合金的时效,钢的热处理

1、 1. 固溶处理、时效、时效硬固溶处理、时效、时效硬 化、脱溶的基本概念。化、脱溶的基本概念。 2. 合金的脱溶过程和脱溶物的结构。合金的脱溶过程和脱溶物的结构。 3. 合金过饱和固溶体脱溶转变的热力学和动力学。合金过饱和固溶体脱溶转变的热力学和动力学。 4. 合金过饱和固溶体脱溶后的组织。合金过饱和固溶体脱溶后的组织。 5. 合金过饱和固溶体脱溶转变时的性能变化。合金过饱和固溶体脱溶转变时的性能变化。 6. 合金时效时产物的合金时效时产物的强化机制强化机制。 7. 合金时效应用举例。合金时效应用举例。 目前工业上主要采用：目前工业上主要采用： 形变强化形变强化 时效强化时效强化 固溶强化固溶

2、强化 细晶强化细晶强化 第二相强化第二相强化 其中其中固溶处理固溶处理+时效处理时效处理是金属材料的最重要的强是金属材料的最重要的强 化处理手段。化处理手段。 将合金加热到一定温度，使合金元素溶入到固将合金加热到一定温度，使合金元素溶入到固 溶体中，然后取出溶体中，然后取出快速冷却快速冷却，得到过饱和固溶体的热，得到过饱和固溶体的热 处理过程，称为处理过程，称为固溶处理固溶处理，又称为，又称为无多型性转变的淬无多型性转变的淬 火火。 过饱和固溶体在室温放置或加热到某一温度时，将在过饱和固溶体在室温放置或加热到某一温度时，将在 基体中析出弥散分布的第二相的过程称作基体中析出弥散分布的第二相的过程

3、称作时效时效。 时效过程使合金的强度、硬度增高的现象称为时效过程使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强时效强 化化或或时效硬化时效硬化。 时效过程中析出均匀弥散的共格或半共格的亚稳相，时效过程中析出均匀弥散的共格或半共格的亚稳相， 在基体中能形成强烈的应变场。在基体中能形成强烈的应变场。 通过固溶处理和时效可以将合金的强度提高百分之几通过固溶处理和时效可以将合金的强度提高百分之几 十甚至几倍。十甚至几倍。 几种有色合金的热处理强化效果几种有色合金的热处理强化效果 合金合金铝合金铝合金 镁合金镁合金铍青铜铍青铜 牌号牌号2A012A12ZM5QBe2 抗拉强度抗拉强度 MPa 160 (退火退火

4、) 230 (退火退火) 180 (铸态铸态) 180 (软态软态) 300 (淬火自淬火自 然时效然时效) 440 (淬火自淬火自 然时效然时效) 440 (淬火人淬火人 工时效工时效) 440 (淬火人淬火人 工时效工时效) 固溶时效处理的一般步骤：固溶时效处理的一般步骤：固溶处理固溶处理 过饱和过饱和 固溶体固溶体 时效时效(析出析出) 饱和固溶体析出相饱和固溶体析出相(弥散弥散 相相)。 合金固溶合金固溶( (淬火淬火) )处理处理+ +时效热处理时效热处理，其工艺操作与钢，其工艺操作与钢 基本相似，但强化机理与钢有本质上的不同。基本相似，但强化机理与钢有本质上的不同。 固溶时效处理示

5、意图固溶时效处理示意图 : : (1) (1)加入基体金属中的合金元素应有较高的极限固加入基体金属中的合金元素应有较高的极限固 溶度，且在其相图上有固溶度变化，其固溶度随温度溶度，且在其相图上有固溶度变化，其固溶度随温度 降低而显著减小；降低而显著减小； (2)(2)淬火后形成过饱和固溶体在时效过程中能析出淬火后形成过饱和固溶体在时效过程中能析出 均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中能形均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中能形 成强烈的应变场。成强烈的应变场。 (3)(3)沉淀强化相是硬度高的质点。沉淀强化相是硬度高的质点。 ： G.P区的形成区的形成 的形成的形成 的形成的形成

