第四章鋁及鋁合金

1、 廣西大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院廣西大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院主講老師：許征兵主講老師：許征兵鋁及鋁合金鋁及鋁合金鋁及鋁合金鋁及鋁合金第四章第四章 鋁合金的相變鋁合金的相變4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效4.5 工業(yè)純鋁箔毛料中第二相形成、遺傳工業(yè)純鋁箔毛料中第二相形成、遺傳和轉(zhuǎn)變及工藝控制的綜合分析和轉(zhuǎn)變及工藝控制的綜合分析鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固 凝固成形：熔煉金屬，并將凝固成形：熔煉金屬，并將 熔融金屬澆注、壓射或吸入熔融金屬澆注、壓射或吸入 鑄

2、型型腔中，凝固成為一定鑄型型腔中，凝固成為一定 形狀和性能的鑄件。形狀和性能的鑄件。鋁合金的凝固過程控制著鑄件的組織和性能，并決定鋁鋁合金的凝固過程控制著鑄件的組織和性能，并決定鋁合金材料在加工成成品前的熱處理方式。合金材料在加工成成品前的熱處理方式。凝固過程中的晶內(nèi)偏析現(xiàn)象嚴(yán)重影響著鋁合金的組織和凝固過程中的晶內(nèi)偏析現(xiàn)象嚴(yán)重影響著鋁合金的組織和性能。性能。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.1 晶體的形成晶體的形成晶體形成：原子的規(guī)則排列過程。晶體形成：原子的規(guī)則排列過程。液體中的原子：液體中的原子：由于具有動能，由于具有動能，處于不斷擾動狀態(tài)處于不斷擾動狀態(tài)溫度下

3、降溫度下降熱擾動減弱，結(jié)合力加熱擾動減弱，結(jié)合力加強(qiáng)，比容減小。原子以強(qiáng)，比容減小。原子以晶體狀態(tài)重復(fù)排列晶體狀態(tài)重復(fù)排列某些區(qū)域，一團(tuán)原子某些區(qū)域，一團(tuán)原子按晶體方式排列按晶體方式排列釋放熱量釋放熱量一定的過冷度一定的過冷度結(jié)晶開始，晶體形核結(jié)晶開始，晶體形核鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.1 晶體的形成晶體的形成晶體從液態(tài)中形核及長大的過程（均勻形核：晶體從液態(tài)中形核及長大的過程（均勻形核：液相自身發(fā)生形核液相自身發(fā)生形核）鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.1 晶體的形成晶體的形成v 實(shí)際鑄造過程中，鑄模表面以及在液體中經(jīng)常存在固體

4、不實(shí)際鑄造過程中，鑄模表面以及在液體中經(jīng)常存在固體不溶性顆粒。溶性顆粒。v 均質(zhì)形核是不太可能的，即使是在區(qū)域精煉的條件下，每均質(zhì)形核是不太可能的，即使是在區(qū)域精煉的條件下，每1cm3的液相中也有約的液相中也有約106個邊長為個邊長為103個原子的立方體個原子的立方體的微小雜質(zhì)顆粒。這種形核過程稱為不均勻形核。的微小雜質(zhì)顆粒。這種形核過程稱為不均勻形核。v 因此在熔體中，添加細(xì)小的晶體是晶粒的一種方法。因此在熔體中，添加細(xì)小的晶體是晶粒的一種方法。晶體從液態(tài)中形核及長大的過程（非均勻形核）晶體從液態(tài)中形核及長大的過程（非均勻形核）鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.1

5、 晶體的形成晶體的形成通過測定金屬溫度與冷卻時(shí)間之間的關(guān)系，可以得到一條通過測定金屬溫度與冷卻時(shí)間之間的關(guān)系，可以得到一條冷卻曲線，了解金屬冷卻過程。冷卻曲線，了解金屬冷卻過程。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.2 鑄態(tài)晶粒的大小和形狀鑄態(tài)晶粒的大小和形狀凝固過程中，鑄態(tài)晶粒的控制很重要。凝固過程中，鑄態(tài)晶粒的控制很重要。鑄態(tài)的晶粒大小和形狀由晶體的形核率（鑄態(tài)的晶粒大小和形狀由晶體的形核率（N）和長大速度（）和長大速度（G）所控制）所控制晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小晶粒粗大晶粒粗大形核率與形核率與長大速度長大速度的比值的比值N / G N/G高高N/G低低鋁及鋁合金鋁及鋁合金

