十組熱處理 (3版)

熱處理工藝設(shè)計(jì)小組成員：李銀鳳（材卓121）

張宏哲（材卓121）

張?chǎng)温ú淖?21）

李靖（材料122）

嚴(yán)文婷（材料123）10方案二方案一一VS二目錄頁(yè)方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二過(guò)渡頁(yè)方案二方案一一VS二過(guò)程擴(kuò)散退火固溶雙極時(shí)效處理10預(yù)先熱處理最終熱處理擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火的目的1擴(kuò)散退火是預(yù)先熱處理過(guò)程目的：消除在熱變形的過(guò)程中出現(xiàn)的偏析、第二相晶粒粗大、不平衡共晶體以及硬脆相沿晶界分布等缺陷。方案二方案一一VS二10擴(kuò)散退火溫度的確定20.9—0.95Tm,Tm表示鑄錠實(shí)際開始融化溫度，它低于平衡相圖中的固相線。根據(jù)查找手冊(cè)和資料，溫度范圍為455—470℃。利用DSC分析方法確定合金的過(guò)燒溫度，其為475℃左右

。為了防止合金均勻化過(guò)程中局部過(guò)燒，其均勻化溫度一般較初熔溫度低10℃左右。方案二方案一一VS二10綜上所述退火溫度為460℃能夠很好地達(dá)到擴(kuò)散的目的，且不會(huì)造成過(guò)燒和熔化擴(kuò)散退火加熱速度及冷卻速度3冷卻太快會(huì)產(chǎn)生淬火效應(yīng)加熱速度的原則:鑄錠不產(chǎn)生裂紋和不發(fā)生大變形為。故一般選擇5℃/min的加熱速度和隨后的隨爐空冷可滿足要求。過(guò)慢冷卻又會(huì)析出較粗大第二相，使加工時(shí)易形帶狀組，固溶處理時(shí)難以完全溶解，因此會(huì)減小時(shí)效強(qiáng)化效果。方案二方案一一VS二10擴(kuò)散退火保溫時(shí)間4保溫時(shí)間基本上取決于非平衡相溶解及晶內(nèi)偏析消除所需要的時(shí)間。其時(shí)間范圍為20—24h，故選擇24h，可較好的達(dá)到組織均勻，消除枝晶偏析或明顯減少第二相化合物的目的。方案二方案一一VS二10擴(kuò)散退火組織的變化5擴(kuò)散退火時(shí)，主要的組織變化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和過(guò)飽和的元素相沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸擴(kuò)散。方案二方案一一VS二10擴(kuò)散退火性能的變化6室溫下塑性提高，并使冷、熱變形工藝性能改善降低變形抗力，減少變形功消耗。方案二方案一一VS二10消除鑄錠殘余應(yīng)力，改善鑄錠的機(jī)械加工性能。最終熱處理最終熱處理：固溶和雙級(jí)時(shí)效方案二方案一一VS二10