6、的形成的形成 以以Al-Cu合金为例。合金为例。在室温时的最大溶解度为在室温时的最大溶解度为 0.5%Cu，而在，而在548时，极限溶解度为时，极限溶解度为5.6%Cu。其。其 脱溶顺序为：脱溶顺序为：， 脱溶驱动力：脱溶驱动力： 新相和母相的体系自由能差新相和母相的体系自由能差. . 脱溶阻力：脱溶阻力： 形成脱溶相的界面能和应变能形成脱溶相的界面能和应变能。 G.P.区：区：G1a b 相：相：G2a c 相：相：G3a d 相：相： G4a e 经固溶处理获得的过饱和固溶体经固溶处理获得的过饱和固溶体, ,在发生分解之前在发生分解之前 有一段准备过程有一段准备过程, ,这段时间称为这段时

7、间称为。随后，铜原子。随后，铜原子 在铝基固溶体在铝基固溶体( (面心立方晶格面心立方晶格) )的的100100晶面上偏聚，形晶面上偏聚，形 成成，称为，称为。 1. ： (1) 在过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度很在过饱和固溶体的分解初期形成，形成速度很 快，均匀分布。快，均匀分布。 (2) 晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相 保持共格关系。保持共格关系。 (3) 在热力学上是亚稳定的。在热力学上是亚稳定的。 (4) G.P区在电子显微镜下观察呈圆盘状，有时候呈区在电子显微镜下观察呈圆盘状，有时候呈 球状或针状。球状或针状。 G.P.区与母相

8、保持共格关系，界面能较小，弹性应变能较大。区与母相保持共格关系，界面能较小，弹性应变能较大。 G.P.区的形状与溶质和溶剂的原子半区的形状与溶质和溶剂的原子半 径差有关径差有关。 R小于小于 3时析出物呈球状，时析出物呈球状， R大于大于 5时析出物时析出物 呈圆盘状。呈圆盘状。 3. G.P.区形成的原因区形成的原因: G.P区的形核是均匀分布的，其形核率与晶体中区的形核是均匀分布的，其形核率与晶体中 非均匀分布的位错无关，而强烈依赖于淬火所保留非均匀分布的位错无关，而强烈依赖于淬火所保留 下来的空位浓度（因为空位能帮助溶质原子迁移）下来的空位浓度（因为空位能帮助溶质原子迁移） 。凡是能增加

9、空位浓度的因素均能促进凡是能增加空位浓度的因素均能促进G.P区的形成区的形成 。 在在GPIGPI区的基础上铜原子进一步偏聚，区的基础上铜原子进一步偏聚，GPGP区区 进一步扩大，并有序化，即进一步扩大，并有序化，即，称为，称为 GPGP 区区，为过渡相，为过渡相. .常用常用表示。表示。 由于由于相区与基体仍保持共格关系，因此其周相区与基体仍保持共格关系，因此其周 围基体产生弹性畸变，它比围基体产生弹性畸变，它比GPIGPI区周围的畸变更大区周围的畸变更大, , 对位错运动的阻碍进一步增大，时效强化作用更大。对位错运动的阻碍进一步增大，时效强化作用更大。 相周围的弹性畸变区相周围的弹性畸变区

10、 相相TEM图像图像 从从 G.P.G.P.区转变为过渡相的过程可能有两种情况区转变为过渡相的过程可能有两种情况： 以以 G.P.G.P.区为基础逐渐演变为过渡相，如区为基础逐渐演变为过渡相，如A1-CuA1-Cu合合 金以金以 G.P.G.P.区为基础，沿其直径方向和厚度方向区为基础，沿其直径方向和厚度方向( (以以 厚度方向为主厚度方向为主) )长大形成过渡相长大形成过渡相相。相。 与与 G.P.G.P.区无关，过渡相独立地均匀形核长大，区无关，过渡相独立地均匀形核长大， 如如Al-AgAl-Ag合金。合金。 随着时效过程铜原子在随着时效过程铜原子在相基础上继续偏聚，片状相基础上继续偏聚，

