一、鋁合金熱處置處罰工藝
鋁合金熱處置處罰原理
鋁合金鑄件得熱處置處罰便是選用某一熱處置處罰范例,控制加熱速率升到某一相應(yīng)溫度下保溫肯定時間以肯定得速率冷卻,轉(zhuǎn)變其合金的構(gòu)造,其重要目標(biāo)是進步合金的力學(xué)性能,加強耐腐化性能,改進加工型能,得到尺寸的穩(wěn)固性。
3.1.1鋁合金熱處置處罰特點
眾所周知,對付含碳量較高的鋼,經(jīng)淬火后立即得到很高的硬度,而塑性則很低。然而對鋁合金并不然,鋁合金鋼淬火后,強度與硬度并不立即升高,至于塑性非但沒有降落,反而有所上升。但這種淬火后的合金,安排一段時間(如4~6晝夜后),強度和硬度會明顯進步,而塑性則明顯低落。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而明顯進步的征象,稱為時效。時效可以在常溫下產(chǎn)生,稱天然時效,也可以在高于室溫的某一溫度范疇(如100~200℃)內(nèi)產(chǎn)生,稱人工時效。
3.1.2鋁合金時效強化原理
鋁合金的時效硬化是一個相稱龐大的歷程,它不但決定于合金的構(gòu)成、時效工藝,還取決于合金在生產(chǎn)歷程中縮造成的缺陷,分外是空地、位錯的數(shù)目和漫衍等?,F(xiàn)在廣泛以為時效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果。
鋁合金在淬火加熱時,合金中形成了空地,在淬火時,由于冷卻快,這些空地來不及移出,便被“牢固”在晶體內(nèi)。這些在過飽和固溶體內(nèi)的空地大多與溶質(zhì)原子 聯(lián)合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)固狀態(tài),一定向均衡狀態(tài)變化,空地的存在,加快了溶質(zhì)原子的擴散速率,因而加快了溶質(zhì)原子的偏聚。
硬化區(qū)的巨細(xì)和數(shù)目取決于淬火溫度與淬火冷卻速率。淬火溫度越高,空地濃度越大,硬化區(qū)的數(shù)目也就越多,硬化區(qū)的尺寸減小。淬火冷卻速率越大,固溶體內(nèi)所牢固的空地越多,有利于增長硬化區(qū)的數(shù)目,減小硬化區(qū)的尺寸。
沉淀硬化合金系的一個根本特性是隨溫度而變化的均衡固溶度,即隨溫度增長固溶度增長,大多數(shù)可熱處置處罰強化的的鋁合金都切合這一條件。沉淀硬化所要求的溶解度-溫度干系,可用鋁銅系的Al-4Cu合金闡明合金時效的構(gòu)成和布局的變化。圖3-1鋁銅系富鋁部門的二元相圖,在548℃舉行共晶變化L→α+θ(Al2Cu)。銅在α相中的極限溶解度5.65%(548℃),隨著溫度的降落,固溶度急劇減小,室溫下約為0.05%。
在時效熱處置處罰歷程中,該合金構(gòu)造有以下幾個變化歷程:
形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)-G.P(Ⅰ)區(qū)
在新淬火狀態(tài)的過飽和固溶體中,銅原子在鋁晶格中的漫衍是恣意的、無序的。時效初期,即時效溫度低或時效時間短時,銅原子在鋁基體上的某些晶面上聚集,形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū),稱G.P(Ⅰ)區(qū)。G.P(Ⅰ)區(qū)與基體α連結(jié)共格干系,這些聚合體構(gòu)成了進步抗變形的共格應(yīng)變區(qū),故使合金的強度、硬度升高。
G.P區(qū)有序化-形成G.P(Ⅱ)區(qū)
隨著時效溫度升高或時效時間延伸,銅原子繼承偏聚并產(chǎn)生有序化,即形成G.P(Ⅱ)區(qū)。它與基體α仍連結(jié)共格干系,但尺寸較G.P(Ⅰ)區(qū)大。它可視為中心過渡相,常用θ“表現(xiàn)。它比G.P(Ⅰ)區(qū)四周的畸變動大,對位錯活動的攔阻進一步增大,因此時效強化作用更大,θ”相析出階段為合金到達最大強化的階段。
形成過渡相θ′
隨著時效歷程的進一步生長,銅原子在G.P(Ⅱ)區(qū)繼承偏聚,當(dāng)銅原子與鋁原子比為1:2時, 形成過渡相θ′。由于θ′的點陣常數(shù)產(chǎn)生較大的變化,故當(dāng)其形成時與基體共格干系開始粉碎,即由完全共格變?yōu)榫植抗哺瘢虼?theta;′相四周基體的共格畸變減 弱,對位錯活動的攔阻作用亦減小,表如今合金性能上硬度開始降落。由此可見,共格畸變的存在是造成合金時效強化的重要因素。
形成穩(wěn)固的θ相
過渡相從鋁基固溶體中完全脫溶,形成與基體有明顯界面的獨立的穩(wěn)固相Al2Cu,稱為θ相此時θ相與基體的共格干系完全粉碎,并有本身獨立的晶格,其畸變也隨之消散,并隨時效溫度的進步或時間的延伸,θ相的質(zhì)點聚集長大,合金的強度、硬度進一步降落,合金就軟化并稱為“過期效”。θ相聚集長大而變得粗大。