6、4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v 4.1.2 鑄態(tài)晶粒的大小和形狀鑄態(tài)晶粒的大小和形狀v 在凝固過程中，當(dāng)熔融金屬被注入冷型中時(shí)，表面的金在凝固過程中，當(dāng)熔融金屬被注入冷型中時(shí)，表面的金屬冷卻得要快一些，在模壁上立即出現(xiàn)非均勻形核。屬冷卻得要快一些，在模壁上立即出現(xiàn)非均勻形核。v 長大過程中，只有那些長大速度最快、方向與模壁垂直長大過程中，只有那些長大速度最快、方向與模壁垂直的晶粒能夠幸存下來，成為晶體，這就是柱狀晶。如圖的晶粒能夠幸存下來，成為晶體，這就是柱狀晶。如圖所示：所示：有些情況下，鑄件的表有些情況下，鑄件的表層由柱狀晶組成，而內(nèi)層由柱狀晶組成，而內(nèi)部卻是等軸晶。部卻是等軸晶。鋁及

7、鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析含含B30%B30%的二組元合金凝固情況的二組元合金凝固情況冷卻速度慢，達(dá)到平衡。這時(shí)，固相和液相化學(xué)成分均和相圖冷卻速度慢，達(dá)到平衡。這時(shí)，固相和液相化學(xué)成分均和相圖所給成分相同。當(dāng)冷卻到所給成分相同。當(dāng)冷卻到T T0 0溫度時(shí)，最初形成晶體含溫度時(shí)，最初形成晶體含B B量為量為10%10% 鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析溫度溫度T2時(shí)，液相完全時(shí)，液相完全凝固，固相含凝固，固相含B30%，當(dāng)溫度當(dāng)溫度T1時(shí)，固相含時(shí)，固相含B20%。此時(shí)，與固相。此時(shí)，與固相相

8、平衡的液相含相平衡的液相含B不斷不斷增加。增加。溫度稍高于溫度稍高于T2時(shí)，晶時(shí)，晶體中含體中含B稍小于稍小于30%，被含被含B70%的液體包的液體包圍。所以當(dāng)溫度到圍。所以當(dāng)溫度到T2時(shí)，必須有液體向晶時(shí)，必須有液體向晶體給出體給出B原子。原子。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析長大中的枝晶中晶內(nèi)偏析形成過程長大中的枝晶中晶內(nèi)偏析形成過程鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析v 上圖（上圖（e）中描述表明晶體是以枝晶長大起來，快速冷卻條）中描述表明晶體是以枝晶長大起來，快速冷卻條件下，在凝固完畢時(shí)，兩

9、相枝晶晶軸之間，枝間區(qū)域存在著件下，在凝固完畢時(shí)，兩相枝晶晶軸之間，枝間區(qū)域存在著濃度梯度。濃度梯度。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析存在成分偏析的合金浸蝕后所顯存在成分偏析的合金浸蝕后所顯露的拓?fù)浣M織的圖解說明露的拓?fù)浣M織的圖解說明鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析通過熱處理晶內(nèi)偏析通過熱處理晶內(nèi)偏析由于晶粒內(nèi)部存在濃度梯度，會發(fā)生擴(kuò)散，由于晶粒內(nèi)部存在濃度梯度，會發(fā)生擴(kuò)散，使合金整體向合金的平均化學(xué)成分趨近。如使合金整體向合金的平均化學(xué)成分趨近。如Al-50%CuAl-50%Cu合金。合金。鋁

