铝合金的强韧化

2、固溶强化和细晶强化 、
纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体， 纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体， 起固溶强化作用，可使其强度提高。 起固溶强化作用，可使其强度提高。AlCu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二 、 、 、 、 等二 元合金一般都能形成有限固溶体， 元合金一般都能形成有限固溶体，并且均 有较大的溶解度， 有较大的溶解度，因此具有较大的固溶强 化效果。 化效果。
不可变形微粒的强化作用—— （2）不可变形微粒的强化作用 奥罗万机制
·适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的 适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的 情形。 情形。 使位错线弯曲到曲率半径为R 使位错线弯曲到曲率半径为R时，所需的切应力为 τ=Gb/（2R）设颗粒间距为λ 则τ=Gb/ λ τ=Gb/（2R）设颗粒间距为λ ∴Rmin=λ/2 只有当外力大于Gb/ λ 时，位错线才能绕过粒子。 只有当外力大于Gb/ 位错线才能绕过粒子。 减小粒子尺寸或提高粒子的体积分数， 减小粒子尺寸或提高粒子的体积分数，都使合金 的强度提高。 的强度提高。
2 采用新型热处理制度
固溶和时效是高强度铝合金的主要热处理工艺。 固溶和时效是高强度铝合金的主要热处理工艺。对于 Al- Zn-Mg-Cu系铝合金 目前工业上可用的时效制度大 系铝合金, 系铝合金 致可分为三类: 第一类为峰值时效( 致可分为三类 第一类为峰值时效 T6X ), 通过最大密度 的基体沉淀相析出使合金具有最高强度,但在这种状态下 的基体沉淀相析出使合金具有最高强度 但在这种状态下 合金具有最强的应力腐蚀敏感性; 第二类为过时效处理 合金具有最强的应力腐蚀敏感性 ( T7XX ), 通过改变基体沉淀相形态和晶界结构来提高 合金的强韧性; 第三类是短时回归再时效新型热处理制 合金的强韧性 处理, 度, 即RRA ( Retrogression and Re-Ageing)处理 通过峰 处理 值时效、回归及再时效, 值时效、回归及再时效 使合金得到一种不同于前两类 制度的显微组织, 可显著提高合金的综合性能。 制度的显微组织 可显著提高合金的综合性能。
对于不可热处理强化或强化效果不大的铸 造铝合金和变形铝合金， 造铝合金和变形铝合金，可以通过加入微 量合金元素细化晶粒， 量合金元素细化晶粒，提高铝合金的力学 性能。 性能。例如二元铝硅合金以及所有高硅合 金淬火及时效后强化效果很弱， 金淬火及时效后强化效果很弱，若在浇注 前往液态合金中加入微量的钠或钠盐等进 行变质处理，那么合金组织将显著细化， 行变质处理，那么合金组织将显著细化， 从而显著提高合金的强度和塑性。 从而显著提高合金的强度和塑性。
由于粒子的点阵常数与基体不一样， C 由于粒子的点阵常数与基体不一样 ， 粒子周围产生共格畸变，存在弹性应变场， 粒子周围产生共格畸变，存在弹性应变场， 阻碍位错运动。 阻碍位错运动。 D 由于粒子的层错能与基体的不同， 扩 由于粒子的层错能与基体的不同 ， 展位错切过粒子时，其宽度会产生变化， 展位错切过粒子时，其宽度会产生变化，引 起能量升高，从而强化。 起能量升高，从而强化。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一 螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶， 致，螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶， 而割阶会妨碍整个位错线的移动。 而割阶会妨碍整个位错线的移动。
（3）粗大的沉淀相群体的强化作用
由两个相混合组成的组织的强化主要是由于： 由两个相混合组成的组织的强化主要是由于： ① 一个相对另一个相起阻碍塑性变形的作 用，从而导致另一个相更大的塑性形变和加 工硬化，直到末形变的相开始形变为止。 工硬化，直到末形变的相开始形变为止。 ②在沉淀相之间颗粒可由不同的位错增殖机 制效应引入新的位错。 制效应引入新的位错。
3、沉淀强化 、
（1）可变形微粒的强化作用——切割机制 可变形微粒的强化作用 切割机制 适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形。 主要有以下几方面的作用： 主要有以下几方面的作用： 位错切过粒子后产生新的界面， A 位错切过粒子后产生新的界面，提高了界 面能。 面能。 若共格的粒子是一种有序结构， B 若共格的粒子是一种有序结构，位错切过 之后，沿滑移面产生反相畴 反相畴， 之后，沿滑移面产生反相畴，使位错切过粒 子时需要附加应力。 子时需要附加应力。
