Al-4Cu合金在不同温度下做时效处理时的硬度变化

寂静回声

问


答

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。