11、片状相周相周 围的共格关系部分遭到破坏，当围的共格关系部分遭到破坏，当Cu和和Al原子比为原子比为1:2时，形成时，形成 过渡相过渡相。呈圆片状或碟形，尺寸为。呈圆片状或碟形，尺寸为100nm数量级。数量级。 对位错运动的阻碍作用对位错运动的阻碍作用 减小，硬度开始降低。减小，硬度开始降低。 相与基体相与基体之间仍然保之间仍然保 持部分共格关系，而持部分共格关系，而 相与相与相则保持完全共格相则保持完全共格 关系。关系。 时效后期，随时效后期，随相的成长，过渡相相的成长，过渡相从铝基从铝基 固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显相界面的独立固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显相界面的独立 的稳定相的

12、稳定相CuAlCuAl2 2，称为，称为相，相，相与基体无共格关系。相与基体无共格关系。 以上讨论表明，以上讨论表明，Cu-AlCu-Al合金时效的基本过程可以概括合金时效的基本过程可以概括 为：为： 过饱和固溶体过饱和固溶体形成铜原子富集区形成铜原子富集区(GP(GP区区)铜原铜原 子富集区有序化子富集区有序化相相形成过渡相形成过渡相析出稳定析出稳定 相相(CuAl(CuAl2 2)+)+平衡的平衡的固溶体固溶体。 脱溶相形成后，在一定的条件下，溶质原子继续脱溶相形成后，在一定的条件下，溶质原子继续 向晶核聚集，使脱溶相不断长大。向晶核聚集，使脱溶相不断长大。 界面能的降低就是脱溶相的粗化的

13、驱动力。界面能的降低就是脱溶相的粗化的驱动力。 是等温温度升是等温温度升 高，脱溶速度加快；但温度升高时固溶体过饱高，脱溶速度加快；但温度升高时固溶体过饱 和度减小，临界晶核尺寸增大，又使脱溶速度和度减小，临界晶核尺寸增大，又使脱溶速度 减慢。减慢。 时效温度越高，固溶体时效温度越高，固溶体 的过饱和度就越小，脱溶过程的阶段也就的过饱和度就越小，脱溶过程的阶段也就 越少越少 ；而在同一时效温度下合金的溶质原子浓度越；而在同一时效温度下合金的溶质原子浓度越 低，其固溶体过饱和度就越小，则脱溶过程的低，其固溶体过饱和度就越小，则脱溶过程的 阶段也就越少。阶段也就越少。 凡是影响形核率和长大速度的因

14、素，都会影响凡是影响形核率和长大速度的因素，都会影响 过饱和固溶体脱溶过程动力学。其影响因素包括过饱和固溶体脱溶过程动力学。其影响因素包括 晶体缺陷的影响晶体缺陷的影响 合金成分的影响合金成分的影响 时效温度的影响时效温度的影响 增加晶体缺陷，将使新相易于形成，使脱溶速度加快增加晶体缺陷，将使新相易于形成，使脱溶速度加快 G.P.区形成时，区形成时，Cu 原子按空位机制扩散。空位浓度就愈高原子按空位机制扩散。空位浓度就愈高 ，G.P.区的形成速度愈快。区的形成速度愈快。 位错、层错以及晶界等晶体缺陷具有与空位相似的作用，位错、层错以及晶界等晶体缺陷具有与空位相似的作用， 往往成为过渡相和平衡相

15、的非均匀形核的优先部位。往往成为过渡相和平衡相的非均匀形核的优先部位。 A1-Cu 合金中的合金中的相、相、相及相及相的析出也是需要通过相的析出也是需要通过 Cu 原子的扩散，因此也与固溶体中的空位浓度有关。原子的扩散，因此也与固溶体中的空位浓度有关。 在相同的时效温度下，合金的熔点越低，脱溶速度就在相同的时效温度下，合金的熔点越低，脱溶速度就 越快。低熔点合金的时效温度较低，而高熔点合金的越快。低熔点合金的时效温度较低，而高熔点合金的 时效温度较高，如时效温度较高，如 Al 合金在合金在 200以下，马氏体以下，马氏体 时时 效钢在效钢在 500左右。左右。 一般来说，随溶质浓度增加，脱溶过