10、銅合金二元相圖，鋁銅合金二元相圖，合金由液體狀態(tài)慢合金由液體狀態(tài)慢速冷卻時(shí)，首先經(jīng)速冷卻時(shí)，首先經(jīng)過液相過液相+相區(qū)，然相區(qū)，然后后570左右進(jìn)入左右進(jìn)入 相區(qū)，直到相區(qū)，直到525 以下，合金組織由以下，合金組織由 相基體和相基體和相析出相析出物組成。物組成。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.1 鋁合金的凝固鋁合金的凝固v4.1.3 晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析快速冷卻時(shí)，凝固過程?？焖倮鋮s時(shí)，凝固過程。某些合金在快速冷卻條件下凝固某些合金在快速冷卻條件下凝固時(shí)，不僅不產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，還會時(shí)，不僅不產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，還會出現(xiàn)在慢速冷卻時(shí)不會出現(xiàn)的新出現(xiàn)在慢速冷卻時(shí)不會出現(xiàn)的新相。相。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的

11、退火鋁合金的退火v4.2.1 鑄態(tài)合金的組織特征鑄態(tài)合金的組織特征工業(yè)生產(chǎn)中，合金凝固時(shí)的冷卻速度不工業(yè)生產(chǎn)中，合金凝固時(shí)的冷卻速度不0.1-1000.1-100/s，凝固后鑄態(tài)凝固后鑄態(tài)組織偏離平衡組織。組織偏離平衡組織。通常，非通常，非平衡共晶中的平衡共晶中的相依附在相依附在初初晶上，晶上，相則以網(wǎng)相則以網(wǎng)狀分布在枝晶網(wǎng)狀分布在枝晶網(wǎng)胞周圍。胞周圍。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v鑄態(tài)合金的組織特征鑄態(tài)合金的組織特征變形鋁合金一般都具有兩個以上的溶質(zhì)組元，結(jié)晶時(shí)的情況較為復(fù)變形鋁合金一般都具有兩個以上的溶質(zhì)組元，結(jié)晶時(shí)的情況較為復(fù)雜，但非平衡結(jié)晶的規(guī)律與二元合金系的一

12、致。雜，但非平衡結(jié)晶的規(guī)律與二元合金系的一致。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v4.2.2 鋁合金均勻化退火時(shí)的組織變化鋁合金均勻化退火時(shí)的組織變化均勻化退火是為后續(xù)加工做組織準(zhǔn)備。主要組織變化是枝晶偏析消均勻化退火是為后續(xù)加工做組織準(zhǔn)備。主要組織變化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和過飽和的過渡元素相沉淀，溶質(zhì)濃度均勻化。除、非平衡相溶解和過飽和的過渡元素相沉淀，溶質(zhì)濃度均勻化。7075合金均勻化退火合金均勻化退火前后同一個枝晶胞范前后同一個枝晶胞范圍內(nèi)顯微偏析的變化。圍內(nèi)顯微偏析的變化。不溶過剩相發(fā)生聚集、不溶過剩相發(fā)生聚集、球化。慢冷時(shí)，溶質(zhì)球化。慢冷時(shí)，溶質(zhì)均勻沉淀析出

13、。均勻沉淀析出。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v4.2.2 鋁合金均勻化退火時(shí)的組織變化鋁合金均勻化退火時(shí)的組織變化1室溫下性室溫下性能提高，能提高，冷熱變形冷熱變形工藝性能工藝性能改善。改善。2降低變形降低變形抗力，減抗力，減少變形功少變形功消耗提高消耗提高制備生產(chǎn)制備生產(chǎn)效率效率3消除殘余消除殘余鑄錠應(yīng)力鑄錠應(yīng)力改善鑄錠改善鑄錠的機(jī)械加的機(jī)械加工性能。工性能。4含有鐵、錳、鉻、含有鐵、錳、鉻、鋯等元素的合金，鋯等元素的合金，均勻化退火，可均勻化退火，可能使合金的擠壓能使合金的擠壓效應(yīng)消失。效應(yīng)消失。均勻化退火后的組織變化引起性能變化均勻化退火后的組織變化引起性能變化鋁

