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铝合金淬火炉对于无多型性转变的扩散型相变材料有什么影响


发布时间:2018-3-12 10:46:57 浏览次数:

摘要:铝合金淬火炉对于无多型性转变的扩散型相变材料,如果合金的淬火敏感性越高,说明合金经固溶处理后形成的过饱和固溶体的稳定性就越低

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   铝合金淬火炉对于无多型性转变的扩散型相变材料,如果合金的淬火敏感性越高,说明合金经固溶处理后形成的过饱和固溶体的稳定性就越低,合金就越能在较高的淬火冷却速率条件下将过饱和形式从固溶温度固定至室温。有关研究表明,淬火敏感性产生的原因是因为合金经缓冷时发生平衡相的脱溶析出,这样不但降低了合金的过饱和度,而且在时效过程中长大,吸收周围的溶质原子产生贫溶质区,抑制了GP区和亚稳相的脱溶析出,最终减弱了合金时效强化效果。淬火敏感性机理  众所周知,7000 系铝合金的高强度和高硬度主要是通过时效于铝基体中析出高密度纳米级沉淀强化相η′(MgZn2)来实现的。一般而言,η′相越细小、体积分数越高,合金的强度越高。η′相的体积分数受到合金元素 Zn 和 Mg 含量的影响,Zn 和 Mg 的含量越高,η′相的体积分数越高。7000 系铝合金在固溶处理后,需快冷至室温,以将合金元素 Zn、Mg 和 Cu 元素“冻结”在 Al 基体中,形成过饱和固溶体,为时效调控性能奠定基础。淬火过程中过饱和固溶体不稳定,当小于临界冷却速率时,会发生分解而在晶内和(亚)晶界上析出平衡相(通常为 η(MgZn2)相),如图1 所示。这些相尺寸较大,几乎没有强化效果,同时消耗了很多的 Zn、Mg 合金元素,大大降低了 Al 基体中溶质原子浓度和空位浓度。溶质原子浓度的降低导致时效后基体中可形成的 η′强化相的体积分数大大减小,而且平衡相周围存在无沉淀析出带(PFZ);空位浓度的减小降低了沉淀强化相的弥散程度、增加了尺寸,从而导致合金的强度和硬度降低。这通常被认为是合金强度和硬度淬火敏感性产生的主要原因。淬火速率减小促使晶界及亚晶界上粗大平衡相的析出,增加了晶界第二相的尺寸和覆盖率以及晶界无沉淀析出带(PFZ)宽度,提高了合金变形时沿晶和沿亚晶断裂的比例和腐蚀环境下沿晶侵蚀速率,从而降低合金时效后的韧性、塑性及抗晶间、剥落等腐蚀能力。就微观组织对 7000 系铝合金淬火敏感性的影响而言,主要考虑 淬火过程中充当平衡相非均匀形核的位置和数量,如晶界、亚晶界、弥散粒子及粗大金属间化合物。当合金中仅有晶界和粗大金属间化合物时,淬火敏感性很低。弥散粒子的影响不仅取决于粒子的种类,还取决于粒子的形态和尺寸。合金中添加 Cr形成非共格的 E(Al18Cr2Mg3)相,更容易激发平衡相的形核,因此淬火敏感性很高;在含 Zr 合金中,细小共格 Al3Zr 粒子的存在对淬火敏感性没有明显的影响,而大的非共格 Al3Zr 粒子的存在增加了合金的淬火敏感性。合金中的再结晶程度对淬火敏感性有很大的影响。如在 7050 铝合金中再结晶分数从15%增至 80%时,合金时效后的强度下降程度从 6%增至 12%,而断裂韧性下降程度从 45%减小至 32%,但伸长率下降程度差别不大。合金中亚晶界数量的增加导致缓冷时 η 平衡相析出的数量增多,提高淬火敏感性;而亚晶界的取向差增大可增加 η 平衡相形核率,从而提高淬火敏感性。铝合金淬火炉仅考虑淬火敏感性时,合金中的界面(晶界,相界)越少越好,但会降低其它性能。因此,需要开展更深入的工作来探明最佳的微观组织模式,使合金具有低淬火敏感性的同时还具有高强度高韧性耐蚀及良好的抗疲劳性能。固溶处理  7000 系铝合金固溶处理时,可溶第二相溶解的同时基体往往会发生再结晶,改变微观组织必然对淬火敏感性产生影响。如采用末端淬火方法对 7050 铝合金的研究表明,当固溶温度从 475 ℃提高至 490 ℃时,合金的淬火敏感性降低,其淬透层深度从约 55 mm增加至 75 mm,提高了 36%。一般来讲,再结晶的发生会导致弥散粒子与基体间的界面由(半)共格关系转变成非共格关系,增加缓冷时平衡相的形核位置,提高淬火敏感性;因此,在固溶处理时如何控制再结晶是非常重要的。 (5)时效制度  合金的淬火敏感性高低是不同淬火条件下时效后性能的下降程度来体现的,因此,时效制度不同,性能的下降程度也有差别。如通过双级时效处理,可使慢速淬火 7055 铝合金时效后性能的下降程度大大降低;通过在人工时效前引入长时间的自然时效可提高 7055 铝合金厚板的淬透层深度。铝合金淬火炉这种影响主要是因为时效改变了慢速淬火合金中沉淀强化相的析出状态,慢速淬火后溶质浓度和空位浓度都降低,相对单级时效而言双级时效能够使缓慢冷却合金中得到更多强化相,分布也更均匀弥散,减小了空位浓度下降带来的不利影响,降低了淬火敏感性效应。


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