时效温度对Al-10Si-Mg-Re铝合金组织和性能的影响

时效温度对Al-10Si-Mg-Re铝合金组织和性能的影响题目时效温度对Al-10Si-Mg-Re铝合金组织和性能的影响II1绪论随着现代化工业的飞速发展，生活中被人们所需求的各种机械的材质性能也发生了巨大变化，例如人们出行的交通工具飞机，汽车等综合性能不断向着优良发展。比如汽车的设计中，其中各部分不断的在追求轻量化的设计，这也使其在汽车的生产工业中占有非常重要地位。所以在如今的汽车生产过程中，铝合金的应用是越来越广泛，通过用铝合金来代替比较重的结构件，在汽车生产中，汽车摆臂、轮毂的生产则占有重要地位。汽车的摆臂在汽车本身上有着极其重要的作用，它在汽车中起着非常关键的连接作用，汽车摆臂的质量对汽车使用的寿命以及在行驶安全起到非常重要的作用，而现在用于汽车摆臂生产的零件中，铝合金材料占有非常大的比例。同样汽车的轮毂的生产中，铝合金材料的使用也是占有非常大的比例，轮毂主要有两种，一种是由钢材料制成的，一种是由合金材料制成的，二者是有很大不同的，无论是生产上，还是在性能方面都是有一定差距的，钢轮毂在生产时制造的工艺很简单，所以在生产过程中成本也比较低，然而钢轮毂的强度是很高的，这就是我们通常的不仅便宜还耐用。但是钢轮毂也是有很多缺点的，首先最明显的就是钢轮毂的外观不够美观，而且质量很大，比较沉，这也就造成了其惯性的阻力比较大，同时钢轮毂的散热性也较差，最直接的缺点就是容易生锈。通过了解钢轮毂的这些缺点的原因，合金材质轮毂恰好能够弥补这些缺陷，首先合金材料具有质量小，惯性的阻力不大，制作的精度高，在强烈的机械运动下不易变形，能过大幅度改善合金的驾驶效果，使汽车的损伤度会更小。在导热性方面，合金材质大约是钢的三倍，合金材质的散热性非常好，当车辆制动时，对轮胎等都有一定的保护作用。铝合金轮毂和钢合金轮毂相比，优点如下：1、在耗能方面，如果把一辆汽车轮毂的材质用铝合金材质，那么这辆车是很节能的。两个相同体积大小的钢轮毂和铝轮毂进行质量对比，钢轮毂比铝轮毂大约重两千克，一台轿车用四个铝合金轮毂，那么它的质量和用钢的相比会减轻八千克。根据当前国际研究，一台轿车每减轻两千克，那么在能源消耗方面，一年大约能减少40L汽油的使用。2、在零部件使用寿命发面，使用铝合金轮毂能够增加发动机的使用寿命。发动机的使用寿命是和它所受的载荷密切相关的，发动机所受的负荷越大，那么对它的损害也就越大，这样发动机的使用寿命也就会变短。相反的具有铝轮毂的汽车的发动机更耐用。3、在热流失的方面，由于摩擦时会产生大量的热，铝合金轮毂回会流失更多热。汽车在行驶时，由于车轮进行强烈的机械转动，进而由于摩擦会生很多热，由于铝合金轮毂散热性能好，所以车轮会保持合适温度，包括汽车在制动时，轮胎都能得到保护。4、在现实生产中，铝合金轮毂的工艺会比钢轮毂更精致。所以汽车在行驶过程中能够保持很好的平衡性，不会出现方向盘抖动的现象。5、在受到外界因素干扰时，铝合金轮毂抗损害能力更好。在受到物理破坏时，铝轮毂比钢轮毂更能经受的住损害。因为这一优良性能，铝合金在我国工业发展中的应用极其广泛。6、在表面方面，铝合金轮毂的表面比钢轮毂的表面更为容易被人喜欢。在现实生产上铝合金轮毂有着很多不同种类的设计，铝的颜色也是更容易让人接受，所以汽车自然受到人们喜欢。因此铝合金材料在机械零部件的生产中占据了非常大的比例。铝合金的概述铝与铝合金的发展历史在当今世界科学技术飞速发展，而材料的发展是科学技术发展的重要组成部分，而且人类对材料的依赖性是非常强的，上世纪六十年代，材料、信息还有能源是当时的三大支柱，到了上世纪七十年代，新材料、信息技术还有生物技术成为当时的主要标志，世界是不断发展的，进而人们的生活水平也是不断提高的，工业也是不断地在进步，所以材料性能的好坏也是越来越得到人们的重视，这样材料也就不断的向高强度，高硬度，高韧性等性能方向飞速发展，所以原始材料性能的改进和新型材料的开发研究已经成为材料研究的两个重要方面。铝合金是非常原始的金属材料，它的优点有很多，比如导热性，热膨胀系数小等，各行各业都离不开铝合金的生产与使用，并且铸造技术也是不断发展的，那么铸造合金的需求量也自然多了起来，在上世纪八十年代，世界上铝铸件的总产量大约在二百七十万吨，到了上世纪九十年代世界上铝铸件的总产值大约达到了四百二十万吨，占铸件总产量的百分之八，现如今铝的产量与需求还在不断的增加，在我们国家，上世纪九十年代的铝铸件产量到达二十五万吨，占铸件产量的百分之三，当到达二十世纪初的时候，我国铝铸件的总产量比之前增加了百分之五，即便我国铝的产量与需求在不断增加，但是和一些国家相比还相差甚远，但是随着我国工业的发展，铝的需求和生产也是不断发展的。在现代的工业发展中，对传统的铸铝需求比较大，但是铝合金的开发也是必然的，研究出高强度高韧性等优良性能的铝合金去代替那些性能较差的铸铝，也是必然趋势。