14、及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v4.2.3 均勻化退火溫度及時(shí)間均勻化退火溫度及時(shí)間 均勻化退火源于原子擴(kuò)散，根據(jù)擴(kuò)散第一定律得：均勻化退火源于原子擴(kuò)散，根據(jù)擴(kuò)散第一定律得：溫度升高將擴(kuò)散過程大大加速，均勻化過程應(yīng)盡量提高均溫度升高將擴(kuò)散過程大大加速，均勻化過程應(yīng)盡量提高均勻化退火溫度。通常退火溫度為勻化退火溫度。通常退火溫度為0.90.95Tm 鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v4.2.3 均勻化退火溫度及時(shí)間均勻化退火溫度及時(shí)間Tm低于平衡相圖上的固相低于平衡相圖上的固相線，有時(shí)在低于平衡固相線，有時(shí)在低于平衡固相線溫度進(jìn)行均勻化退火難線溫度進(jìn)行均勻

15、化退火難以達(dá)到組織均勻化的目的。以達(dá)到組織均勻化的目的。所以有高溫均勻退火（非所以有高溫均勻退火（非平衡固相溫度以上，但是平衡固相溫度以上，但是在平衡固相線溫度以下的在平衡固相線溫度以下的退火工藝）。退火工藝）。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.2 鋁合金的退火鋁合金的退火v4.2.3 均勻化退火溫度及時(shí)間均勻化退火溫度及時(shí)間 保溫時(shí)間為非平衡相溶解及晶內(nèi)偏析消除所需時(shí)間代數(shù)和保溫時(shí)間為非平衡相溶解及晶內(nèi)偏析消除所需時(shí)間代數(shù)和隨著均勻化過程的進(jìn)行，隨著均勻化過程的進(jìn)行，晶內(nèi)濃度梯度不斷減小，晶內(nèi)濃度梯度不斷減小，擴(kuò)散的物質(zhì)量也不斷減少，擴(kuò)散的物質(zhì)量也不斷減少，使均勻化過程自動減慢。使均勻化過程自動減慢。

16、2AL12均勻化均勻化退火前退火前30min比后比后7h多得多多得多鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v4.3.1 回復(fù)回復(fù)在退火溫度低，退火時(shí)間短時(shí)，冷變形金屬發(fā)生的主要過程即為回在退火溫度低，退火時(shí)間短時(shí)，冷變形金屬發(fā)生的主要過程即為回復(fù)。其驅(qū)動力是冷變形儲能。復(fù)。其驅(qū)動力是冷變形儲能。冷變形儲能的結(jié)構(gòu)形式：晶格畸變和各種晶格缺陷冷變形儲能的結(jié)構(gòu)形式：晶格畸變和各種晶格缺陷回復(fù)過程的本質(zhì)是點(diǎn)缺陷運(yùn)動和位錯運(yùn)動及其重新組織，在回復(fù)過程的本質(zhì)是點(diǎn)缺陷運(yùn)動和位錯運(yùn)動及其重新組織，在精細(xì)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為多邊化過程，形成亞晶組織。精細(xì)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為多邊化過程，形成亞晶組織

17、。如果退火溫度升高或退火時(shí)間延長，亞晶尺寸逐漸增大，位如果退火溫度升高或退火時(shí)間延長，亞晶尺寸逐漸增大，位錯纏結(jié)逐漸消除，呈現(xiàn)鮮明的亞晶晶界，一定條件下，亞晶錯纏結(jié)逐漸消除，呈現(xiàn)鮮明的亞晶晶界，一定條件下，亞晶可以長到約可以長到約10m。這種情況稱為原位再結(jié)晶。這種情況稱為原位再結(jié)晶鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v4.3.2 再結(jié)晶再結(jié)晶再結(jié)晶晶粒與再結(jié)晶晶粒與基體間的界面基體間的界面一般為大角度一般為大角度界面。界面。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v4.3.2 再結(jié)晶再結(jié)晶v （1）再結(jié)晶形核與晶核長大）再結(jié)晶形核與

18、晶核長大v （2）再結(jié)晶溫度）再結(jié)晶溫度v （3）再結(jié)晶晶粒長及二次結(jié)晶）再結(jié)晶晶粒長及二次結(jié)晶v （4）再結(jié)晶晶粒尺寸和不均勻化）再結(jié)晶晶粒尺寸和不均勻化 再結(jié)晶晶粒與多邊化過程產(chǎn)生亞晶間區(qū)別再結(jié)晶晶粒與多邊化過程產(chǎn)生亞晶間區(qū)別鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶 再結(jié)晶晶核形成的必要條件是它們能以界面移動方式吞并周圍再結(jié)晶晶核形成的必要條件是它們能以界面移動方式吞并周圍基體，進(jìn)而形成一定尺寸的新生晶粒，所以只有與周圍變形體有大基體，進(jìn)而形成一定尺寸的新生晶粒，所以只有與周圍變形體有大角度界面的亞晶才能成國潛在的再結(jié)晶晶核。角度界面的亞晶才能成國潛在的再結(jié)晶晶

