十組熱處理 (3版)

熱處理工藝設(shè)計小組成員：李銀鳳（材卓121）

張宏哲（材卓121）

張鑫蔓（材卓121）

李靖（材料122）

嚴文婷（材料123）10方案二方案一一VS二目錄頁方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二過渡頁方案二方案一一VS二過程擴散退火固溶雙極時效處理10預(yù)先熱處理最終熱處理擴散退火擴散退火的目的1擴散退火是預(yù)先熱處理過程目的：消除在熱變形的過程中出現(xiàn)的偏析、第二相晶粒粗大、不平衡共晶體以及硬脆相沿晶界分布等缺陷。方案二方案一一VS二10擴散退火溫度的確定20.9—0.95Tm,Tm表示鑄錠實際開始融化溫度，它低于平衡相圖中的固相線。根據(jù)查找手冊和資料，溫度范圍為455—470℃。利用DSC分析方法確定合金的過燒溫度，其為475℃左右

。為了防止合金均勻化過程中局部過燒，其均勻化溫度一般較初熔溫度低10℃左右。方案二方案一一VS二10綜上所述退火溫度為460℃能夠很好地達到擴散的目的，且不會造成過燒和熔化擴散退火加熱速度及冷卻速度3冷卻太快會產(chǎn)生淬火效應(yīng)加熱速度的原則:鑄錠不產(chǎn)生裂紋和不發(fā)生大變形為。故一般選擇5℃/min的加熱速度和隨后的隨爐空冷可滿足要求。過慢冷卻又會析出較粗大第二相，使加工時易形帶狀組，固溶處理時難以完全溶解，因此會減小時效強化效果。方案二方案一一VS二10擴散退火保溫時間4保溫時間基本上取決于非平衡相溶解及晶內(nèi)偏析消除所需要的時間。其時間范圍為20—24h，故選擇24h，可較好的達到組織均勻，消除枝晶偏析或明顯減少第二相化合物的目的。方案二方案一一VS二10擴散退火組織的變化5擴散退火時，主要的組織變化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和過飽和的元素相沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸擴散。方案二方案一一VS二10擴散退火性能的變化6室溫下塑性提高，并使冷、熱變形工藝性能改善降低變形抗力，減少變形功消耗。方案二方案一一VS二10消除鑄錠殘余應(yīng)力，改善鑄錠的機械加工性能。最終熱處理最終熱處理：固溶和雙級時效方案二方案一一VS二10