固溶處理加熱溫度470℃保溫時(shí)間1h轉(zhuǎn)移時(shí)間<25S冷卻速度>170℃/S雙級(jí)時(shí)效加熱溫度120℃保溫時(shí)間5h加熱溫度160℃保溫時(shí)間18h固溶處理溫度的確定溫度對(duì)組織的影響時(shí)間的確定時(shí)間對(duì)組織的影響轉(zhuǎn)移時(shí)間鋁合金的固溶處理沉淀強(qiáng)化的先行工序，其目是為了將固溶處理式獲得亞穩(wěn)定的過(guò)飽和固溶體，給時(shí)效創(chuàng)造必要的條件，以求在隨后的時(shí)效時(shí)獲得高的強(qiáng)度和足夠的塑形。方案二方案一一VS二10對(duì)固溶效果影響最大的是固溶溫度，其次是固溶時(shí)間。冷卻速度固溶處理溫度的確定可以看出，隨著固溶溫度的升高，7075的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在470℃的時(shí)候。方案二方案一一VS二10固溶處理溫度對(duì)組織的影響方案二方案一一VS二10固溶處理溫度對(duì)組織的影響方案二方案一一VS二10450℃固溶時(shí)組織中粗大的第二相較多在450~470℃固溶溫度范圍內(nèi)，晶粒大小基本不變，沒有發(fā)生明顯長(zhǎng)大，但是當(dāng)固溶溫度升高至480℃時(shí)，晶粒有稍微長(zhǎng)大趨向，490℃時(shí)晶粒發(fā)生明顯粗化，長(zhǎng)大現(xiàn)象。470℃時(shí)，強(qiáng)化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰綜上所述，固溶溫度為470℃.力學(xué)性能綜合指標(biāo)較好強(qiáng)化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰固溶處理時(shí)間的確定將合金在470℃下固溶，保溫時(shí)間分別為20、40、60、80、100、120min，時(shí)效制度均為120℃*24h方案二方案一一VS二10固溶處理時(shí)間的確定隨著固溶時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的抗強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和顯微硬度都呈現(xiàn)先升高至峰值然后逐漸降低的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在60min的時(shí)候，時(shí)間大于60min合金的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和顯微硬度均有下降方案二方案一一VS二10固溶處理時(shí)間對(duì)組織的影響保溫時(shí)間為20min時(shí)，組織中存在大量的第二相顆粒，晶粒尺寸保持在較低水平隨溫度時(shí)間延長(zhǎng)至60min，第二相數(shù)量減少，尺寸減小，晶粒也沒有發(fā)生明顯長(zhǎng)大。當(dāng)保溫時(shí)間長(zhǎng)至120min時(shí)，除了晶粒變得粗大外，第二相數(shù)目減少并不多，尺寸較小也不明顯，這說(shuō)明超過(guò)60min繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間意義不大。方案二方案一一VS二10綜上所述，保溫時(shí)間為60min力學(xué)性能綜合指標(biāo)較好第二相數(shù)量減少，尺寸減小強(qiáng)化相固溶充分，殘留相少，晶界清晰固溶處理轉(zhuǎn)移時(shí)間將試樣經(jīng)470℃/1h固溶處理后，轉(zhuǎn)移時(shí)間10至60s，時(shí)效制度為120℃/16h淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間在25s以內(nèi)，強(qiáng)度變化較小當(dāng)轉(zhuǎn)移時(shí)間超過(guò)25s時(shí)，強(qiáng)度明顯降低方案二方案一一VS二10這是由于隨著轉(zhuǎn)移時(shí)間的延長(zhǎng)，固溶體發(fā)生了部分分解，過(guò)飽和固溶體的濃度降低，當(dāng)過(guò)飽和固溶體分解時(shí)，靠近晶界處的過(guò)飽和固溶體首先分解，析出相沿晶界析出，造成沿晶界周邊形成含Zn較低的貧乏帶，使板材出現(xiàn)晶間腐蝕。故淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間應(yīng)在25s以內(nèi)固溶處理冷卻速度鋁合金淬火時(shí)的冷卻速度必須確保過(guò)飽和固溶體被固定下來(lái)不分解。防止強(qiáng)化相析出，降低淬火時(shí)效后的力學(xué)性能。因此淬火時(shí)的冷卻速度越快越好。但是冷卻速度越大，淬火制品的殘余應(yīng)力和殘余變形也越大，因此冷卻速度要根據(jù)不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來(lái)確定。