在铝合金成分研究方面，国内以及世界各国都以出现了很多研究成果，在性能研究方面，首先要注意研究微量元素，以及元素的作用和影响以及价格，美国Alcoa公司研发出了Al-8Fe-4Ce铝合金，这一合金的研制主要就是在纯铝当中添加一些锰、铯、钴、铬等金属与元素；Allied-Signal公司开发出了Al-Fe-V-Si系铝合金，这一合金是该公司在Al-Fe-V基础上研发出可用于汽车飞机等交通工具的高性能铝合金，并且日本也研究出了高性能铝合金，这一铝合金使用温度能够高达四百度，这一合金的研制是通过加入稀土元素去实现提高合金性能的，并且，欧洲也是成功的研发出了铝硅镁系高性能耐热铝合金，这种铝合金的性能优良表现在没有损失热膨胀，热传导的情况下强度发生显著提高，同样我国在铝合金的研究方面也是取得了较大成果，肖代红等人通过研究并发现了在铝硅镁铜系铝合金中添加一定质量的的Ce元素可使合金组织细化，性能得到提高。桂满昌通过实验发现在铝硅镁铜系铝合金中铜元素的影响作用是最大的，硅的作用是最小的，在合金性能中延伸率这一方面，铜的影响作用是比较小的，镁和硅元素的影响作用是最大的，La元素能使合金强度提高，但会使延伸率下降。在铝合金的热处理方面，苏联的研究者对ZAlSi7Mg和ZAlSi9Mg这两种合金进行时效热处理后研究发现当对ZAlSi7Mg合金时效处理温度条件为150℃到170℃时，合金的硬度是呈现上升的趋势，并且当时效温度大约为150℃、170℃、1700℃时合金的硬度值是最大的。美国著名大学几位研究人员对319铝合金进行了热处理对材料本身影响是如何的钻研，，他们通过实验结论得出材料性能和热处理密切相关。印度研究人员对铝硅镁系铝合金的性能与热处理的关系进行了研究，并且通过研究发现，当固溶温度和时效温度到达一定值时是可以提高合金的力学性能的。北欧挪威科学和技术大学的L.PEDERSEN,L.教授对铝硅镁合金的性能和热处理加工之间的联系进行了钻研，并且通过实验研究的结果分析合金性能和硅元素与镁元素密切相关。铝与铝合金的特点铝是轻金属并且它的颜色为银白色，有良好的延展性。铝不是以单质的形式存在的，而是与其他元素结合在一起，铝的晶体结构是面心立方结构[1]，铝因为有不错的塑性，所以可以使其加工成多种类型的零部件[2]。铝由于本身的特性，所以铝的商品可以被制成很多不同形状的物品。并且由于本身所具有的特性，所以铝本身很容易披上一层氧化膜，这一层氧化物可以保护铝。当把铝用酸简单处理过后，在一定的环境下，它很容易被点燃，而且火焰颜色比较特别，火焰为白色。铝虽然是不溶于水的，但它可以和很多不同种类的酸反应，然而它与水在一起的时候，当温度变高时，会有氢氧化铝生成。被人们称作钢精和钢种的铝被通常用来制作生活器具。铝在常温条件下有大约为0.0000236mm/℃或23.6ppm*k-1的热膨胀系数。通常把铝作为基体的合金被人们统称为铝合金，意思也就是说通过在纯铝当中加入或多或少的金属、非金属等元素进而形成的合金。铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金还有铸造铝合金[3,4]。由于其他不同种类的合金的元素的加入，从而使铝合金的本身不仅仅具有纯铝的基本的特性，还具有一部分其他的优良的特性。铝合金和其他金属相比密度比别的金属小，但他的性能并不比别的差，甚至在某些性能方面还要比别的优质金属强，而且铝合金不像钢那样脆，它的韧性很好，所以在板材的生产时，铝合金无疑是最合适的材料之一，而且它还和其他金属一样，能够很好的导电，导热。热处理工艺是铝合金提高力学性能最常用的方法[5,6]。由于具有很多综合的优良性能使它在工业生产中被广泛应用。在生产的时候，可以对一些合金进行热处理加工，从而使这些合金有较好力学性能。Al—Cu—Mg—Zn系铝合金的硬度则更硬于铝铜镁系铝合金，但它的性能也还是可以通过热加工工艺去提高的，这种铝合金在一般的条件下和其他的铝合金相比，强度是高于其他合金的，但是这样强度的合金也定会有缺点，例如在一定条件下非常容易被腐蚀，并且如果将该合金放在高温环境中，那么它软化的会很快。Al—Zn—Mg—Si系合金则是锻造铝合金，由于是锻造合金，那么加入的元素种类也是不少的，但是在加入的元素中，各元素的含量较少，那么这样的合金自然也就拥有较好的热塑性，并且也就比较适和锻造，所以人们又习惯称之为锻造铝合金。

纯铝具有低密度（ρ=2.7g/cm3），约为铁密度的1/3，并且具有低熔点（660℃）。铝的塑性很高，并且加工起来也是非常方便的，它通常能被制成各式各样的板材，并且它是不容易被腐蚀的。然而，纯铝本身是比较软的，它在退火情况下的抗拉强度值约为7，所以它并不适合作为结构材料而使用。通过长时间的生产得实践和科学的实验，人们发现可以通过对其添加一些合金元素并且进行热处理的方法逐步去强化铝，从而就形成了一系列的铝合金。在现实应用中，若想要合金保证铝金属本身的特性，然后还想提高其强度，那么就可以通过在合金的铸造过程中，向其中加入一定的金属元素来实现，这样它的抗拉强度会提高非常多。这使它和其他的合金相比，比强度会高于其他合金钢，所以在使用中，它的应用非常受人们的认可，广泛被应用于各种机械生产上，飞机的机身，表面，压缩机等部位通常也是由铝合金材料制成，为了减轻飞机自身重量。