鋁-銅二元合金的時效原理及其一樣通常紀(jì)律對付其他產(chǎn)業(yè)鋁合金也實用。但合金的種類差別,形成的G.P區(qū)、過渡相以及末了析出的穩(wěn)固性各不雷同,時效強化結(jié)果也紛歧樣。幾種常見鋁合金系的時效歷程及其析出的穩(wěn)固相列于表3-1.從表中可以看到,差別合金系時效歷程亦不完全都履歷了上述四個階段,有的合金不顛末G.P(Ⅱ)區(qū),直接形成過渡相。便是統(tǒng)一合金因時效的溫度和時間差別,亦不完全依次履歷時效全歷程,例若有的合金在天然時效時只舉行到G.P(Ⅰ)區(qū)至G.P(Ⅱ)區(qū)即告停止。在人工時效,若時效溫度過高,則可以不顛末G.P區(qū),而直接從過飽和固溶體中析出過渡相,合計時效舉行的水平,直接干系到時效后合金的布局和性能。
幾種鋁合金系的時效歷程及其析出穩(wěn)固的強化相
影響時效的因素
從淬火到人工時效之間停馬上間的影響
研究發(fā)明,某些鋁合金如Al-Mg-Si系合金在室溫停頓后再舉行人工時效,合金的強度指標(biāo)達不到最大值,而塑性有所上升。如ZL101鑄造鋁合金,淬火后在室溫下停頓一天后再舉行人工時效,強度極限較淬火后立即時效的要低10~20Mpa,但塑性要比立即舉行時效的鋁合金有所進步。
合金化學(xué)身分的影響
一種合金可否通過期效強化,起首取決于構(gòu)成合金的元素可否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的水平。如硅、錳在鋁中的固溶度比力小,且隨溫度變化不大, 而鎂、鋅固然在鋁基固溶體中有較大的固溶度,但它們與鋁形成的化合物的布局與基體差別不大,強化結(jié)果甚微。因此,二元鋁-硅、鋁-錳、鋁-鎂、鋁-鋅通常 都不接納時效強化處置處罰。而有些二元合金,如鋁-銅合金,及三元合金或多元合金,如鋁-鎂-硅、鋁-銅-鎂-硅合金等,它們在熱處置處罰歷程中有溶解度和固態(tài)相 變,則可通過熱處置處罰舉行強化。
合金的固溶處置處罰工藝影響
為得到精良的時效強化結(jié)果,在不產(chǎn)生過熱、過燒及晶粒長大的條件下,淬火加熱溫度高些,保溫時間長些,有利于得到最大過飽和度的勻稱固溶體。別的在淬火冷卻歷程不析出第二相,不然在隨后時效處置處罰時,已析出相將起晶核作用,造成局部不勻稱析出而低落時效強化結(jié)果。
二、鈹青銅的熱處置處罰要領(lǐng)
鈹青銅是一種用途極廣的沉淀硬化型合金。經(jīng)固溶實時效處置處罰后,強度可達1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其熱處置處罰特點是:固溶處置處罰后具有精良的塑性,可舉行冷加工變形。但再舉行時效處置處罰后,卻具有極好的彈性極限,同時硬度、強度也得到進步。
1、鈹青銅的固溶處置處罰一樣通常固溶處置處罰的加熱溫度在780-820℃之間,對用作彈性組件的質(zhì)料,接納760-780℃,重要是防備晶粒粗大影響強度。固溶處置處罰爐溫勻稱度應(yīng)嚴(yán)酷控制在5℃。保溫時間一樣通??砂?小時/25mm盤算,鈹青銅在氛圍或氧化性氛圍中舉行固溶加熱處置處罰時,外貌會形成氧化膜。固然對時效強化后的力學(xué)性能影響不大,但會影響其冷加工時工模具的利用壽命。為制止氧化應(yīng)在真空爐或氨剖析、惰性氣體、還原性氛圍(如氫氣、一氧化碳等)中加熱,從而得到光明的熱處置處罰結(jié)果。別的,還要細(xì)致只管即便收縮轉(zhuǎn)移時間(此淬水時),不然會影響時效后的機器性能。薄形質(zhì)料不得凌駕3秒,一樣通常零件不凌駕5秒。淬火介質(zhì)一樣通常接納水(無加熱的要求),固然形狀龐大的零件為了制止變形也可接納油。
2、鈹青銅的時效處置處罰鈹青銅的時效溫度與Be的含量有關(guān),含Be小于2.1%的合金均宜舉行時效處置處罰。對付Be大于1.7%的合金,最佳時效溫度為300-330℃,保溫時間1-3小時(憑據(jù)零件形狀及厚度)。Be低于0.5%的高導(dǎo)電性電極合金,由于溶點升高,最佳時效溫度為450-480℃,保溫時間1-3小時。比年來還生長出了雙級和多級時效,即先在高溫短時時效,爾后在低溫下永劫間保溫時效,如許做的長處是性能進步但變形量減小。為了進步鈹青銅時效后的尺寸精度,可接納夾具夾持舉行時效,偶然還可接納兩段離開時效處置處罰。
3、鈹青銅的去應(yīng)力處置處罰鈹青銅去應(yīng)力退火溫度為150-200℃,保溫時間1-1.5小時,可用于消除因金屬切削加工、校直處置處罰、冷成形等產(chǎn)生的渣滓應(yīng)力,穩(wěn)固零件在恒久利用時的形狀及尺寸精度。
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