7A04合金對(duì)冷卻速度非常敏感，其淬火冷卻速度要求在170℃/S以上方案二方案一一VS二10固溶處理方案二方案一一VS二10固溶處理后組織的變化固溶處理提高了合金內(nèi)部成分均勻性；第二相數(shù)量減少，尺寸減小消除鑄錠殘余應(yīng)力，改善鑄錠的機(jī)械加工性能。固溶處理后性能的變化使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體改善鋁合金的塑性及韌性提高抗應(yīng)力腐蝕性能消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。雙級(jí)時(shí)效7075合金是典型的時(shí)效強(qiáng)化型合金，其在固溶態(tài)的強(qiáng)度、硬度較低，必須經(jīng)過(guò)時(shí)效處理才能獲得高強(qiáng)度和高硬度或強(qiáng)度、硬度與韌性及抗應(yīng)力腐蝕性或抗剝落腐蝕性的良好匹配。方案二方案一一VS二10雙級(jí)時(shí)效加熱溫度120℃保溫時(shí)間5h加熱溫度160℃保溫時(shí)間18h雙級(jí)時(shí)效采用正交試驗(yàn)表，對(duì)7075鋁合金板材進(jìn)行試驗(yàn)，從而確定時(shí)效制度方案二方案一一VS二10雙級(jí)時(shí)效方案二方案一一VS二10雙級(jí)時(shí)效由上表可知，確定7075鋁合金板材雙級(jí)時(shí)效制度的四個(gè)參數(shù)的最佳配合為：A2B3C2D1方案二方案一一VS二10一級(jí)時(shí)效溫度為120℃，保溫時(shí)間5h二級(jí)時(shí)效溫度為160℃，保溫時(shí)間18h雙級(jí)時(shí)效在試驗(yàn)條件下，板材按此雙級(jí)時(shí)效制度進(jìn)行處理，檢測(cè)其力學(xué)性能、電導(dǎo)率、晶間腐蝕、剝落腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能，結(jié)果見下表：方案二方案一一VS二10其性能符合ASTMB209-88標(biāo)準(zhǔn)的要求，其抗應(yīng)力腐蝕性能得到明顯提高。綜上所述，確定7075呂合金板材雙級(jí)時(shí)效制度為：一級(jí)時(shí)效溫度為120℃，保溫時(shí)間5h二級(jí)時(shí)效溫度為160℃，保溫時(shí)間18h雙級(jí)時(shí)效方案二方案一一VS二10雙級(jí)時(shí)效后組織的變化第一級(jí)時(shí)效的時(shí)效溫度較低，該階段主要作用是成核，形成的析出相是大量細(xì)小的彌散的GP區(qū)第二級(jí)時(shí)效的時(shí)效溫度較高，在晶內(nèi)組織形態(tài)主要分布均勻的盤狀相，亞晶界上的析出相為具有較大尺寸的η’相，大角度晶界上的析出相主要是η相。雙級(jí)時(shí)效后性能的變化經(jīng)雙級(jí)時(shí)效熱處理后，合金的強(qiáng)度會(huì)下降，但抗腐蝕性提高方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二過(guò)渡頁(yè)方案二方案一一VS二過(guò)程10方案一擴(kuò)散退火固溶雙級(jí)時(shí)效處理方案二預(yù)時(shí)效處理形變處理終時(shí)效處理方案二方案一一VS二過(guò)程10預(yù)時(shí)效方案二方案一一VS二10預(yù)時(shí)效時(shí)間與材料性能的關(guān)系低溫短期預(yù)時(shí)效預(yù)時(shí)效的加熱溫度較低（105℃），有利于合金淬火后彌散分布的細(xì)小沉淀相析出形成。”所以預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間確定為4h方案二方案一一VS二10預(yù)時(shí)效的保溫時(shí)間短（4h），同淬火后合金相比，合金的強(qiáng)度升高不大，有利于后續(xù)的冷軋變形。低溫短期預(yù)時(shí)效方案二方案一一VS二10原因可以獲得以GP區(qū)為主的彌散分布的細(xì)小沉淀相，為終時(shí)效處理時(shí)穩(wěn)定存在的GP區(qū)優(yōu)先成核提供條件消除了冷軋變形后時(shí)效因位錯(cuò)造成η′相不均勻形核帶來(lái)的不利影響12形變熱處理一：經(jīng)驗(yàn)值試驗(yàn)根據(jù)7xxx系合金的拉伸經(jīng)驗(yàn)，一般選取15%-25%的拉伸量,所以實(shí)驗(yàn)選取了20%的變形量。方案二方案一一VS二10形變熱處理二：力學(xué)性能合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均有大幅提高（100MPa），延伸率基本相當(dāng)，依然保持了較好的塑性。方案二方案一一VS二10表1?7075鋁合金形變熱處理和常規(guī)熱處理