1.1.3铝与铝合金的制造工艺（1）制成工艺：在生产上，合金的制成方法及途径是非常多的，就像熔炼铝合金的方式就是非常多的。要想熔炼铝合金，那么好的工具当然也是必不可少的，一般熔炼的时候，可以选择无芯感应炉或槽式感应炉或坩埚炉或反射式平炉（用天然气也可以用燃料油进行燃烧），还可选择电阻炉或电热辐射炉等工具。但是在熔炼过程中，即便在最适合熔炼的浇注的环境下，熔化的铝同样会受三种不同类型的不良影响：1.在高温的环境下，伴随着时间的变化，H2的吸附将造成溶解进熔液中的氢气会增加。2.在高温环境下，伴随着时间的变化，熔液会发生氧化的现象。3.合金的元素的丢失。当铝被熔化的时候，氢气很容易进入其中。但是，在熔融铝合金当中，H2的溶解度一般情况高于它在固态的铝当中的溶解度。当铝合金发生凝固的时候，H2会从熔液里流出，而且紧缩的孔的间隙会变大，同样力学性能也会发生不好的变化。当炉料与熔化所用的工具比较潮湿的时候就会有氢气的出现，但是这并不会产生大量的氢气，主要还是来自于空气当中。因为熔炼金属时是根本不可能阻止氢气的进入的，所以去除氢气的流程是必不可少的。由于氮气和氩气本身的特性，二者可以被送进溶液中进而去除氢气。其中使用氯气去除氢气这一方法是特别的有效。但是，考虑到环境和安全等问题基本不会使用这种方法去排除氢气。在过去人们通常使用减压测试法去测量溶液中氢气的含量，这一方法就是把铝熔化，然后放在刚杯中，并且保持其在真空环境中，并让其在真空环境下凝固，仔细观看凝固的过程，在这个过程中能够看气泡会发生变化，气泡的变化量也就是氢气的含量。与此同时取出凝固后的样品，把样品切成片状，能够看出氢气泡的体积大小。然而，这一种方法是不够准确的，因为这种方法会被氧化物颗粒造成极大的影响。测试氢气的最或好方法还是用专门的仪器最为准确。铝是比较容易发生氧化的，由于这一特点，其溶液表面也是非常容易出现氧化物的。并且氧化物形成的快慢与熔炼过程中的条件有非常大的关系。如果铝溶液的表面并没有受到外界干扰，那么他表面所形成的氧化膜会自我控制的，一旦受到干扰氧化膜就会被搅到溶液中，这样便会形成新的氧化膜。这些新的氧化膜对铝件有着非常大的副作用。但是，在熔融金属冶浇注等过程中都会受到紊流的干扰。在溶液中的氧化物颗粒会对形成气孔等提供条件。当在现实生产时，在铸铝件的时候，要尽可能的去减少杂质。因为一般情况下它们的相图上的液相线与固相线二者之间会有很大的幅差，而在多孔的情况下冷却凝固，就很难提供补充给孔。非常容易失效的比较脆弱的面会在铸件的氧化膜上出现，同时氧化膜的存在也是铸件力学性能不均匀的重要因素，所以要使铸件的力学性能的均匀性增加就要减少氧化膜的存在，铸铝合金力学性能就会强于锻件，在检测氧化物的时候，X射线几乎是没有作用的，所以要做到事先防止。在熔融的条件下，要想控制氧化物可以使用溶剂的覆盖的方法。氯化镁盐这一溶液将会起到非常好的作用。它的作用是使溶液和空气发生隔离。即便这样还是要定时清除溶液表层的氧化物，可以采用过滤床，让溶液通过它的办法在大熔炉中去除那些漂浮的氧化物杂质。如果想要铸造成的试件中没有氧化物出现，那么浇注液体金属的速度就要平均且平稳．过滤器对熔融金属会有一定的阻碍作用，那么熔融金属通过过滤器时它的速度就会变慢，由于这个原因氧化物就不会出现了。浇注时将金属从模具下面注进去，那么熔融金属上面的氧化物也会上到上砂箱层的顶部并且会流进冒口的顶部，这样的过程就避免了铸件的损坏。在铸铝合金中，会含有许多不同的金属元素，这些元素中，会有一些元素可能会与氧气发生反应。当金属被熔融后，当被放置的时间较长时，那些元素也就会发生氧化的现象，如果这样铸件应有的成分也就会发生改变，这种改变是不合格的，然而其他的一些合金元素，还会出现蒸发的现象。加工工艺一般情况下，若铝合金中硅的含量超过百分之十二就会称之为高含量硅的铝合金，这种情况下一般使用金刚石材质的刀具，但这也不是肯定的，硅的含量对刀具是有影响的，如果合金中硅过多时，在加工的时候，刀具必然会受到一定的损坏。所以金刚石刀具会被推荐使用在硅含量超过百分之八的合金上。铝合金的一个过渡区间是硅含量大约在百分之八到百分之十二之间。这样既能用金刚石材质的刀具，也可用普通的硬质合金刀具。Al-Si-Mg系铝合金的材料概述合金元素对Al-Si-Mg系铝合金性能的影响该文中所提到的Al-Si-Mg系的铝合金，若要使它的性能提高，是可以通过热处理加工实现的，它的塑性不仅很好，而且它的强度还有焊接的性能也是非常好的，也正是因为它优异的力学性能，可以被广泛的应用于机械零部件的生产上。Si、Mg两种元素在Al-Si-Mg系的铝合金中占有主要地位，其次合金中还有Fe、Mn、Cu等元素。目前Al-Si-Mg系铝合金的种类已经达到了几十种。1.