19、核。v 再結(jié)晶形核與晶核長大再結(jié)晶形核與晶核長大v 再結(jié)晶形核的兩種機(jī)制再結(jié)晶形核的兩種機(jī)制v （1 1）應(yīng)變誘發(fā)晶界遷移機(jī)制）應(yīng)變誘發(fā)晶界遷移機(jī)制v （2 2）亞晶長大形核機(jī)制）亞晶長大形核機(jī)制鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度1、冷變形程度與再結(jié)晶溫度的關(guān)系、冷變形程度與再結(jié)晶溫度的關(guān)系 2、退火時(shí)間與再結(jié)晶溫度的關(guān)系、退火時(shí)間與再結(jié)晶溫度的關(guān)系 開始發(fā)生再結(jié)晶的溫度稱為再結(jié)晶溫度。它在合金成分一定的開始發(fā)生再結(jié)晶的溫度稱為再結(jié)晶溫度。它在合金成分一定的情況下與變形程度及退火時(shí)間有關(guān)。情況下與變形程度及退火時(shí)間有關(guān)。鋁及鋁合金鋁及鋁合

20、金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v 合金成分對再結(jié)晶溫度合金成分對再結(jié)晶溫度密切相關(guān)，在固溶體范密切相關(guān)，在固溶體范圍內(nèi)，加入少量元素通圍內(nèi)，加入少量元素通常能急劇提高再結(jié)晶溫常能急劇提高再結(jié)晶溫度。當(dāng)鋁中加的元素濃度。當(dāng)鋁中加的元素濃度進(jìn)一步提高時(shí)，合金度進(jìn)一步提高時(shí)，合金中出現(xiàn)第二相，些時(shí)再中出現(xiàn)第二相，些時(shí)再結(jié)晶溫度變化較為復(fù)雜。結(jié)晶溫度變化較為復(fù)雜。 4.3.2 再結(jié)晶再結(jié)晶鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶4.3.2 再結(jié)晶再結(jié)晶v（1）晶粒均勻長大）晶粒均勻長大 均勻長大的過程中，一部分昌料的晶界向另一部分晶料均勻長大的過程中，一

21、部分昌料的晶界向另一部分晶料內(nèi)遷移，得到相對均勻的較粗大的晶粒組織。整個體積中內(nèi)遷移，得到相對均勻的較粗大的晶粒組織。整個體積中再結(jié)晶晶粒不會同時(shí)相互接觸。再結(jié)晶晶粒不會同時(shí)相互接觸。v（2）晶粒選擇性長大）晶粒選擇性長大 二次再結(jié)晶，在具備一定條件時(shí)，在晶粒較為均勻的再結(jié)二次再結(jié)晶，在具備一定條件時(shí)，在晶粒較為均勻的再結(jié)晶基體中，某些個別晶?？赡芗眲￠L大。晶基體中，某些個別晶?？赡芗眲￠L大。再結(jié)晶晶粒長大及二次再結(jié)晶再結(jié)晶晶粒長大及二次再結(jié)晶鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v影響再結(jié)晶晶粒大小的主要因素有內(nèi)在因素和工影響再結(jié)晶晶粒大小的主要因素有內(nèi)在因素和