固溶處理加熱溫度470℃保溫時間1h轉(zhuǎn)移時間<25S冷卻速度>170℃/S雙級時效加熱溫度120℃保溫時間5h加熱溫度160℃保溫時間18h固溶處理溫度的確定溫度對組織的影響時間的確定時間對組織的影響轉(zhuǎn)移時間鋁合金的固溶處理沉淀強化的先行工序，其目是為了將固溶處理式獲得亞穩(wěn)定的過飽和固溶體，給時效創(chuàng)造必要的條件，以求在隨后的時效時獲得高的強度和足夠的塑形。方案二方案一一VS二10對固溶效果影響最大的是固溶溫度，其次是固溶時間。冷卻速度固溶處理溫度的確定可以看出，隨著固溶溫度的升高，7075的抗拉強度、屈服強度、伸長率都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，峰值出現(xiàn)在470℃的時候。方案二方案一一VS二10固溶處理溫度對組織的影響方案二方案一一VS二10固溶處理溫度對組織的影響方案二方案一一VS二10450℃固溶時組織中粗大的第二相較多在450~470℃固溶溫度范圍內(nèi)，晶粒大小基本不變，沒有發(fā)生明顯長大，但是當固溶溫度升高至480℃時，晶粒有稍微長大趨向，490℃時晶粒發(fā)生明顯粗化，長大現(xiàn)象。470℃時，強化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰綜上所述，固溶溫度為470℃.力學性能綜合指標較好強化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰固溶處理時間的確定將合金在470℃下固溶，保溫時間分別為20、40、60、80、100、120min，時效制度均為120℃*24h方案二方案一一VS二10固溶處理時間的確定隨著固溶時間的延長，合金的抗強度、屈服強度、伸長率和顯微硬度都呈現(xiàn)先升高至峰值然后逐漸降低的趨勢，峰值出現(xiàn)在60min的時候，時間大于60min合金的強度、伸長率和顯微硬度均有下降方案二方案一一VS二10固溶處理時間對組織的影響保溫時間為20min時，組織中存在大量的第二相顆粒，晶粒尺寸保持在較低水平隨溫度時間延長至60min，第二相數(shù)量減少，尺寸減小，晶粒也沒有發(fā)生明顯長大。當保溫時間長至120min時，除了晶粒變得粗大外，第二相數(shù)目減少并不多，尺寸較小也不明顯，這說明超過60min繼續(xù)延長保溫時間意義不大。方案二方案一一VS二10綜上所述，保溫時間為60min力學性能綜合指標較好第二相數(shù)量減少，尺寸減小強化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰固溶處理轉(zhuǎn)移時間將試樣經(jīng)470℃/1h固溶處理后，轉(zhuǎn)移時間10至60s，時效制度為120℃/16h淬火轉(zhuǎn)移時間在25s以內(nèi)，強度變化較小當轉(zhuǎn)移時間超過25s時，強度明顯降低方案二方案一一VS二10這是由于隨著轉(zhuǎn)移時間的延長，固溶體發(fā)生了部分分解，過飽和固溶體的濃度降低，當過飽和固溶體分解時，靠近晶界處的過飽和固溶體首先分解，析出相沿晶界析出，造成沿晶界周邊形成含Zn較低的貧乏帶，使板材出現(xiàn)晶間腐蝕。故淬火轉(zhuǎn)移時間應(yīng)在25s以內(nèi)固溶處理冷卻速度鋁合金淬火時的冷卻速度必須確保過飽和固溶體被固定下來不分解。防止強化相析出，降低淬火時效后的力學性能。因此淬火時的冷卻速度越快越好。但是冷卻速度越大，淬火制品的殘余應(yīng)力和殘余變形也越大，因此冷卻速度要根據(jù)不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來確定。7A04合金對冷卻速度非常敏感，其淬火冷卻速度要求在170℃/S以上方案二方案一一VS二10固溶處理方案二方案一一VS二10固溶處理后組織的變化固溶處理提高了合金內(nèi)部成分均勻性；第二相數(shù)量減少，尺寸減小消除鑄錠殘余應(yīng)力，改善鑄錠的機械加工性能。固溶處理后性能的變化使合金中各種相充分溶解，強化固溶體改善鋁合金的塑性及韌性提高抗應(yīng)力腐蝕性能消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。雙級時效7075合金是典型的時效強化型合金，其在固溶態(tài)的強度、硬度較低，必須經(jīng)過時效處理才能獲得高強度和高硬度或強度、硬度與韌性及抗應(yīng)力腐蝕性或抗剝落腐蝕性的良好匹配。方案二方案一一VS二10雙級時效加熱溫度120℃保溫時間5h加熱溫度160℃保溫時間18h雙級時效采用正交試驗表，對7075鋁合金板材進行試驗，從而確定時效制度方案二方案一一VS二10雙級時效方案二方案一一VS二10雙級時效由上表可知，確定7075鋁合金板材雙級時效制度的四個參數(shù)的最佳配合為：A2B3C2D1方案二方案一一VS二10一級時效溫度為120℃，保溫時間5h二級時效溫度為160℃，保溫時間18h雙級時效在試驗條件下，板材按此雙級時效制度進行處理，檢測其力學性能、電導(dǎo)率、晶間腐蝕、剝落腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能，結(jié)果見下表：方案二方案一一VS二10其性能符合ASTMB209-88標準的要求，其抗應(yīng)力腐蝕性能得到明顯提高。綜上所述，確定7075呂合金板材雙級時效制度為：一級時效溫度為120℃，保溫時間5h二級時效溫度為160℃，保溫時間18h雙級時效方案二方案一一VS二10雙級時效后組織的變化第一級時效的時效溫度較低，該階段主要作用是成核，形成的析出相是大量細小的彌散的GP區(qū)第二級時效的時效溫度較高，在晶內(nèi)組織形態(tài)主要分布均勻的盤狀相，亞晶界上的析出相為具有較大尺寸的η’相，大角度晶界上的析出相主要是η相。雙級時效后性能的變化經(jīng)雙級時效熱處理后，合金的強度會下降，但抗腐蝕性提高方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二過渡頁方案二方案一一VS二過程10方案一擴散退火固溶雙級時效處理方案二預(yù)時效處理形變處理終時效處理方案二方案一一VS二過程10預(yù)時效方案二方案一一VS二10預(yù)時效時間與材料性能的關(guān)系低溫短期預(yù)時效預(yù)時效的加熱溫度較低（105℃），有利于合金淬火后彌散分布的細小沉淀相析出形成?！彼灶A(yù)時效保溫時間確定為4h方案二方案一一VS二10預(yù)時效的保溫時間短（4h），同淬火后合金相比，合金的強度升高不大，有利于后續(xù)的冷軋變形。低溫短期預(yù)時效方案二方案一一VS二10原因可以獲得以GP區(qū)為主的彌散分布的細小沉淀相，為終時效處理時穩(wěn)定存在的GP區(qū)優(yōu)先成核提供條件消除了冷軋變形后時效因位錯造成η′相不均勻形核帶來的不利影響12形變熱處理一：經(jīng)驗值試驗根據(jù)7xxx系合金的拉伸經(jīng)驗，一般選取15%-25%的拉伸量,所以實驗選取了20%的變形量。方案二方案一一VS二10形變熱處理二：力學性能合金抗拉強度和屈服強度均有大幅提高（100MPa），延伸率基本相當，依然保持了較好的塑性。方案二方案一一VS二10表1?7075鋁合金形變熱處理和常規(guī)熱處理