镁元素的影响镁在铝中是有很好的固溶强化的效果的，它是能够使铝的强度得到提高的，同时它也可以使铝的密度降低，镁含量较低的铝合金在加工和热处理后是非常容易保有单相固溶体组织的，所以沉淀强化是不会取得较好的效果的，但是它的疲劳强度和韧性是非常好的，而且还有很好的抗蚀性，所以它是可以被当做抗腐蚀合金使用的，当合金中镁的质量分数高于百分之八时，沉淀强化的效果在铝合金中才会变得明显，但是它的塑性是非常的低的，所以镁是不能单独作为主要的添加元素对于高强度铝合金来说，必须和其他的元素一起加入其中。硅元素的影响根据工程材料学所学内容，我们很容易知道硅在铝中的固溶度是非常低的，所以固溶强化能力也是非常有限的，而且它的强化效果也是非常小的，因此，主要依赖于过剩相强化，二元铝硅系合金的固溶点非常低，容易进行铸造，它是铸造用铝合金的基础合金系列，并且一般选择硅的质量分数为百分之十到百分之十三。Mg2Si沉淀相是硅与镁在铝中共同形成的，这是一种强化相，所以镁铝合金性能需要增强时可以加入一定量的硅，但是硅的质量分数一般不高于百分之一到百分之一点二。硅在合金材料中的作用是非常明显的，首先它可以使合金中晶粒发生细化的现象，这样当合金被熔融时，并且进行铸造，那么此时它的流动效果是非常好的，这样铸造后的试件也就很好，在后期时效处理等过程中材料能够因此得到好的强化现象，那么合金的性能自然也就得到了很大的改善[7]。但是高含量的硅也会造成一定的影响，首先硅的含量增高，那么对合金材料产生好的作用的同时，必然也会对合金材料产生不好的作用，例如好的作用是合金材料中硅的元素比较多时，从而后期对合金材料进行时效处理时，合金中能够强化作用的相就会很容易析出，进而能够获得很好的强化作用。相反，不好的作用是当合金材料中硅的含量比较多的时候，合金晶体的晶界出会有硅的堆积，这样合金的性能受到了严重的影响，比如更容易被腐蚀[8]。锰元素的影响根据工程材料学所学内容，我们也了解到锰在铝中的固溶度是较低的，所以固溶强化效果也是非常有限的，锰在铝中的溶解度虽然是有变化的，但是有铁杂质的存在，那么就会形成锰铁铝的化合物，这一化合物是不溶于铝的，所以不能固溶强化，铝锰系的第二相MnAl6与铝的电化学性质相似，并且抗蚀性也是非常好的，所以锰常常被加在防锈铝合金中，它的质量分数一般不超过百分之二。当在铝基体当中有锰元素溶解时，合金的再结晶温度将会得到很大的提高。这种作用现象和铝的纯度、锰的含量有着密切的关系，二者越高，现象越显著。铝合金在再结晶过程中晶粒的细化也就是锰的作用造成的，这种现象的机理是在铝中加入锰元素后形成MnAl6相，合金在再结晶过程中晶粒的长大受到了阻碍[9,10]。合金中呈颗粒状的弥散相就是由锰形成的，合金在挤压过程中的再结晶程度可以被这种颗粒状的相所阻碍，这一过程会有强化相析出，并且这一相的析出也会得到促进[11,12,13,14]。所以，要想提高该合金的强度等性能，可以选择在该合金中加入一定量的锰元素，这样能够使合金的性能得到一定的提高。铜元素的影响根据工程材料学所学内容，我们也了解到合金室温强度的提高是可以通过铜在铝中的固溶强化和沉淀强化来实现的，而且这样还可以使铝铜的耐热性得到增加，所以，铜是耐热铝合金及高强度铝合金的主要的合金元素，铜在合金中形成的亚稳平衡及平衡相是铝合金中重要的沉淀强化相。晶间腐蚀是铜元素加入后带来的主要害处[15,16]。时效滞后现象是在Al-Si-Mg系合金中经常出现的现象，这一现象也就是停放效应，各元素的固溶度在合金中的差异是造成这一现象的主要原因，镁的固溶度大于硅，所以硅会先偏聚析出，小尺寸的聚集区可能又会发生溶解在后面的人工时效。因此，若铝合金中强化相含量较高时，铜元素能改变时效，进而能够很好地解决时效滞后过程的不好影响，所以加工时人们会加入铜元素。在合金中加入铜元素，这样能够改善合金的性能，比如能够改善合金材料的通电能力，并且铜元素的加入也是对材料的机械的性能是有益的，但在有的合金中加入过多铜元素时，会对合金的某些性能产生不好的影响。[17,18]。铁元素的影响在Al-Si-Mg材料当中，会有一些杂质元素，其中就包括铁，合金的显微组织与硬度强度等都与铁元素的存在有着密切的关系。在该材料中加入少量铁可以使该材料晶粒细化，但是铝可以和铁形成使合金性能受到危害的相，从而合金的抗腐蚀性会被降低[19，20]。当该材料中铁元素含量较高的时候，会因为化学作用产生原材料中没有的相，这些相会对材料的性能造成不好的影响[21]。所以要想生产出耐蚀性较好的铝合金材料时，一定要控制好铁元素的含量。锌元素的影响同样我们也能在工程材料学中了解到锌在铝中的溶解度是非常大的，而且固溶强化能力也是非常强的，少量的锌不仅能够提高合金的强度，也会使合金的抗蚀性得到很大的提高，在多元铝合金中要想提高其沉淀强化效果可通过加入一定量的锌来实现。Al-Si-Mg系铝合金热处理工艺均匀化处理对于该合金材料而言，材料中溶质原子的扩散能力对合金材料本身的的性能是有很大影响的，热处理的目的就是改变合金的性能，那么均匀化热处理也就是为了改善原子扩散能力，如果扩散能力得到改善，那么合金中组织分布也就自然变得均匀，此时合金的性能也自然得到提高[22,23,24]。所谓均匀化热处理也就是先对合金进行加热，当加热到一定的温度后，然后再把合金材料保温一定的时间，保温后立即冷却，这样做的目的是为了让可溶相充分的溶解，从而形成一种强化相。