22、工藝條件。藝條件。v（1）退火金屬內(nèi)在因素）退火金屬內(nèi)在因素v 一般，隨著合金元素及雜質(zhì)含量增加，晶粒尺寸減小，但一般，隨著合金元素及雜質(zhì)含量增加，晶粒尺寸減小，但某些合金，若固、溶體成分不均勻，可能出現(xiàn)大晶粒。某些合金，若固、溶體成分不均勻，可能出現(xiàn)大晶粒。v 合金成分一定時(shí)，變形前的原始晶料對再結(jié)晶后晶粒尺寸合金成分一定時(shí)，變形前的原始晶料對再結(jié)晶后晶粒尺寸也有影響。一般原始晶粒愈細(xì)，結(jié)晶后尺寸越小。也有影響。一般原始晶粒愈細(xì)，結(jié)晶后尺寸越小。再結(jié)晶晶粒尺寸和不均勻化再結(jié)晶晶粒尺寸和不均勻化鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v（2）變形程度的影響）變形程度

23、的影響鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v（2）變形程度的影響）變形程度的影響變形溫度升高，變形后退火時(shí)所呈現(xiàn)的臨界變形程度也增加，金屬變形溫度升高，變形后退火時(shí)所呈現(xiàn)的臨界變形程度也增加，金屬越純，臨界變形程度越小，但加入不同元素影響程度不同。越純，臨界變形程度越小，但加入不同元素影響程度不同。鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v（3）退火工藝參數(shù)）退火工藝參數(shù)多數(shù)情況下，多數(shù)情況下，晶粒隨退火溫晶粒隨退火溫度增高面粗化，度增高面粗化，實(shí)際退火時(shí)在實(shí)際退火時(shí)在晶粒長大階段，晶粒長大階段，鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回

24、復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v（4）再結(jié)晶晶粒形狀及尺寸的不均勻性）再結(jié)晶晶粒形狀及尺寸的不均勻性v （1）均勻晶粒尺寸不均勻，可能產(chǎn)生于二次結(jié)晶未完成）均勻晶粒尺寸不均勻，可能產(chǎn)生于二次結(jié)晶未完成階段。階段。v （2）局部晶粒尺寸不均勻，晶粒分布在某一特定區(qū)域中，）局部晶粒尺寸不均勻，晶粒分布在某一特定區(qū)域中，往往發(fā)生在局部強(qiáng)烈變形時(shí)。往往發(fā)生在局部強(qiáng)烈變形時(shí)。v （3）帶狀晶粒尺寸不均勻，粗細(xì)晶粒分別沿主變形方向）帶狀晶粒尺寸不均勻，粗細(xì)晶粒分別沿主變形方向呈帶狀分布。呈帶狀分布。v （4）島狀的晶粒尺寸不均勻，粗晶粒群與細(xì)晶粒群在整）島狀的晶粒尺寸不均勻，粗晶粒群與細(xì)晶粒群在整個體積中

25、無規(guī)律分布。個體積中無規(guī)律分布。不同的變形鋁合金，再結(jié)晶晶粒呈等軸狀或接近等軸狀。正常情況不同的變形鋁合金，再結(jié)晶晶粒呈等軸狀或接近等軸狀。正常情況下應(yīng)該大致均勻相等，但有時(shí)也可能出現(xiàn)組織不均勻，主要原因：下應(yīng)該大致均勻相等，但有時(shí)也可能出現(xiàn)組織不均勻，主要原因：鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.3 鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶v4.3.3 再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu)通常與變形織構(gòu)不同，如圖：再結(jié)晶織構(gòu)通常與變形織構(gòu)不同，如圖：鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效v 鋁合金中含有大量的能溶入鋁中的合金元素，這些合金元鋁合金中含有大量的能溶入鋁中的合金元素，這些

26、合金元素含量超過室溫及在中等溫度下的平衡固溶度極限，甚至素含量超過室溫及在中等溫度下的平衡固溶度極限，甚至可超過共晶溫度的最大溶解度。室溫平衡組為可超過共晶溫度的最大溶解度。室溫平衡組為+，合，合金加熱至金加熱至Tq時(shí)，時(shí)，相溶入相溶入 基體中而得到單相的基體中而得到單相的固固 溶體，即為固溶處理。溶體，即為固溶處理。當(dāng)溫度降低至當(dāng)溫度降低至T0以下時(shí)以下時(shí)固溶體成為過飽和狀態(tài)固溶體成為過飽和狀態(tài)多余溶質(zhì)就以多余溶質(zhì)就以相的形式相的形式析出，即脫溶或沉淀。析出，即脫溶或沉淀。v4.4.1 固溶時(shí)效的基本概念固溶時(shí)效的基本概念鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效v 當(dāng)