16、程加快。一般来说，随溶质浓度增加，脱溶过程加快。 有些元素对时效各个阶段的影响是不同的，如有些元素对时效各个阶段的影响是不同的，如 Cd 、Sn 使使 G.P.区区 形成速度显著降低。但形成速度显著降低。但 能促进能促进相沿相沿 晶界析出。晶界析出。 时效温度越高，原子活动性就越强，脱溶速度也就时效温度越高，原子活动性就越强，脱溶速度也就 越快。越快。 但是随着时效温度升高，化学自由能差减小，同时但是随着时效温度升高，化学自由能差减小，同时 固溶固溶 体的过饱和度也减小，这些又使脱溶速度降低体的过饱和度也减小，这些又使脱溶速度降低 ，甚至不再脱溶，甚至不再脱溶 A1-4Cu-0.5Mg 合金的

17、时效温度从合金的时效温度从 200提高提高 到到 220，时效时间可以从，时效时间可以从 4h 缩短为缩短为 1h。 局部脱溶局部脱溶、连续脱溶连续脱溶和和非连续脱溶非连续脱溶。 局部脱溶析出物的晶核优先在晶界、亚晶界、滑移面、局部脱溶析出物的晶核优先在晶界、亚晶界、滑移面、 孪晶界面、位错线、孪晶及其他缺陷处形成，这是由于这些孪晶界面、位错线、孪晶及其他缺陷处形成，这是由于这些 区域能量高，可以提供形核所需的能量。区域能量高，可以提供形核所需的能量。 常见的局部脱溶有滑移面析出和晶界析出。常见的局部脱溶有滑移面析出和晶界析出。 某些时效型合金某些时效型合金( (如铝基、钛基、如铝基、钛基、

18、铁基，镍基等铁基，镍基等) )在晶界析出的同时，在晶界析出的同时， 还会在晶界附近形成一个还会在晶界附近形成一个。 在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度 变化为连续的即称为变化为连续的即称为。 连续脱溶可分为连续脱溶可分为和和。均匀脱。均匀脱 溶的析出物较均匀地分布在基体中，非均匀脱溶的析溶的析出物较均匀地分布在基体中，非均匀脱溶的析 出物的晶核优先在晶体缺陷处形成。非均匀脱溶有出物的晶核优先在晶体缺陷处形成。非均匀脱溶有 和和。 沿晶界不均匀形核，然后向晶内扩展；其脱溶物沿晶界不均匀形核，然后向晶内扩展；其脱溶物 中的中的相和母相相和母相之间的

19、溶质浓度不连续而称为非之间的溶质浓度不连续而称为非 连续脱溶。非连续脱溶脱溶时两相耦合成长，与共连续脱溶。非连续脱溶脱溶时两相耦合成长，与共 析转变很相似。可表示为：析转变很相似。可表示为：0 0=1 1+ 是在晶界上形成界是在晶界上形成界 限明显的领域，称为限明显的领域，称为、。胞状物一般。胞状物一般 由两相所组成：一相为平衡脱溶物，大多呈片状；由两相所组成：一相为平衡脱溶物，大多呈片状； 另一相为基体，系贫化的固溶体，有一定的过饱和另一相为基体，系贫化的固溶体，有一定的过饱和 度。度。 ： 由共析转变形成的珠光体中的两相由共析转变形成的珠光体中的两相(+Fe(+Fe3 3C)C) 与母相在

20、结构和成分上完全不同，而由非连续脱溶所与母相在结构和成分上完全不同，而由非连续脱溶所 形成的胞状物的两相形成的胞状物的两相(0 01 1+)+)中必有一相的结中必有一相的结 构与母相相同，只是其溶质原子浓度不同于母相而已构与母相相同，只是其溶质原子浓度不同于母相而已 。 () 界面浓度变化不同界面浓度变化不同 () 前者伴生再结晶，而后者不伴生再结晶。前者伴生再结晶，而后者不伴生再结晶。 () 前者析出物集中于晶界上，至少在析出过程初期如此前者析出物集中于晶界上，至少在析出过程初期如此 ，并形成胞状物；而后者析出物则分散于晶粒内部，并形成胞状物；而后者析出物则分散于晶粒内部， 较为均较为均 匀