在均匀化过程中，像铁、锰、铬等元素会与铝元素结合，所以要想改变合金的性能，用一定的方法去改变这种元素之间的结合作用就可以实现。刘静安[25]等人对6063铝合金做了这种热处理加工工艺，并且通过实验结果发现合金中针状相会在这一处理过程中转变为球状的颗粒，这样合金的某些性能也就得到了改善。张中可[26]等人对Mg2Si这一强化相做了这个处理加工工艺，并且通过研究发现了当这一处理工艺的时间发生改变时，这一强化相也就会慢慢的溶解，那么这样合金的某些性能也就得到了很大的改善。在现实生产该实验材料过程中，这一处理加工工艺是非常重要的，但是用这一处理工艺去改善合金性能是有限的，所以，对于需要处理的实验材料来说，工艺参数的准确性是非常重要的，只有这样才能取得较好的结果。固溶处理首先在一个较高温度环境下把铝加热并且保温一定时间后，立刻就拿出来对其进行淬火冷却，这通常被称为固溶处理。因为合金中有一定量能溶的相，那么这样做也就是为了当材料在高温度的条件下，使这些能溶的相尽量都能融到基体中，接着会得到固溶体[27]。那么我们也了解到固溶处理是有好处的，首先它能使材料中组织发生变化，使材料中非平衡相转变成单相的固溶体，由于我们还要对材料进行时效处理，那么在时效处理过程中，合金材料的性能就能够得到很好的改进。1.固溶温度当对实验材料进行固处理时，那么固溶温度是不能随意选取的，可以通过合金相图进行参考，进而选取合适的固溶加热温度。如果出现低熔点共晶熔化那么说明固溶加热温度超过共晶转变温度，也就是实验中所说的过烧。在理论上认为共晶转变温度就是过烧温度，但是在实验中由于金属元素在合金中的分布的是有不均匀现象的，这样就导致理论上的共晶转变温度比实际中合金的过烧温度高一些。所以对合金材料进行固溶处理时，温度的差值要控制好，不能太小，也不能太大。2.保温时间经研究表明[28]，对材料进行固溶处理加工时，如果加热的温度比较高，那么保温的时间就要相应的减小。材料在经受较大变形加工过程中，对其保温的时间应该短一些。介质是非常容易影响合金的固溶处理保温时间的，热空气和盐浴这两种介质的影响效果是有很大不同的。当合金材料在盐浴中加热的时候，加热效果会比较好，所以和在空气中加热相比加热时间要短得比较多。因为在固溶处理后，要对合金进行时效处理，并且要想在这个过程中让合金材料得到较好的强化作用，要尽可能的让第二相粒子熔解。但保温时间变长的时候，对一些合金材料来说将会产生不好的影响效果，所以一定要选取最佳的条件。3.淬火转移时间淬火转移时间也是铝合金淬火热处理工艺中一个非常重要的影响因素，所谓的淬火转移时间,也就是从固溶处理炉的炉门打开或者是锻件从盐浴槽开始露出到锻件全部浸入淬火介质中所经历的时间。合金的体积，应用的器材等因素都会对淬火转移时间产生一定的影响，所以这也就是影响淬火转移时间的因素。时效热处理工艺时效主要是去改变Al-Si-Mg系铝合金的组织结构以及分布，从而使材料的力学性能得到提高[29]。在铝合金的热处理上主要有单级时效、二次时效和双级时效三种时效热处理工艺。1.单级时效单级时效是指一级时效，也就是时效温度单一，时效时间的固定是一种时效工艺，该工艺的目的是为了达到高强度，其优点是使合金的强度在很短的时间内得到提高，但是它的缺点是使合金强度提高的同时会使合金的塑性和抗蚀性降低。一级时效热处理工艺通常由两部分组成，先固溶淬火后立刻就进行完全的人工时效。为了能使合金能够析出强化相，从而使合金的某些力学性能得到提高，完全人工时效是非常好的方法。比如潘贻辉[30]等人对该合金材料进行了人工的时效处理工艺，经过实验结果观察发现了合金的组织发生了变化，出现了细化现象，并且合金的某些力学性能得到了提高。2.二次时效铝合金的二次时效和一级时效的差别就是，二次时效会有一个事先的欠时效，这一过程的要求是温度要高，保持温度不变一段时间后，然后再继续进行时效处理，这一过程的要求是温度要低一些。将合金放到较低的温度环境下，让之前残留的溶质原子慢慢的析出，强化相密度发生改变，这样合金的力学性能也就得到了提高。和一级时效相比较，二次时效的好处就是合金中强化相的密度发生了改变，进而合金的力学性能得到了提高[31]。3.双级时效时效热处理工艺中除了单级时效，二次时效，还有双级时效，双级时效热处理工艺就是先对合金进行欠时效在较低的温度环境下，接着对其进行最后的时效处理在比较高的温度条件下，这一工艺的好处就是使合金的抗腐蚀性和力学性能一起得到提高。稳定态的G.P.区到过渡的强化相再到稳定的析出相这一过程就是合金在双级时效处理过程中组织的析出顺序。4.形变热处理形变热处理是把塑性变形与热处理很好的结合在一起，这样就会得到形变强化与相边强化，从而使合金的力学性能得到提高。当金属在塑性加工的过程中会发生大量的塑性变形，那么合金中就会增加很多缺陷，例如位错密度这一缺陷，进而合金组织的分布就会发生改变。接着对合金进行下一步的热处理，使合金当中强化相时效析出得到提高，进而使合金的多种力学性能得到提高[32,33,34]。铝合金可以通过形变热处理工艺使其晶粒细化、合金在实际加工的流程当中的塑性与韧性也能通过此工艺得到很大的提高。

