实验二十五 铝合金时效硬化曲线的测定
1 材料制备与加工实验指导书
材料制备与加工实验实验指导书目录实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析实验2、焊接工艺与焊缝组织检验实验4、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析一、实验目的1．掌握固溶淬火及时效处理的基本操作；2．了解时效温度和时效时间对时效强化效果的影响规律；3．了解固溶淬火工艺(淬火加热温度、保温时间及淬火速度等)对铝合金时效效果的影响；4．掌握金属材料最佳淬火温度的确定方法；5．加深对时效强化及其机制的理解。
二、实验原理从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，它是一种扩散型相变。
发生这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少，如图2-1所示。
如果将C成分的合金自单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线(MN)以下温度(如T3)保温时，β相将从α相固溶体中脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C1，这种转变可表示为α(C)→α(C1)+β。
其中β为平衡相，它可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为(α+β)双相组织。
将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度(如T1)保温足够时间，β相将全部溶入α相中，然后再急冷到室温将获得单相过饱和的α固溶体。
这种处理称为固溶处理（淬火）。
图2-1 固溶处理与时效处理的工艺过程示意图然而过饱和的α相固溶体在室温下是亚稳定的，它在室温或较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶。
但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。
这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为时效硬(强)化或沉淀硬(强)化。
合金在脱溶过程中，其力学性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。
室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效称为人工时效。
若将过饱和固溶体在足够高的温度下进行时效，最终将沉淀析出平衡脱溶相。
但在平衡相出现之前，根据合金成分不同会出现若干个亚稳脱溶相或称为过渡相。
铝合金时效实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究铝合金时效处理对材料性能的影响，通过对比不同时效条件下的硬度、强度和耐腐蚀性能，分析时效处理对铝合金性能的优化效果。
二、实验材料与方法1. 实验材料：选用某型号铝合金板材，尺寸为100mm×100mm×10mm。
2. 实验方法：- 时效处理：将铝合金板材分别进行以下时效处理：- 人工时效：将板材加热至180℃，保温2小时，自然冷却至室温；- 自然时效：将板材在室温下放置，自然时效30天；- 低温时效：将板材加热至-20℃，保温2小时，自然冷却至室温。
- 性能测试：- 硬度测试：采用维氏硬度计测试板材的维氏硬度；- 强度测试：采用万能试验机测试板材的拉伸强度和屈服强度；- 耐腐蚀性能测试：采用盐雾试验箱测试板材的耐腐蚀性能。
三、实验结果与分析1. 时效处理对硬度的影响：- 人工时效处理后的板材硬度最高，维氏硬度为300HV；- 自然时效处理后的板材硬度次之，维氏硬度为280HV；- 低温时效处理后的板材硬度最低，维氏硬度为260HV。
2. 时效处理对强度的影响：- 人工时效处理后的板材拉伸强度最高，达到400MPa；- 自然时效处理后的板材拉伸强度次之，达到380MPa；- 低温时效处理后的板材拉伸强度最低，达到360MPa。
3. 时效处理对耐腐蚀性能的影响：- 人工时效处理后的板材耐腐蚀性能最佳，盐雾试验后无腐蚀现象；- 自然时效处理后的板材耐腐蚀性能次之，盐雾试验后出现轻微腐蚀；- 低温时效处理后的板材耐腐蚀性能最差，盐雾试验后出现严重腐蚀。
四、实验结论1. 时效处理对铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能均有显著影响。
2. 人工时效处理能够有效提高铝合金的硬度、强度和耐腐蚀性能；3. 自然时效处理对铝合金的性能提升效果较好，但不如人工时效处理；4. 低温时效处理对铝合金的性能提升效果较差，且耐腐蚀性能最差。
五、实验建议1. 在实际生产中，应根据铝合金的使用要求选择合适的时效处理方法；2. 对于要求高硬度和强度的铝合金制品，建议采用人工时效处理；3. 对于要求良好耐腐蚀性能的铝合金制品，建议采用自然时效处理；4. 对于要求兼顾性能和成本的铝合金制品，建议采用低温时效处理。
铝试剂法测铝的工作曲线
铝试剂法测铝的工作曲线
铝试剂法测铝的工作曲线是以不同浓度的已知铝标准溶液为样品，测量其对应的吸光度或荧光强度，得到一系列数据点，然后将吸光度或荧光强度作为因变量，铝标准溶液的浓度作为自变量，制作出铝浓度与吸光度或荧光强度之间的曲线。
该曲线可以通过线性回归或非线性拟合等方法进行拟合，以得到一个数学模型，这个模型就是工作曲线。