（T6態(tài)）力學(xué)性能比較（LT向）所以，形變熱處理能有效的提高合金的力學(xué)性能。形變熱處理三：合金金相組織方案二方案一一VS二107075合金不同時(shí)效處理時(shí)的組織形貌及SEM形貌分別示于圖1和圖2

圖17075合金不同時(shí)效處理時(shí)的組織形貌形變熱處理在經(jīng)過(guò)20%的冷軋變形、再時(shí)效處理后，合金晶粒變得更為扁平細(xì)小，析出的均勻細(xì)小沉淀相的密度明顯增加，且可以觀察到清晰的位錯(cuò)帶組織，見圖1（a）、圖2（b）。方案二方案一一VS二10圖2?7075合金不同時(shí)效處理時(shí)的SEM形貌形變熱處理圖3?7075合金SEM形貌和能譜分析方案二方案一一VS二10形變熱處理表2的能譜分析表明：合金淬火預(yù)時(shí)效后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分雜質(zhì)Fe和少量的Zn、Mg、Mn等，形貌為灰色的塊狀；形變處理終時(shí)效后，θ′（CuAl2）相中的Fe下降，Cu增加（圖3中a1、b4比較）。同時(shí)，存在有η′（MgZn2）相，其中含有少量的Cu，形貌由灰色的不規(guī)則的塊、條狀變?yōu)楸馄郊?xì)?。▓D3中a2、b3比較）。方案二方案一一VS二10表27075試驗(yàn)板材主要物相的能譜分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）終時(shí)效合金經(jīng)470℃×60min固溶處理后，分別在100、110、120、130、140℃溫度下時(shí)效，保溫時(shí)間均是24h，其力學(xué)性能結(jié)果下圖：方案二方案一一VS二10對(duì)力學(xué)性能的影響終時(shí)效方案二方案一一VS二10對(duì)力學(xué)性能的影響時(shí)效溫度與拉伸性能的關(guān)系曲線時(shí)效溫度與拉伸性能的關(guān)系曲線強(qiáng)度、硬度峰值出現(xiàn)在時(shí)效溫度為120℃的時(shí)候終時(shí)效合金經(jīng)470℃x60min固溶處理后，在120℃溫度下時(shí)效，分別保溫9、14、19、24、29、34、39h，其力學(xué)性能結(jié)果見表方案二方案一一VS二10對(duì)力學(xué)性能的影響終時(shí)效方案二方案一一VS二10對(duì)力學(xué)性能的影響時(shí)效峰值出現(xiàn)在24h由上述結(jié)果可知，7075的峰值時(shí)效制度為120℃X24h方案二小結(jié)方案二方案一一VS二10工藝數(shù)據(jù)固溶處理（常規(guī)）加熱溫度470℃保溫時(shí)間1h淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間<25s預(yù)時(shí)效加熱溫度105℃保溫時(shí)間4h形變處理變形率為20%終時(shí)效加熱溫度120℃保溫時(shí)間24h方案二小結(jié)

顯著提高7075合金板材的強(qiáng)度，且使7075鋁合金保持了較好的塑性。方案二方案一一VS二107075合金形變熱處理后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分雜質(zhì)Fe和少量的Zn、Mg、Mn等元素，存在有η′（MgZn2）相，其中含有少量的Cu。變熱處理提高7075合金強(qiáng)度的原因是大量位錯(cuò)與高密度析出的、均勻細(xì)小強(qiáng)化相η′的交互作用的結(jié)果。方案二方案二一VS二方案二方案一一VS二過(guò)渡頁(yè)方案一固溶→雙級(jí)時(shí)效原因：在較低溫度進(jìn)行預(yù)時(shí)效，目的在于在合金中獲得高密度的G.P區(qū)，由于G.P區(qū)通常是均勻成核的，當(dāng)其達(dá)到一定尺吋后，就可以成為隨后沉淀相的核心