2试验材料制备与试验方法本次实验中研究的材料为Al-10Si-Mg-0.1Re铝合金，其主要制备过程是根据事先制定的参数进行合金的熔炼、浇铸成形，然后再通过挤压进行变形等加工工艺得到的材料。2.1合金熔炼首先根据事先制定的合金的成分进行配料、熔炼熔炼等工艺。在熔炼的过程中，合金的质量可能会受到外界其他一些因素的影响，所以要采取一定的措施去降低外界因素的干扰，要尽最大能力把可能会形成的缺陷减少到最低，从而保证合金熔炼的质量。所以在熔炼过程中以下几点是我们要注意的：1.我们要把事先准备好的材料认真的进行清洗，使材料干净、然后再将其吹干，使其保持干燥，坚决不能让泥、砂残留在材料表面，并且也不能使其他金属和非金属杂质夹入材料中。2.使用熔炼炉时，要对熔炼炉进行冷炉、烘炉，这一操作的时间最好是二到六个小时以上。3.在熔炼的过程中可以把熔炼的温度设置为七百二十到七百七十度，而且还要通过氮气进行排气，排气的次数为两次。4在熔炼过程中，金属元素的加入顺序也是有一定要求的，所以要事先规定好金属元素的加入顺序，也就是最先加入铝接着加入锰等金属元素，最后再加入铝钛硼细化剂，因为这样才能保证金属元属很好的溶解到铝中。通过对熔解的金属进行多次的排气、去渣操作，然后进行浇铸选择陶瓷模具去进行，把浇铸的温度设置为七百二十到七百四十度左右，将合金浇铸成块状后，再把浇铸后的块状的多余部分切掉。重力铸造的Al-Si-Mg系铝合金的具体化学成分量(wt%)如下。镁元素含量约为0.987硅元素含量约为1.04铁元素含量约为0.213锰元素含量约为0.61铜元素含量约为0.022铬元素含量约为0.008锌元素含量约为0.018其他元素含量约为0.06剩余量为铝元素。2.2试验设备本次试验使用的所有机器设备有：管式电阻炉SK2-1-10钼丝线切割机扫描电子显微镜蔡司GeminiSupra40型显微硬度计FM-700拉伸机YJ-3007..金相显微镜DM13000M8.金相试样抛光机9.能谱仪EDAX-Falcon除此之外本次实验中所使用的辅助物品有：抛光布200#砂纸400#砂纸600#砂纸800#砂纸1000#砂纸抛光剂洗洁精酒精吹风机2.3热处理工艺制定这次实验对材料进行的是固溶加时效的热处理工艺。对材料进行固溶处理工艺用的器械是Sk2-1-1管式电阻炉，并利用热电偶观察温度变化，控制温度波动幅度不超过十度。淬火的介质使用常温水，淬火转移时间不要超过二十秒，淬火停放时间不能超过十二小时；对材料时效处理工艺是在电热鼓风干燥箱中进行的，控制温度波动幅度不超过2℃。2.3.1固溶处理首先在一个较高温度环境下把铝加热并且保温一定时间后，立刻就拿出来对其进行淬火冷却，这通常被称为固溶处理。它能使材料中组织发生变化，使材料中非平衡相转变成单相的固溶体，为时效处理做准备，改善合金性能。固溶处理的两个主要因素是固溶温度和固溶时间。固溶温度的确定：温度是非常容易对Al-Si-Mg系铝合金造成影响的，Al-Si-Mg系铝合金的固溶温度范围较小，所以本次试验的固溶温度的确定，对铝合金热处理也是提供了一个准确的工艺参数。根据分析把固溶温度定为五百三十度对材料进行研究。2：固溶时间的确定：Al-Si-Mg系铝合金的固溶时间范围是比较大的，因此本试验所采用的固溶保温时间分别为6.5h。2.3.2人工时效对试样通过固溶处理后得出固溶处理参数为530℃×6.5h。那么这个参数可以作为对人工时效研究的基础，人工时效温度分别为150、160、170、180、190℃，时效时间为3小时。目的是通过研究时效参数的不同从而对合金组织和性能造成不同的影响，从而选取最合适的时效处理工艺参数。2.4力学性能试验2.4.1显微硬度试验事先准备的试样的尺寸为10mm×10mm×11mm,所要进行测试试样的表面上下要保持光滑平整并且要相互平行，在测试开始要把试样的待测表面用砂纸打磨光滑，然后再用抛光机对试件进行抛光，抛掉划痕。然后在显微硬度计上对试件进行显微硬度测试，加载力为100gf,保载时间为15s。每个试样大约测量二十个硬度值。2.4.2拉伸试验根据标准的数据去设置拉伸试件的形状尺寸大小，把试验材料进行按下图所示的形状尺寸在线切割机上进行切割。把切成的拉伸试件进行简单的打磨，打磨掉钼丝在切割时在试件上残留的棱角，然后把试件放在拉伸试验机上做拉伸实验，拉伸速率为2mm/min，每个热处理条件下有四个拉伸件，依次对其进拉伸测试，记下准确数值，然后计算出相应的抗拉强度和延伸率等。