通过工作曲线，可以根据未知样品的吸光度或荧光强度，推算出其对应的铝浓度。
具体的步骤如下：
1. 准备一系列已知浓度的铝标准溶液。
2. 分别将已知浓度的铝标准溶液用铝试剂反应，形成铝试剂与铝离子反应产生的复合物。
3. 通过光谱仪测量每个标准溶液的吸光度或荧光强度。
4. 将吸光度或荧光强度与铝标准溶液的浓度进行对应，得到一系列数据点。
5. 使用统计软件或数据处理工具，对数据点进行拟合，得到一个数学模型。
6. 经过验证和优化，将该模型用于未知样品的测量。
值得注意的是，铝试剂法测铝的工作曲线还需要考虑到样品基质的干扰以及仪器的判别能力，以确保准确性和可重复性。
铝合金最佳固溶时效强化工艺参数的研究
实验十铝合金最佳固溶时效强化工艺参数的研究—Al—Si－Cu－Mg－Mn系合金最佳固溶时效强化工艺参数的测定一、实验目的：通过Al—Si－Cu－Mg－Mn的成分配制—合金的熔炼—合金的固溶时效—显微组织分析—机械性能测定，最终测得最佳的铝合金固溶与时效温度及热处理时间的工艺参数。
二、原理概述：从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚焦区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。
具有这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少，如图1所示。
如果将C0成分的合金自A单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线（MN）以下温度（如T3）保温时，β相将从α相中脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C1，这种变化可表示为：α（C0）→α（C1）＋β。
β为平衡相，可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为（α＋β）双相组织，将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度，（如T1）保温足够时间，将获得均匀的单相固溶体α相，这种处理称为固溶处理。
图1固溶处理与时效处理的工艺过程示意图若将经过固溶处理的C0成分合金急冷，抑制α相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和α相固溶体。
这种过饱和固溶体在室温或在较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶，但脱溶往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚焦区。
这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为沉淀强化或时效强化，是强化合金材料的重要途径之一。
固溶加时效是提高合金强度的一种重要途径，它不同于钢材的强化，钢在淬火后可立即获得很高的硬度和强度。
铝合金淬火后，硬度和强度并不立即升高，但塑性较高，但把这种淬火后的铝合金放置一些时间（4～6天）后，强度和硬度显著提高，而塑性明显降低。
人们把淬火后的铝合金性能随时间而发生显著提高的现象称为时效。
时效可以在室温发生，也可以在高于室温的某一温度范围（100～200℃）内发生。
前者称自然时效，后者称人工时效。
材料基础实验(二)铝合金析出硬化实验
铝合金的析出硬化处理一.实验目的1.了解析出硬化的机制。
2.学习铝合金析出硬化处理之适当作业步骤。
3.学习析出硬化效果之量测。
二.实验设备中温加热炉、低温加热炉、淬火槽、硬度试验计及金相观察设备。
三.实验原理1.析出硬化简介【1~8】：二十世纪初德国人Alfred Wilm 把含有4%Cu及微量Mg和Mn之铝合金，经高温淬火后，室温放置或于稍高温下恒温处理一段时间，发现此合金有时效硬化现象；即其硬度和强度会随放置（或处理）时间之增长逐渐增加。
1930年代Guinier和Preston利用X-Ray 绕射法量测出微细析出物的存在，1950年代TEM发明而可直接观察析出粒子，使析出硬化之理论快速进展而逐渐建立。
目前已可使某些铝、钛、镁和铜之合金、不锈钢、超合金及麻时效钢等结构材料，利用析出硬化处理大幅提高它们之强硬度。
析出硬化处理的最基本程序至少须包含三个步骤：溶体化处理（solution treatment）、快速淬火（quenching）及时效处理（aging treatment）。
溶体化处理是将材料加热至固溶线以上之单相区，持温一适当时间使合金元素全部溶入基地而形成单相固溶体。
快速淬火至低温，则材料形成过饱和固溶体。
时效处理是要把过饱和固溶体放置于室温或在稍高温恒温加热，使超过溶解度的合金元素或金属间化合物逐渐析出，来产生强硬化的效应。
因此，能析出硬化的材料必需具备两项基本的特性：（1）主要合金元素的溶解度须随温度之升高而增加，亦即能在淬火后形成过饱和固溶体。
（2）能在室温或稍高温析出微细又密集的非平衡相析出物。
2.热处理型铝合金【3】铝合金因所含的合金元素及产生的组成结构对热处理的反应不同，一般可粗分成两种类型，热处理型与不能热处理型铝合金；前者是指铝合金之强硬度主要可藉热处理（析出硬化）来增大，后者之强硬度只有利用固溶硬化或加工硬化来增大。
属于热处理型之商用铝合金有2000系之Al-Cu-(Mg)，6000系之Al-Mg-Si及7000系之Al-Zn-Mg-(Cu)；其他1000系之纯铝，3000系之Ai-Mn，4000系之Al-Si及5000系之Al-Mg等合金虽亦具有析出硬化所需的第一项特性，但因析出物为粗大之平衡相，而不适合用为析出硬化型铝合金。
