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Al-4Cu合金在不同温度下做时效处理时的硬度变化

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发表于 2024-10-15 15:55:05 | 显示全部楼层 |阅读模式





Al-4Cu合金是一种常见的铝合金,其中铝(Al)是基体金属,而铜(Cu)作为主要的合金元素,其含量大约为4%(重量百分比)。
Al-4Cu合金在520摄氏度下固溶处理48小时,然后水淬到20摄氏度,目的是什么?
主要目的是为了获得均匀的固溶体结构,并为后续的时效处理做好准备。
在高温(520摄氏度)下,大部分甚至全部的第二相(如Al₂Cu相)会溶解到铝基体中,形成过饱和固溶体。
长时间的固溶处理(48小时)有助于确保整个合金内部成分的均匀分布,水淬(从520摄氏度迅速冷却到20摄氏度)是为了将过饱和固溶体“冻结”在基体中,防止第二相在冷却过程中重新析出。
经过固溶处理和快速冷却后的合金处于过饱和固溶体状态,这种状态非常不稳定。在后续的时效处理过程中,过饱和固溶体中的铜原子会逐渐析出,形成细小的强化相(如θ'相和θ相),从而显著提高合金的强度和硬度。
在较低的温度下(如150-200°C),析出相的形成速度较慢,但形成的析出相非常细小且分布均匀。
在中等温度下(如200-250°C),析出相的形成速度适中,形成的析出相尺寸适中,分布也较为均匀。
在较高的温度下(如250-300°C),析出相的形成速度较快,但形成的析出相较大且可能分布不均。这些较大的析出相虽然也能提高硬度,但由于尺寸较大,对位错的阻碍作用不如细小的析出相有效,因此硬度和强度会有所下降。
无论在哪个温度下进行时效处理,初期都会观察到硬度的增加,这是由于析出相的形成和长大。
随着时效时间的延长,硬度会达到一个峰值。这个峰值的大小和出现的时间取决于时效温度。一般而言,低温时效的峰值硬度较高,但达到峰值所需的时间较长;而高温时效的峰值硬度较低,但达到峰值所需的时间较短。
果时效时间过长,析出相会继续长大并变得粗大,导致硬度下降。这种现象称为“过时效”。高温时效更容易发生过时效,因为析出相的长大速度更快。

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