我们计算抗拉强度和延伸率采用的公式为：σb=P/(b*h)(2.1)这个公式中：σb表示的是抗拉强度，单位是MPaP表示的是最大破坏载荷，单位是KNb表示的是试样宽度，单位是mmh表示的是试样厚度，单位是mmδ=（L0-L)/L0(2.2)这个公式中：δ表示的是延伸率，单位是%L0表示的原始标距，单位是mmL表示的是拉断后标距，单位是mm2.5组织观察2.5.1金相组织观察把已经铸成的块状合金材料使用线切割机分别截取10mm×10mm×11mm的样品，首先我们把切下来并且经过处理的试件用200#砂纸选择一平面进行打磨，打磨掉铸造和热处理以及线切割所残留下的痕迹，当表面光滑后，我们选择400#砂纸进行打磨，打磨掉200#砂纸所留下的深大的划痕，接着我们依次使用600#，800#对试样进行打磨，最后我们把磨好的试样在抛光机上进行抛光，直到试样表面光亮平滑，然后用清水清洗试件表面，然后再用酒精冲洗试件表面，然后用吹风机迅速将试样表面吹干，最后用金相显微镜进行观察，若无明显划痕就拍照采集图像。2.5.2扫描电镜及能谱分析把之前抛光好的试用扫描电子显微镜进行显微组织的观察和能谱分析。目的是为了分析合金的不同相分布情况以及第二相粒子形貌特征等。

3时效处理对组织和力学性能的影响Al-10Si-Mg-Re铝合金经过固溶处理后，由于晶界处第二相向晶内的扩散分解、以及α-Al晶内的成分均匀化，将导致Al-10Si-Mg-Re合金的强度、硬度等力学性能降低。为进一步提高铝合金的综合力学性能，可以对其进行时效处理。时效处理有自然时效和人工时效之分，也可分为单级时效、二次时效、双级时效等。本试验在对Al-10Si-Mg-Re铝合金进行固溶处理的基础上，主要利用单级人工时效对Al-10Si-Mg-Re铝合金材料进行处理，重点研究人工时效工艺对Al-10Si-Mg-Re铝合金材料组织及性能的影响。本论文设定的固溶处理参数为：固溶处理温度530℃、固溶处理时间6.5小时。在这一固溶处理工艺条件下，分别对Al-10Si-Mg-Re铝合金进行150℃、160℃、170℃、180℃、190℃的人工时效，时效时间均为3h。本章重点研究人工时效处理工艺对Al-10Si-Mg-Re铝合金显微组织及性能的影响，并对人工时效处理工艺进行优化。3.1时效处理对力学性能的影响3.1.1人工时效对力学性能的影响把准备的铝合金材料经过530℃×6.5h固溶处理以后，把事先分好组的试件放在管式电阻炉分别进行150℃、160℃、170℃、180℃、190℃时效，无时效处理时的实验合金材料的显微硬度为108.9，铝合金材料经过不同时效处理后的显微硬度值如下。表3.1不同时效温度下的硬度值时效温度/℃150160170180190硬度值/HV110.6127.5141.9128.3122.9如图3.1所示，时效温度参数的不同对合金显微硬度的影响曲线。从图中可以明显的看出，时效温度的不同，合金的显微硬度平均值是不同的，当不对试件进行时效处理时，该合金材料的平均显微硬度值为108.9，当在时效时间都为3h的时候，时效温度为150℃时，该合金材料的平均显微硬度值为110.6。从没有时效到时效温度为150℃这一区间，合金的显微硬度是缓慢增加的，当合金的时效温度依次为160℃、170℃时，该合金材料的平均显微硬度值依次为127.5、141.9，我们可以明显的看出时效温度为150℃到170℃这一区间，该合金材料的显微硬度是大幅度增加的，并且在时效温度为170℃时，该合金材料的显微硬度值达到了一个峰值，当我们继续对该合金材料依次进行180℃、190℃时效处理时，该合金材料的平均显微硬度值为128.3、122.9，我们也可以明显的看出170℃到190℃这一区间，该合金材料的显微硬度值就开始呈现了下降的态势，所以当时效处理时间为3h时,该合金材料的显微硬度最大值是在时效温度为170℃时出现的。根据工程材料学可知时效温度是GP区数量和大小的决定性因素。当时效温度升高时，那么基体中空位数量就会增多，与此同时合金中溶质原子的扩散能力也相应的得到了提高，这样也就会促进GP区长大，那么GP区尺寸也就会变大，其密度出现了降低。当时效温度为170℃时，那么GP区会均匀的变大，因此就可以获得高密度的强化相，所以这个时效温度下该合金材料的显微硬度值最高。3.2时效处理对微观组织的影响3.2.1时效温度对微观组织的影响如下图所示为试样经过530℃×6.5h固溶处理以后，分别在150℃、160℃、170℃、180℃、190℃下时效处理3h后所采集的金相照片以及无时效处理的金相照片。((a)Al-Si-Mg系的铝合金是极其容易通过时效处理来强化的合金，通过工程材料学所介绍的铝合金内容上了解到，在Al-Si-Mg系铝合金中，Mg2Si是该铝合金中的主要的强化相，把该实验材料进行固溶处理后，我们会发现这一实验材料会呈现出过饱和固溶状态，并且这种状态是不稳定的，然而后期我们对实验材料采用的时效处理就是让这种状态不稳定的过饱和固溶体发生分解。合金在时效处理时，会出现相析出的现象，而且也是有一定的析出过程，这个过程主要是α过饱和固溶体→GP区→针状亚稳相→杆棒状亚稳相→Mg2Si平衡相。通过上面的金相照片可以看出，合金试件经过530℃×6.5h固溶处理后，分别在150℃、160、170℃、180℃、190℃时效处理3h后，我们会发现材料的显微组织会发生非常明显的变化。当经过150℃，160℃时效处理后，从上面的图片可以看出合金的基体表面析出的强化相的分布是较均匀的，但是强化相的数量比较少。