27、冷卻速度足夠大時(shí)，當(dāng)冷卻速度足夠大時(shí)， 固溶體不能沉淀出固溶體不能沉淀出 相，合金的相，合金的室組織室組織單相過飽和固溶體，這種處理即淬火。單相過飽和固溶體，這種處理即淬火。v 淬火獲得的過飽和固溶體有自發(fā)分解，即脫溶的傾向。大淬火獲得的過飽和固溶體有自發(fā)分解，即脫溶的傾向。大多數(shù)鋁合金在室溫下就可產(chǎn)生脫溶過程，些即自然時(shí)效多數(shù)鋁合金在室溫下就可產(chǎn)生脫溶過程，些即自然時(shí)效v 將淬火得到的基體為過飽和固溶體的合金在高于室溫的溫將淬火得到的基體為過飽和固溶體的合金在高于室溫的溫度下加熱，則脫溶過程，可能加速，即人工時(shí)效。度下加熱，則脫溶過程，可能加速，即人工時(shí)效。v 淬火對強(qiáng)度和塑性的影響大小，取

28、決于固溶強(qiáng)化程度及過淬火對強(qiáng)度和塑性的影響大小，取決于固溶強(qiáng)化程度及過剩相對材料的影響。剩相對材料的影響。v4.4.1 固溶時(shí)效的基本概念固溶時(shí)效的基本概念鋁及鋁合金鋁及鋁合金4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效v4.4.1 固溶時(shí)效的基本概念固溶時(shí)效的基本概念淬火后的時(shí)淬火后的時(shí)效過程會使效過程會使合金發(fā)生強(qiáng)合金發(fā)生強(qiáng)化及軟化?；败浕?。鋁及鋁合金鋁及鋁合金 特點(diǎn)：特點(diǎn)：淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。固溶固溶處理處理+固溶度固溶度強(qiáng)度強(qiáng)度/硬度變化小硬度變化小塑性明顯塑性明顯時(shí)效時(shí)效處理處理第二相從固第二相從固溶體中析出溶體中析出力學(xué)性能等發(fā)生力學(xué)性能等

29、發(fā)生顯著變化顯著變化時(shí)效形式：人工時(shí)效，自然時(shí)效。時(shí)效形式：人工時(shí)效，自然時(shí)效。 一般一般“回火回火”用于晶型用于晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金，轉(zhuǎn)變的淬火合金，“時(shí)效時(shí)效”用于非晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金。用于非晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金。4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金固溶強(qiáng)化特點(diǎn)鋁合金固溶強(qiáng)化特點(diǎn)鋁及鋁合金鋁及鋁合金以以Al-CuAl-Cu二元合金為例討論鋁合金的時(shí)效過程：二元合金為例討論鋁合金的時(shí)效過程： (1) (1) 形成銅原子富集區(qū)形成銅原子富集區(qū)銅富集區(qū)銅富集區(qū)稱稱G.P.區(qū)區(qū) 晶體結(jié)構(gòu)與基體晶體結(jié)構(gòu)與基體同，同，但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū)但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū) 強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度。G.P.呈盤狀

30、，僅幾個原呈盤狀，僅幾個原子層厚，室溫下直徑約子層厚，室溫下直徑約5nm，超過，超過200就不再出現(xiàn)就不再出現(xiàn)G.P.區(qū)。區(qū)。4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效鋁及鋁合金鋁及鋁合金 G.P.區(qū)急劇長大，區(qū)急劇長大，G.P.區(qū)銅原子有序區(qū)銅原子有序化，形成化，形成”相相 ”相與基體仍然相與基體仍然保持完全共格，具保持完全共格，具有正方點(diǎn)陣有正方點(diǎn)陣 點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)a=b=0.404nm，c=0.768nm。它。它比比G.P.區(qū)周圍的畸變更大，因此時(shí)效強(qiáng)化區(qū)周圍的畸變更大，因此時(shí)效強(qiáng)化作用更大作用更大4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效(2) (2) 銅原子富集區(qū)有序化銅原子富