21、；匀； () 后者属于短程扩散，而前者属于长程扩散。后者属于短程扩散，而前者属于长程扩散。 脱溶沉淀时的显微组织变化序列可能的三种情况脱溶沉淀时的显微组织变化序列可能的三种情况 (a)(a)首先发生连续非均匀脱溶首先发生连续非均匀脱溶( (滑移面和晶界析出滑移面和晶界析出) )，接着，接着 发生连续均匀脱溶，连续均匀脱溶物尺寸很小。发生连续均匀脱溶，连续均匀脱溶物尺寸很小。 (b)(b)随时间延长，连续均匀脱溶物已经长大。而再晶界和随时间延长，连续均匀脱溶物已经长大。而再晶界和 滑移面上的连续非均匀脱溶物也已经长大，在晶界两侧形成滑移面上的连续非均匀脱溶物也已经长大，在晶界两侧形成 了无析出区

22、，已经发生了过时效。了无析出区，已经发生了过时效。 (c)(c)随时效过程的发展，析出物发生粗化和球化，连续非随时效过程的发展，析出物发生粗化和球化，连续非 均匀脱溶和均匀脱溶的析出物已经难以区别。基体中的溶质均匀脱溶和均匀脱溶的析出物已经难以区别。基体中的溶质 浓度贫化，但基体未发生再结晶。浓度贫化，但基体未发生再结晶。 (a)(a)表示首先发生非连续脱溶，接着发生连续脱溶。表示首先发生非连续脱溶，接着发生连续脱溶。 从从(a)(a)到到(c)(c)表示非连续脱溶的胞状组织表示非连续脱溶的胞状组织( (包括伴生的再结晶包括伴生的再结晶 ) )从晶界扩展至整个基体。从晶界扩展至整个基体。 (d

23、)(d)表示析出物发生了粗化和球化。基体中溶质已发生贫化表示析出物发生了粗化和球化。基体中溶质已发生贫化 ，并已经发生了再结晶而使基体晶粒细化。，并已经发生了再结晶而使基体晶粒细化。 (a)(a)到到(c)(c)表示非连续脱溶的胞状组织表示非连续脱溶的胞状组织( (伴生的再结伴生的再结 晶晶) )从晶界扩展至整个基体。从晶界扩展至整个基体。 (d)(d)表示析出物粗化和球化。表示析出物粗化和球化。 是指在较低温度下进行的时效，其硬度变化曲线的特是指在较低温度下进行的时效，其硬度变化曲线的特 点是硬度一开始就迅速上升，达一定值后硬度缓慢上升或者点是硬度一开始就迅速上升，达一定值后硬度缓慢上升或者

24、 基本上保持不变。基本上保持不变。 冷时效的温度越高，硬度上冷时效的温度越高，硬度上 升就越快，所能达到的硬度升就越快，所能达到的硬度 也就越高。冷时效过程中主也就越高。冷时效过程中主 要形成要形成G.P.G.P.区。区。 是指在较高温度下发生的时效，硬度变化规律是开是指在较高温度下发生的时效，硬度变化规律是开 始有一个孕育期，接着硬度迅速上升，达到一极大值后又随时始有一个孕育期，接着硬度迅速上升，达到一极大值后又随时 间延长而下降。温时效的温度越高，硬度上升就越快，达最大间延长而下降。温时效的温度越高，硬度上升就越快，达最大 值的时间就越短，但所能达到的最大硬度反而就越低。值的时间就越短，但