这是因为当时效开始时，因为合金中的GP区与基体共晶格，而且晶界界能和形核功是很小的，所以在温度比较低的情况下GP区首先形核析出，但是因为时效处理温度条件较低，所以析出的亚稳相比较少，而且还不能长大，所以最后生成的β相的数量不多，这样的情况下位错运动所受的阻碍会比较小，所以合金的硬度值比较小。当我们对实验试件时效处理温度为170℃时，从上面采集不同倍数下的金相照片可以清楚的看出我们的处理后的试样的组织中有很多β相颗粒，这说明我们采取的170℃这一时效温度是非常合适的，使GP区转向β＇过渡相数量比较多，体积也较大，转化成β相较多，因为析出β相颗粒的数量很多，那么这样位错运动就会受到非常大的阻碍，从而合金硬度能够得到很大的提高。当在温度高于170℃的180℃、190℃的温度下时效时，和温度为170℃的条件相比，由采集的金相照片能够看出试样的组织中有很多的β相颗粒，而且这些颗粒呈现出聚集长大现象。β相颗粒本身尺寸较粗大，由于这个原因位错运动所受的阻碍会被减弱，那么合金的硬度也是较低的。所以根据上面分析可以得到对于Al-Si-Mg系铝合金，当时效温度比较低时，那么强化相析出数量会较少，当时效温度较高时，那么强化相颗粒的尺寸会较粗大，所以无论温度较高还是温度较低时，合金材料的力学性能都不是最好的，所以我们很容易得出，当温度为170℃时效处理时，合金材料的硬度值最大，力学性能最好。3.3不同时效温度下扫描分析下图为合金材料在530℃×6.5h条件下固溶后，然后分别在150℃、160℃、170℃、180℃、190℃下时效处理3h的扫描形貌照片。从上面的扫描图片可以清楚的看出，在对实验试件进行不同温度的时效处理后，那么实验合金的组织中有两种特征不同的第二相。其中一种是尺寸不大的、并且经过挤压所出现的长条状的类似于针状的α-(AlMnFeSi)夹杂相，这一夹杂相是不溶相，所以会被一直保留。然而另一种是尺寸较小并且是时效过程中所析出的相，这一相是弥散分布着的。从扫描图片中能过大致了解到，时效处理的温度升高时，那么第二相的数量也会变多，当温度在180℃时，晶粒慢慢的变大，这样析出相和时效温度为170℃条件下的相比较粗大。3.4时效温度对抗拉强度及延伸率的影响把实验材料在530℃×6.5h的条件下固溶处理后，然后接着在150℃、160℃、170℃、180℃、190℃温度条件下对实验材料进行时效处理3h，然后我们把热处理好的试件切成事先制定好尺寸大小的拉伸试件，然后用砂纸简单打磨试件，接着对试件进行拉伸实验，得到如下数据，无时效的试件的抗拉强度与延伸率为422.88MPa、2.53%，时效处理如下表3.2表3.2不同时效温度下的抗拉强度、延伸率时效温度/℃150160170180190抗拉强度/MPa402.86464.37428.69387333.67延伸率/%2.682.482.11.81.87根据数据画的图像如图3.13：从上面两个图片中我们可以清楚的看到，随着时效温度升高，该实验材料的抗拉强度呈现出先升高后降低的趋势，然而延伸率则呈现出先下降后升高的趋势。合金的抗拉强度的峰值出现在时效温度为160℃的时候，在该温度下，合金的抗拉强度、延伸率依次为464.37MPa、2.48%。实验材料在相同的固溶条件下处理后，随着时效温度升高，合金的抗拉强度呈现出先升高后降低的趋势，然而合金的延伸率变化趋势是相反的，呈现出先降低后升高的趋势，这也反映出合金的塑性是随着时效温度的升高而呈现出先降低后升高的趋势。3.5扫描以及能谱分析把实验材料进行扫描观察和能谱分析，深一步的去探索实验材料也就是Al-Si-Mg铝合金还存有其他哪些相，而且其中含有的强化相和其他不溶相的种类和成分是什么，根据这些确定该Al-Si-Mg系铝合金材料中第二相的种类和成分，以及确定该合金材料中元素的种类，成分，含量等。如下是扫描及能谱分析数据。把合金材料不同位置的组织进行了SEM观察以及EDS分析。从扫描图片以及能谱分析得到的数据中可以了解到，在该实验材料合金组织中相主要大约有两种：（1）其中之一是主要由Al、Fe、Si、Mn元素组成的相，该相形状类似于针状。（2）另一种则是由Mg、Si组成的相，尺寸比较粗大，形状类似于球状。并且我们根据能谱分析以及合金含量表能够知道我们的实验材料中富含Fe、Mn、Si元素且形状类似于针状的相为α-(AlMnFeSi)。而另一种含有Mg、Si元素，尺寸较大，形状类似于球状颗粒的相为Mg2Si。3.6分析根据工程材料学我们了解到，所谓的时效，可认为是淬火后所得到的铝合金过饱和固溶体在一定的温度条件下随着时间的延长而发生分解的现象，从而使合金的强度和硬度等力学性能得到提高。铝合金时效强化的实质为，沉淀强化相从过饱和固溶体中析出和长大，从而使合金性能得到提高。所以，沉淀强化相的大小还有其与基体界面关系是决定合金力学性能的非常重要因素。在室温条件下合金自发的强化过程叫做自然时效，在人为的加热条件下进行的时效过程叫做人工时效。在时效过程中合金的性能是和组织的变化密切相关，最大的时效强化效果对应于过