31、集區(qū)有序化鋁及鋁合金鋁及鋁合金 ”相轉(zhuǎn)變相轉(zhuǎn)變成過渡相成過渡相是正方點(diǎn)陣，是正方點(diǎn)陣，成分接近成分接近CuAl2 完全共格完全共格 局部共格局部共格強(qiáng)度、硬度開始降強(qiáng)度、硬度開始降低，合金此時(shí)處于低，合金此時(shí)處于過時(shí)效階段。過時(shí)效階段。4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效 ( (3)3)形成過渡相形成過渡相鋁及鋁合金鋁及鋁合金過渡相過渡相完全脫溶完全脫溶形成穩(wěn)定相形成穩(wěn)定相CuAl2，()與基體非共格與基體非共格合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降 合金的種類不同，形成的合金的種類不同，形成的G.P.區(qū)、過渡相區(qū)、過渡相以及最后析出的穩(wěn)定相各不相同，時(shí)效強(qiáng)化以及最后析出

32、的穩(wěn)定相各不相同，時(shí)效強(qiáng)化效果也不一樣效果也不一樣4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效(4) (4) 形成穩(wěn)定的形成穩(wěn)定的鋁及鋁合金鋁及鋁合金合金系時(shí)效過程的過渡階段析出穩(wěn)定相Al-Cu形成銅富集區(qū)G.P.區(qū)G.P.區(qū)有序化相形成過渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成銅、硅富集區(qū)G.P.區(qū)形成有序的相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成銅、鎂富集區(qū)G.P.區(qū)形成過渡相S S Al2CuMgAl-Mg-Zn形成銅、鋅富集區(qū)G.P.區(qū)形成過渡相M M （MgZn2）4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效表表 常用鋁合金系的時(shí)效過程及其析出的穩(wěn)定相常用鋁合金系的時(shí)效過程及其析出的穩(wěn)

33、定相鋁及鋁合金鋁及鋁合金 固溶固溶處理處理 規(guī)律規(guī)律：淬火淬火T越高，淬火冷卻越高，淬火冷卻V越快，轉(zhuǎn)移越快，轉(zhuǎn)移t越越短，過飽和程度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果也越大短，過飽和程度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果也越大 要點(diǎn)要點(diǎn)：在不過熱過燒條件下，：在不過熱過燒條件下，T淬淬高些，保溫高些，保溫t長些。淬火冷卻要保證不析出第二相。為了防止長些。淬火冷卻要保證不析出第二相。為了防止 淬火變形開裂，一般采用淬火變形開裂，一般采用2080水冷卻水冷卻時(shí)效時(shí)效工藝工藝溫度溫度：對一定合金，有：對一定合金，有最佳時(shí)效溫度最佳時(shí)效溫度.時(shí)間時(shí)間：在一定時(shí)效溫度下，有最佳時(shí)效時(shí)間。在一定時(shí)效溫度下，有最佳時(shí)效時(shí)間。方式方式：單

34、級和多級時(shí)效。高強(qiáng)合金常用分級時(shí)效：單級和多級時(shí)效。高強(qiáng)合金常用分級時(shí)效4.4 鋁合金的固溶和時(shí)效鋁合金的固溶和時(shí)效3 3、影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素、影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素鋁及鋁合金鋁及鋁合金v工業(yè)純鋁箔毛料的熱處理和加工變形過程中，第工業(yè)純鋁箔毛料的熱處理和加工變形過程中，第二相和種類、大小、數(shù)量和分布是其顯微組織很二相和種類、大小、數(shù)量和分布是其顯微組織很重要的一個方面，均勻化，中間退火，析出退火重要的一個方面，均勻化，中間退火，析出退火等工藝都必須以第二想的存在情況為依據(jù)來制定。等工藝都必須以第二想的存在情況為依據(jù)來制定。v工業(yè)純鋁半連鑄水冷鑄錠中的化合物主要有盤狀工業(yè)純鋁半連鑄水冷鑄錠中的化合物主要有盤狀c（AlFeSi）相，塊狀或片狀）相，塊狀或片狀p（ AlFeSi ）相、針織狀相、針織狀A(yù)l6Fe和和AlmFe相，以及不規(guī)則長針相，以及不規(guī)則長針