25、所能达到的最大硬度反而就越低。 冷时效与温时效的温度界冷时效与温时效的温度界 限视合金而异，限视合金而异，A1A1合金一般约合金一般约 在在100100左右。冷时效与温时左右。冷时效与温时 效往往是交织在一起的。效往往是交织在一起的。 Al-38%Ag合金时效过程硬度合金时效过程硬度 变化曲线变化曲线 2159(Al-Cu-Mn-Mg基基)铝合金铝合金180时效硬化变化曲线时效硬化变化曲线 不同成分的不同成分的A1-CuA1-Cu合金在合金在130130时效时硬度时效时硬度 与脱溶相的变化规律。时效硬化主要依靠形成与脱溶相的变化规律。时效硬化主要依靠形成 G.P.G.P.区和区和相，以形成相，

26、以形成相的强化效果最相的强化效果最 大，当出大，当出 现现相以后合金的硬度下降。相以后合金的硬度下降。 时效前期时效前期，弥散析出相所引起的硬化超，弥散析出相所引起的硬化超 过了另外两个因素所引起的软化，因此硬过了另外两个因素所引起的软化，因此硬 度将不断升高并可达到某一极大值。度将不断升高并可达到某一极大值。 时效后期时效后期，由于析出相所引起的硬化小于，由于析出相所引起的硬化小于 另外两个因素所引起的软化，故导致硬度另外两个因素所引起的软化，故导致硬度 下降，此为温时效。若时效时仅形成下降，此为温时效。若时效时仅形成 G.P.G.P.区，硬度将单调上升并趋于一恒定值区，硬度将单调上升并趋于

27、一恒定值 ，此为冷时效。，此为冷时效。 为获得更好的时效强化效果，固溶处理时应尽可能使强化为获得更好的时效强化效果，固溶处理时应尽可能使强化 组元最大限度的溶解到固溶体基体中。固溶处理温度越高，组元最大限度的溶解到固溶体基体中。固溶处理温度越高， 冷却速度越快，所获得的固溶体过饱和程度越大，经时效后冷却速度越快，所获得的固溶体过饱和程度越大，经时效后 产生的时效强化效果越大。产生的时效强化效果越大。 : 。 。 。 ： 在保证合金不发生过热、过烧及晶粒长大的前提在保证合金不发生过热、过烧及晶粒长大的前提 下，固溶处理温度尽可能提高，保温时间长些，有下，固溶处理温度尽可能提高，保温时间长些，有

28、利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。 时效温度高，脱溶沉淀过程加快，合金达最高强度所时效温度高，脱溶沉淀过程加快，合金达最高强度所 需时间缩短，但过高时最高强度值会降低，强化效果需时间缩短，但过高时最高强度值会降低，强化效果 不佳。不佳。 若温度过低，原子扩散困难，时效过程极慢，随着时若温度过低，原子扩散困难，时效过程极慢，随着时 效时间的延长，合金的强度不断升高，表现出明显的效时间的延长，合金的强度不断升高，表现出明显的 时效强化效果，但没有达到最高值，为时效强化效果，但没有达到最高值，为。 细小的强化相刚好均匀析出时，合金的强度细小的强化相刚好均匀析出时，合

29、金的强度 达到最大值，为达到最大值，为。 若时效时间过长若时效时间过长( (或温度过高或温度过高) )平衡相长大粗平衡相长大粗 化反而使合金软化，合金的强度随着时效时化反而使合金软化，合金的强度随着时效时 间的延长而逐渐下降，为间的延长而逐渐下降，为。 。 统计表明，最佳时效温度与合金熔点之间存在如下关系：统计表明，最佳时效温度与合金熔点之间存在如下关系： 。 一般固溶热处理的淬火转移时间应尽可能一般固溶热处理的淬火转移时间应尽可能 地短，以免合金元素的扩散析出而降低合地短，以免合金元素的扩散析出而降低合 金的性能。金的性能。 时效分为时效分为单级时效单级时效或或分级时效分级时效。 单级时效单

30、级时效指在单一温度下进行的时效过程。指在单一温度下进行的时效过程。分级分级 时效时效是在不同温度下进行两次时效或多次时效。是在不同温度下进行两次时效或多次时效。 分级时效一般采用在分级时效一般采用在较低温度较低温度T1进行预时效，进行预时效， 使合金获得高密度和均匀的使合金获得高密度和均匀的G.P.区，为双级时效提区，为双级时效提 供了均匀形核的条件，在稍高温度供了均匀形核的条件，在稍高温度T2保持一定时保持一定时 间进行最终时效，其目的是达到必要的脱溶程度间进行最终时效，其目的是达到必要的脱溶程度 以及获得尺寸较为理想的脱溶相以及获得尺寸较为理想的脱溶相。 图图4-51 分级时效温度分级时效