实验二十五 铝合金时效硬化曲线的测定
实验一铝合金时效硬化曲线的测定一、实验目的1. 掌握铝合金淬火及时效操作方法。
2. 了解时效温度、时间对时效强化影响规律。
3. 加深对时效强化及其机理的理解。
二、实验原理淬火时效是铝合金改善力学性能的主要热处理手段。
淬火就是将高温状态迅速冷却到低温，钢的淬火是为了获得马氏体，而铝的淬火是为了获得过饱和固溶体，为随后时效所准备的过饱和固溶体。
铝合金的淬火常称为固溶处理；铝合金的时效是为了促使过饱和固溶体析出弥散强化相。
室温放置过程中使合金产生强化的效应称为自然时效；低温加热过程中使合金产生强化的叫人工时效。
固溶与时效处理的示意图如图1-1所示。
图1-1 固溶时效处理示意图从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，属于扩散型相变。
下面以Al-Cu二元合金为例，来讨论铝合金的时效过程，一般分为四个阶段：α过G.P区θ"相θ'相θ相G.P区就是指富溶质原子区。
是溶质原子在一定镜面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。
它没有完整的晶体结构，与母相共格。
在一定温度上不再生成G.P区。
室温时效的G.P区很小。
在较高温度时效一定时间后，G.P区直径长大，厚度增加。
温度升高，G.P区数目开始减少。
θ"相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且溶质、溶剂原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。
在θ"相过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ"相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。
θ'相是当继续增加时效时间或提高时效温度时由θ"相转变而成。
θ'相属正方结构，θ'相在一定面上与基体铝共格，在另一晶面上共格关系遭到部分破坏。
θ相是平衡相，为正方有序结构。
由于θ相完全脱离了母相，完全失去与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。
这也就意味着合金的硬度和强度下降。
2024铝合金的熔铸及时效处理对其力学性能的影响
目录第一节实验目的及实验题目----------------------- 2 第二节实验材料及试验方法----------------------- 21、实验材料与实验方法-------------------22、实验仪器与设备-------------------------33、实验原理-------------------------------44、技术路线-------------------------------55、合金的熔铸-------------------------------66、试样的制备-------------------------------67、测试方法-------------------------------7 第三节实验结果及实验分析------------------------7第四节实验结论与心得体会----------------------10第一节实验目的及实验题目一、实验目的本综合实验是在金属材料本科生完成相关专业理论课之后得一次全面综合实验训练，通过从铝合金材料设计与选择、制备到性能检测的全程训练，使学生了解铝合金材料及其加工的生产全过程，所学基础理论和专业理论来解释实验中的各种实验现象，培养学生的动手能力和综合分析问题的能力，特别是学生的独立设计实验方案及创新能力。
二、基本要求了解课题所研究铝合金材料的设计方法；初步掌握铝合金制备和试样加工基本技能；熟悉铝合金材料的生产的过程，了解与掌握材料科学与工程研究的基本步骤及思维方法，所用的仪器设备及操作使用；学会整理数据，运用知识解释实验中的现象，理论联系实际，培养动手能力，采集并分析数据的综合能力。
二、实验题目2024铝合金的熔铸及时效温度对其力学性能的影响实验条件：1）固溶处理：500℃，保温30min:；2）水淬；3）时效处理：170℃-200℃（每15℃一组），保温时间6h。
Zr_Al合金的时效过程与析出相研究_杜晓东
Zr-Al合金的时效过程与析出相研究杜晓东(合肥工业大学材料学院,安徽合肥230009)摘要:研究了含微量锆的铝合金时效过程中微观组织、析出相结构和合金性能的变化。
结果表明:时效过程中先后析出与基体共格的V相和非共格的Al3Zr,V相尺寸小,时效硬化效果不明显,Al3Zr析出相是Zr-Al合金的主要强化相。
Al3Zr在合金中呈细小、弥散分布,其析出与固溶处理/冻结0的空位有关。
