形变和时效处理对铝合金组织及性能的影响

《热加工工艺》 ２００５ 年第 １２ 期
图 ２ 新型铝合金材料固溶变形时效组织
图 ３ 不同变形量试样在 １７０℃（ ａ） 、１５０℃（ ｂ） 时效的硬化曲线 下时效所得的结果大致相似。随着时效时间的逐渐延 长， 试样硬度经历了一个逐渐上升， 达到某一峰值以后 又逐渐降低的过程。从图中可以看出， 随时效时间的延 长未变形试样硬度不断提高， 这是由于过饱和溶质原
采用 ２０％预变形和适当的时效处理，其强化效果最好。
关键词： 形变；时效处理； 铝合金
中图分类号： ＴＧ１４６．２＋１；ＴＧ１６６
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００５）１２－００５０－０２
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄｅｆｏｒ ｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｇｉｎｇ ｏｎ Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ Ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ
第二相； 图 １（ ｂ） 是新型铝合金固溶处理后的组织， 为 过饱和固溶体， 但第二相并没有完全溶入基体中， 还可 看到少量未溶的第二相； 经时效处理后， 析出的过渡沉 淀相弥散分布于基体中， 如图 １（ ｃ） 所示。由于析出相 与基体保持共格， 使基体中产生较大范围的点阵畸变，
图 １ 试验用新型铝合金材料的铸态（ ａ） 、固溶态（ ｂ） 、固溶时效态（ ｃ） 组织
铝合金的密度只有钢铁的 １／３ ，而且具有良好的物 理、机械和耐腐蚀性能， 铝合金在汽车制造等行业中所 占的比重日益增大。因此， 深入研究铝合金化学成分及 加工过程对其组织性能的影响， 以满足各种特定特性 要求是金属材料工作者的一项重要任务。本文通过硬 度测量及组织观察， 研究了变形量、时效处理工艺对铝 合金组织及性能的影响。
长到 ９０ ｍｉｎ 时， ３０％变形量试样中析出相尺寸相应增
大， 减弱了时效强化作用。
２．２ 变形量对 ＬＤ６ 时效
后硬度的影响
变形量、时效处理
工艺对 ＬＤ６ 硬 度 的 影 响
如图 ５ 所示。可看出， 经
过形变时 效 处 理 后 ， ＬＤ６
实验结果与新型铝合金
的 实 验 结 果 大 体 一 致 。 图 ５ ＬＤ６ 在 １６０℃时效硬度与
硬度随变形量的变化如
图 ６ 所示。可见， ４５ ｍｉｎ
时 效 后 ， ２０％ 变 形 量 的
ＬＤ６ 试 样 的 硬 度 最 高 ，
这 与 新 型 铝 合 金 不 同 。 图 ６ 不同变形量 ＬＤ６ 在 １６０℃
可见， 合金成分对时效
时效 ４５ｍｉｎ 后的硬度
动力学有显著影响。由于 ＬＤ６ 合金元素总量较大， 固
为 ２０％） ＋ 时效（ １６０℃ ×３ ｈ）”处理的组织。 据能谱分析， 在所研究的新型铝合金中可能存在
有多种第二相， 如 ＣｕＡｌ２ 、Ｍｇ５Ａｌ８ 、ＦｅＡｌ３、Ｍｇ２Ｓｉ、ＣｕＭ－ ｇＡｌ２、 （Ｆｅ， Ｃｕ）Ａｌ６、Ｆｅ２ＳｉＡｌ８ ， 它 们 起 到 强 化 合 金 的 作 用。
不同变形量的新型铝合金试样时效后的硬度如图 ３ 所示。比较发现， 在 １５０℃下时效所得结果与 １７０℃
子 ＧＰ 区和过渡沉淀相（ θ） 不断地从过饱 和 固 溶 体 中 沉淀出来， 时效的强化效果主要取决于这两相［２］。达到 时效峰值后， 再随时效时间的延长， 平衡沉淀相将会析 出， 从而引起合金硬度和强度的开始下降。
经过变形的新型铝合金时效处理后， 试样的硬度 都有较大的增加， 变形不仅能使时效峰值提高， 还能使 时效峰值出现的时间缩短。尤其以 ２０％变形量的试样 强化效果最好， 试样在 ２０％的冷变形后硬度有很大增 加， 由 １５ ＨＲＦ 增加到 ５５ ＨＲＦ， 在时效后硬度继续提 高， 从 ５５ ＨＲＦ 增加到 ６７ ＨＲＦ， 这是时效强化和形变强 化综合作用的结果。冷变形可以增加位错密度， 可以提 高沉淀相的形核率， 从而明显提高合金的强度。
尤 其 以 ２０％ 变 形 量 的 试
时 效 时间和变形量的关系
样形变时效处理效果最好， 试样在 ２０％的冷变形后硬
度有很大增加， 由 １．５ ＨＲＦ 增加到 ７９．５ ＨＲＦ， 时效后的
硬度由 ７９．５ＨＲＦ 增加到 ９１．３ＨＲＦ。