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大多数铝合金变形度为50%~70%时，开始 时 大多数铝合金变形度为 再结晶温度约为280~300℃。再结晶退火温 再结晶温度约为 ℃ 度约为300~500℃，保温时间为 度约为 ℃ 保温时间为0.5~3h。退 。 火温度亦采用低于再结晶温度， 火温度亦采用低于再结晶温度，得到多边化 组织或部分再结晶组织， 组织或部分再结晶组织，以获得介于冷变形 和再结晶之间的性能。 和再结晶之间的性能。这种不完全退火方法 通常用于不可热处理强化的铝合金。 通常用于不可热处理强化的铝合金。
金属韧化的原理
改善金属材料韧性断裂的途径是： 改善金属材料韧性断裂的途径是： 1 减少诱发微孔的组成相，如减少沉淀相数 减少诱发微孔的组成相， 量。 2 提高基体塑性，从而可增大在基体上裂纹 提高基体塑性， 扩展的能量消耗
3 增加组织的塑性形变均匀性，这主要为了 增加组织的塑性形变均匀性， 减少应力集中 4 避免晶界的弱化，防止裂纹沿晶界的形核 避免晶界的弱化， 与扩展。 与扩展。
高低温循环处理也是一种强化手段, 高低温循环处理也是一种强化手段 在 激冷激热过程中, 激冷激热过程中 由于温度梯度和成分不均 晶体结构变化等因素导致局部应力集中, 匀、晶体结构变化等因素导致局部应力集中 产生大量位错, 而原有的晶粒破碎, 产生大量位错 而原有的晶粒破碎 分成许多 小晶粒(亚晶 使微观组织细化, 亚晶) 小晶粒 亚晶 , 使微观组织细化 因此循环处 理能同时提高强度和塑性。 理能同时提高强度和塑性。
3 采用特殊成形
喷射成形 超塑成形 电磁铸造 反向挤压 快速凝固技术( RSP) 快速凝固技术 压铸成型
4 其它强韧法
铝合金的强韧化手段还有很多, 铝合金的强韧化手段还有很多 如激光 冲击强化、复合强化(利用陶瓷 碳纤维、 利用陶瓷、 冲击强化、复合强化 利用陶瓷、碳纤维、 晶须、颗粒等增强铝基体)、 晶须、颗粒等增强铝基体 、优晶处理等
铝合金强化基本原理
1形变强化 形变强化 纯铝及不可热处理强化的铝合金， 纯铝及不可热处理强化的铝合金，如Al-Mg、 、 Al-Si和Al-Mn等合金，通常只能以退火或冷 等合金， 和 等合金 作硬化状态使用。 作硬化状态使用。冷作硬化可使简单形状的 工件强度提高，塑性下降。 工件强度提高，塑性下降。经冷作硬化的铝 合金，需进行再结晶退火， 合金，需进行再结晶退火，以达到消除加工 硬化和获得细小晶粒的目的。 硬化和获得细小晶粒的目的。
1.2 添加新合金元素 将锰添加到7XXX 系铝合金中 能起细化晶粒、 系铝合金中,能起细化晶粒 能起细化晶粒、 将锰添加到 阻碍基体晶粒长大和再结晶的作用, 阻碍基体晶粒长大和再结晶的作用 并且在不降低 合金塑性和韧性的情况下显著提高合金强度。 合金塑性和韧性的情况下显著提高合金强度。合 金强度提高的主要原因是过饱和铝合金固溶体分 解形成细小、弥散含锰相,含锰相促进了晶粒的均 解形成细小、弥散含锰相 含锰相促进了晶粒的均 匀塑变,细化了滑移带的宽度 细化了滑移带的宽度, 匀塑变 细化了滑移带的宽度 从而降低了应变或应 力集中,使材料塑性得到提高 使材料塑性得到提高。 力集中 使材料塑性得到提高。 。
铝合金强韧化技术
复习
强度 是材料抵抗变形和断裂的能力。 是材料抵抗变形和断裂的能力。 塑性 表示材料断裂时总的塑变程度。 表示材料断裂时总的塑变程度。
韧性 是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力， 是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力， 它是强度和塑性的综合表现。 它是强度和塑性的综合表现。 材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的 多少表示韧性的高低． 多少表示韧性的高低．
优化合金成分 采用新型热处理 铝合金的强韧化 采用特殊成形及加工 其他强韧法
铝合金的强韧化工艺方法 1 优化合金成分
1.1 添加微量 元素 添加微量RE元素 稀土在铝合金中的作用主要表现在以下几方面: 稀土在铝合金中的作用主要表现在以下几方面 变质。稀土元素能有效减小铝合金的枝晶间距, ① 变质。稀土元素能有效减小铝合金的枝晶间距 细化铸 态晶粒组织; 态晶粒组织 精炼、净化。稀土元素具有很高的化学活性,可与 可与H2、 ② 精炼、净化。稀土元素具有很高的化学活性 可与 、 Fe、Si、S 等杂质元素形成化合物熔渣 将其从熔体中排除 、 、 等杂质元素形成化合物熔渣, 将其从熔体中排除; 微合金化。 ③ 微合金化。稀土元素形成的金属间化合物作为第二相 能有效增加铝合金的强韧性