31、温度-时间关系示意图时间关系示意图 Ts-固溶处理温度；固溶处理温度；Td-淬火介质温度；淬火介质温度；T1-第一阶段时效温度第一阶段时效温度 ；T2-第二阶段时效温度；第二阶段时效温度；Tc-临界温度临界温度 分级时效由于温度稍高，合金进入过时效区的可能性增大分级时效由于温度稍高，合金进入过时效区的可能性增大 ，故所获得合金的强度比单级时效略低，但是分级时效处理后，故所获得合金的强度比单级时效略低，但是分级时效处理后 的合金，其的合金，其断裂韧性值高断裂韧性值高，并提高了，并提高了应力腐蚀抗力应力腐蚀抗力。 如硬铝如硬铝2A04于于200经经24h单级时效后的抗拉强度单级时效后的抗拉强度60

32、0MPa ，但抗应力腐蚀寿命较短，在应力腐蚀条件下，但抗应力腐蚀寿命较短，在应力腐蚀条件下58h即发生断裂即发生断裂 ，而与，而与170经经8h时效后再于时效后再于200经经8h分级时效后的抗拉强度分级时效后的抗拉强度 仅有仅有574MPa，在应力腐蚀条件下，在应力腐蚀条件下1500h仍未发生断裂。仍未发生断裂。 图图4-51 分级时效温度分级时效温度-时间关系示意图时间关系示意图 Ts-固溶处理温度；固溶处理温度；Td-淬火介质温度；淬火介质温度；T1-第一阶段时效温度第一阶段时效温度 ；T2-第二阶段时效温度；第二阶段时效温度；Tc-临界温度临界温度 如如Si、Mn、Fe、Ni等在铝中的固

33、溶度比较小，且随温度变化等在铝中的固溶度比较小，且随温度变化 不大不大. Mg、Zn虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形 成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。 Al-Cu合金，合金，Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Si合金等，它们在热处理合金等，它们在热处理 过程中有溶解度和固态相变，能形成过程中有溶解度和固态相变，能形成CuAl2、Mg2Si、 Al2CuMg、Mg2Zn等，则在时效析出过程中形成的等，则在时效析出过程中形成的G.P.区的区的 结构就比较复杂，结构就比较复杂，引

34、起的畸变亦较严重。因引起的畸变亦较严重。因 此，合金的时效强化效果就较为显著。此，合金的时效强化效果就较为显著。 是由于母相中的位错与析出相之间的交互作用引是由于母相中的位错与析出相之间的交互作用引 起的。可按位错通过析出相的方式不同将时效硬化机制起的。可按位错通过析出相的方式不同将时效硬化机制 分为分为 以下三类：以下三类： 相周围的弹性畸变区相周围的弹性畸变区 ： 1) 时效初期形成的时效初期形成的 G.P.区与母相保持共格关系，具有内应区与母相保持共格关系，具有内应 变强化效应，再加上切过强化效应而使硬度显著升高。随着变强化效应，再加上切过强化效应而使硬度显著升高。随着 时效时间的延长，时效时间的延长，G.P.区数量增多，硬度不断升高。当区数量增多，硬度不断升高。当 G.P.区区 数量达到某一平衡值时硬度不再增加，出现一个平台。数量达到某一平衡值时硬度不再增加，出现一个平台。 2) 2) 随后析出的随后析出的相也与母相相也与母相 保持共格关系，在其周围也形成强保持共格关系，在其周围也形成强 内应力场，位错线也可以切过内应力场，位错线也可以切过 相，故相，故相的析出使硬度和强度相的析出使硬度和强度 进一步升高，并随进一步升高，并随相数量及尺相数量及尺 寸的增加而增加。寸的增加而增加。 3) 3) 析出析出