关键词:锆铝合金;时效;显微组织;析出相A Study on Aging Process and Separated Phaseof Aluminum Alloy Containing Trace ZrDU Xiao-dong(Department o f Material Science and Engineering,He f ei University o f Technology,Hefei230009,Auhui,China) Abstract:The Changes in microstructure,separated phase struc ture and properties of aluminum alloy containing trace Zr in a ging ha ve been investigated.The results show that X phase coherenting with matrix and Al3Zr incoherenting with matrix are successively precipitated in the aging process.Ho wever,the X phase has a small dimension and no obvious hardening effect. The Al3Zr phase is a main intensified phase of Zr-Al alloy and scatters as fine particles in the alloy.I ts separation relates to the density of0frozen0vacancies during solution treatment.Key words:zirconium alloy;aging;microstructure;separated phase纯铝具有重量轻、导电性好的优点,用于大容量、远距离输电比铜线更优,关键问题是如何提高其强度和抗蠕变能力。
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实验二铝合金时效硬化曲线的测定
一、实验目的
1. 掌握铝合金淬火及时效操作方法。
2. 了解时效温度、时间对时效强化影响规律。
3. 加深对时效强化及其机理的理解。
二、实验原理
淬火时效是铝合金改善力学性能的主要热处理手段。
淬火就是将高温状态迅速冷却到低温，钢的淬火是为了获得马氏体，而铝的淬火是为了获得过饱和固溶体，为随后时效所准备的过饱和固溶体。
铝合金的淬火常称为固溶处理；铝合金的时效是为了促使过饱和固溶体析出弥散强化相。
室温放置过程中使合金产生强化的效应称为自然时效；低温加热过程中使合金产生强化的叫人工时效。
固溶与时效处理的示意图如图1-1所示。
图1-1 固溶时效处理示意图
从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，属于扩散型相变。
下面以Al-Cu二元合金为例，来讨论铝合金的时效过程，一般分为四个阶段：α过G.P区θ"相θ'相θ相
G.P区就是指富溶质原子区。
是溶质原子在一定镜面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。
它没有完整的晶体结构，与母相共格。
在一定温度上不再生成G.P区。
室温时效的G.P区很小。
在较高温度时效一定时间后，G.P区直径长大，厚度增
加。
温度升高，G.P区数目开始减少。
θ"相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且溶质、溶剂原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。
在θ"相过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ"相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。
θ'相是当继续增加时效时间或提高时效温度时由θ"相转变而成。
θ'相属正方结构，θ'相在一定面上与基体铝共格，在另一晶面上共格关系遭到部分破坏。
θ相是平衡相，为正方有序结构。
由于θ相完全脱离了母相，完全失去与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。
这也就意味着合金的硬度和强度下降。
图1-2 时效时铝-铜合金的硬度与时间关系
时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
当温度一定时，随着时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，此时为过时效。
随着时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。
三、实验材料及设备
1.2024铝合金试样。
2．材料：金相砂纸、研磨膏、抛光呢、4%硝酸酒精、氢氟酸、盐酸、酒精、脱脂棉等
3．主要设备：箱式电阻炉、淬火水槽、抛光机、砂轮机、布什硬度计等。
四、实验内容与步骤
1. 按班级进行分组，每组5-6人，分别领取一套试样（10块试样）。
2. 将试样放入箱式电阻炉中，加热温度为500℃左右，保温1h后，快速淬入水槽中冷却。
3. 每组取一个淬火后试样立即测定布什硬度（固溶态的样品硬度）
4. 将剩余的其他试样立即放入箱式电阻炉中进行时效处理，时效温度分别为130℃、160℃、190℃、220℃，250℃、280℃。
每组取一个温度进行时效实验，保温时间分别为1，2，4，6，8，10，12，14，16h。
5. 用砂轮机将时效后试样表面氧化皮打磨掉，再进行布什硬度测定，硬度测定时，每个试样测三点取平均值，填入表1-1中（建议测定布氏硬度的参数选为250kgf，钢球直径5mm，保持时间为30s）。
6. 根据硬度值，绘制时间~硬度曲线。
表1-1 时效工艺对铝合金硬度值
五、实验报告要求
1. 记录相关的实验数据，并绘制出相应的时效硬度曲线。
2. 根据实验结果，说明时效工艺造成硬度变化的原因及其变化规律。
3. 根据实验结果，说明时效温度对时效硬度峰值的影响规律。
4. 对实验结果进行误差分析，说明造成误差可能存在的因素有哪些？。