在 １６０℃ 进 行 ４５
ｍｉｎ 时 效 后 ， ＬＤ６ 材 料
参 考 文 献：
［１］ 曾书民． 影响铝合金固溶保温时间的多因素 相 关 规 律［Ｊ］． 中 国 有 色金属学报， １９９８， ９（ １） ： ７９－８６ ．
［２］ 张 代 东 ， 温 焕 晓． 时 效 强 化 的 理 论 分 析 与 探 讨 ［ Ｊ］ ． 铸 造 设 备 研 究 ， ２０００， （ １） ： ４７ －４９ ．
溶处理后可望得到更大的过饱和度， 因而时效过程较
快， 只需较低预先变形就可显著加速时效过程［３］。
３ 结论
Hale Waihona Puke （ １） 通过固溶时效处理， 所研究的两种铝合金均 可以明显强化。
（ ２） 预先变形可以提高沉淀析出的驱动力， 一方 面可以显著缩短时效处理所需的时间， 另一方面可以 提高最终的硬度。
（ ３） 在热处理条件一定时， 不同合金需要不同的 预变形。
图 ４ 不同变形量试样在 １５０℃分别时效 ４５、９０ｍｉｎ 后的硬度
工艺技术
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图 ４ 可以看出， ４５ ｍｉｎ 时效后， 在所研究的范围内 ３０％
变形量的试样的硬度最高， 这是因为进行较大变形时，
沉淀析出的驱动力较大， 第二相析出速度较快， 在 ４５
ｍｉｎ 时效过程中， 它的硬度迅速增加； 当将时效时间延
１ 试验方法
试验用铝合 金 包 括 ＬＤ６ 铝 合 金 和 自 制 新 型 铝 合 金， 其固溶温度分别为 ５００℃和 ５２０℃， 保温 ９０ ｍｉｎ 后 水 冷 ［１］。 在 万 能 实 验 机 上 对 部 分 固 溶 处 理 试 样 立 即 进 行压缩变形， 变形量分别为 １０％、２０％、３０％； 然后立即
进行时效处理。用 ＸＬ－３００／ＴＭＰ 扫描电镜观察显微组 织； 用 ＨＲ－１５０Ａ 洛氏硬度计测定硬度。
试验用自制新型铝合金的化学成分 （ 质量分 数， ％） 为： ０．０２３Ｃｕ，０．７Ｓｉ，０．５４Ｍｎ，０．７４Ｍｇ，余为 Ａｌ。
２ 实验结果与分析
２．１ 新型铝合金组织及变形量对其时效后硬度的影响 图 １（ ａ） 为新型铝合金的铸态组织， 分布着粗大的
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ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００５ Ｎｏ． １２
形变和时效处理对铝合金组织及性能的影响
姜延飞， 武建军
（ 河北工业大学 材料科学与工程学院， 天津 ３００１３２）
摘 要： 研究了变形量及时效处理工艺对新设计铝合金性能的影响， 并对其产生的原因作了初步的理论分析。结果表明，
［３］ 王建华， 易丹青， 陈 康 华．形 变 热 处 理 对 ２６１８ 铝 合 金 性 能 的 影 响［Ｊ］． 热加工艺， ２００１，（２）：１３－１４．
（责编／责校： 娄鸿恩）
当变形量增加到 ３０％时， 时效后合金硬度反而不 如 ２０％变形量的试样。这可能与冷变形促进扩散使第 二相易于长大、冷变形部分破坏了沉淀相与基体的共 格关系， 易于发生过时效等有关。图 ４ 中的数据说明了 这一点。在 １５０℃分别进行 ４５ ｍｉｎ 和 ９０ ｍｉｎ 时效后， 试样的硬度随变形量的变化关系曲线如图 ４ 所示。从
ＪＩＡＮＧ Ｙａｎ－ｆｅｉ， ＷＵ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ａｇｅ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ２０％ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｓｔ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ａｇｉｎｇ； ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ
因此起到了弥散强化的作用， 从而显著提高了铝合金 的强度和硬度。
图 ２ 是 新 型 铝 合 金 材 料 经 “固 溶 ＋ 变 形 （ 变 形 量
收稿日期： ２００５－０６－２０ 作者简介： 姜延飞（１９６６－ ），男， 河南滦县人，实验师；
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