %NaNO2

  • 控温装置:用WZK可控硅温度控制器控制炉膛温度,盐浴温度用数字式温度显示仪或电位差计测量

  • 淬火水槽:用于淬火冷却

  • 恒温箱:用来人工时效处理

  • 布氏硬度计:测定淬火及时效合金硬度

  • 读数显微镜:测定压痕直径

  • 实验材料:2024铝合金试样


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四、实验步骤与方法

  • 每班分成五个小组,每组分别领取一套样品(12块),作好标记。

  • 将试样用砂纸或预磨机磨掉车痕,以达平整、光洁,然后用铁丝绑好。

  • 将绑好试样在盐浴槽中加热。加热温度为500±3℃,保温约10~15分钟,保温结束后快速淬入水槽中。

  • 每组取一个试样立即测定淬火后的硬度。


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四、实验步骤与方法

  • 每组的其它试样立即进入恒温箱进行时效处理(除室温自然时效组外)。时效温度分别为室温、130℃、160℃、190℃,220℃,每组取一个温度进行时效。

  • 将各时效温度时效不同时间后的试样立即水冷,用细砂纸磨去氧化皮后测定硬度,取三点进行测定。查布氏硬度对照表,将所查出的三个硬度三点均值填入表1(建议试样测定布氏硬度HB值的参数选定为负荷250Kgf,钢球直径Φ5mm,负荷保持时间30s)。


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五、实验注意事项

  • 不要将带有水的试样和钳子放入盐浴槽,以防爆炸、烫伤。

  • 每次取样、放试样时,宜轻拿轻放,防止乱样及烫伤。

  • 每次试验完成后切断电源,以防设备事故。


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六、实验报告要求

  • 将本组所得硬度数据绘成硬度—时效时间关系曲线,并将其它各组(即不同时效温度)所得数据绘在同一硬度—时效时间关系曲线上。

  • 分析比较所得时效硬化曲线的异同,并根据时效强化机制解释曲线的变化规律。


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