（T6態(tài)）力學性能比較（LT向）所以，形變熱處理能有效的提高合金的力學性能。形變熱處理三：合金金相組織方案二方案一一VS二107075合金不同時效處理時的組織形貌及SEM形貌分別示于圖1和圖2

圖17075合金不同時效處理時的組織形貌形變熱處理在經(jīng)過20%的冷軋變形、再時效處理后，合金晶粒變得更為扁平細小，析出的均勻細小沉淀相的密度明顯增加，且可以觀察到清晰的位錯帶組織，見圖1（a）、圖2（b）。方案二方案一一VS二10圖2?7075合金不同時效處理時的SEM形貌形變熱處理圖3?7075合金SEM形貌和能譜分析方案二方案一一VS二10形變熱處理表2的能譜分析表明：合金淬火預(yù)時效后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分雜質(zhì)Fe和少量的Zn、Mg、Mn等，形貌為灰色的塊狀；形變處理終時效后，θ′（CuAl2）相中的Fe下降，Cu增加（圖3中a1、b4比較）。同時，存在有η′（MgZn2）相，其中含有少量的Cu，形貌由灰色的不規(guī)則的塊、條狀變?yōu)楸馄郊毿。▓D3中a2、b3比較）。方案二方案一一VS二10表27075試驗板材主要物相的能譜分析（質(zhì)量分數(shù)/%）終時效合金經(jīng)470℃×60min固溶處理后，分別在100、110、120、130、140℃溫度下時效，保溫時間均是24h，其力學性能結(jié)果下圖：方案二方案一一VS二10對力學性能的影響終時效方案二方案一一VS二10對力學性能的影響時效溫度與拉伸性能的關(guān)系曲線時效溫度與拉伸性能的關(guān)系曲線強度、硬度峰值出現(xiàn)在時效溫度為120℃的時候終時效合金經(jīng)470℃x60min固溶處理后，在120℃溫度下時效，分別保溫9、14、19、24、29、34、39h，其力學性能結(jié)果見表方案二方案一一VS二10對力學性能的影響終時效方案二方案一一VS二10對力學性能的影響時效峰值出現(xiàn)在24h由上述結(jié)果可知，7075的峰值時效制度為120℃X24h方案二小結(jié)方案二方案一一VS二10工藝數(shù)據(jù)固溶處理（常規(guī)）加熱溫度470℃保溫時間1h淬火轉(zhuǎn)移時間<25s預(yù)時效加熱溫度105℃保溫時間4h形變處理變形率為20%終時效加熱溫度120℃保溫時間24h方案二小結(jié)

顯著提高7075合金板材的強度，且使7075鋁合金保持了較好的塑性。方案二方案一一VS二107075合金形變熱處理后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分雜質(zhì)Fe和少量的Zn、Mg、Mn等元素，存在有η′（MgZn2）相，其中含有少量的Cu。變熱處理提高7075合金強度的原因是大量位錯與高密度析出的、均勻細小強化相η′的交互作用的結(jié)果。方案二方案二一VS二方案二方案一一VS二過渡頁方案一固溶→雙級時效原因：在較低溫度進行預(yù)時效，目的在于在合金中獲得高密度的G.P區(qū)，由于G.P區(qū)通常是均勻成核的，當其達到一定尺吋后，就可以成為隨后沉淀相的核心