铝合金实验指导书.(正版)

1铝合金热处理强化一、实验目的1、了解锻铝合金（6063）铝合金的化学成分和显微组织。2、掌握6063铝合金热处理强化方法，学会该合金的金相制备方法及热处理前后的HV硬度测试方法。3、观察热处理前后的显微组织二、实验原理及方法锻铝合金（6063）具有中等强度、良好的冲击韧性及热塑性、良好的抛光性、阳极氧化着色性能与涂漆性能，以及优良的焊接性能和抗蚀性,被广泛用于建筑结构材料和装饰材料中。同时,因其具有良好的导电、导热性能,也被广泛地用作电脑CPU的散热片。6063铝合金是属于铝-镁-硅系列中可进行热处理强化的铝合金，化学成份为：0.2-0.6％的硅、0.45-0.9％的镁、铁的最高限量为0.35％，其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0.1％（GB/T5237-93）。6063铝合金的热处理强化主要包括了固溶处理和时效处理。固溶处理是将铝合金加热到一定温度，使合金元素溶入到固溶体中，然后快速冷却到室温（在水中），得到过饱和状态的固溶体。过饱和固溶体大多是亚稳定的，在室温放置或将其加热到一定温度后保温一定时间，固溶体将发生某种程度的分解，析出第二相或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相，这种过程称为脱溶或沉淀。脱溶过程使得溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内析出、聚集、形成新相，将引起合金的组织和性能的变化，称为时效。在室温放置过程中因过饱和固溶体脱溶，使合金产生强化的效应称为自然时效，若加热到某一温度使过饱和固溶体脱溶，使合金产生强化的效应称为人工时效。时效过程中由于弥散的新相的析出，可显著提高合金的强度和硬度，称为沉淀硬化或时效硬化。对于6063铝合金，时效脱溶的序列为：α过饱和固溶体→G·P区→β″相→β′相→β相。时效初期Mg、Si原子在铝基体晶面上聚集，形成溶质原子富集区即G·P区并与基体保持共格关系，边界上的原子为母相和G·P区所共有。为了同时适应两种不同原子排列形式，共格边界附近产生弹性应变，正是这种晶格的严重畸变阻碍了位错运动，从而提高了合金的强度。随着时效温度提高和时间延长，Mg、Si原子进一步富集并趋于有序化，迅速长大成针状或棒状即为β″相，其c轴方向引起的弹性共格导致的应变场最大，其弹性应力场也最高。当β″相长大到一定尺寸时，其应力场遍布整个基体，应变区几乎相连，此时合金的强度也最高；随着时效过程的进一步发展，在β″相基础上，Mg、Si原子进一步富集形成局部共格的β′过渡相，其周围基体的弹性应变有所减轻，对位错运动的阻碍减小。时2效后期在B′相与基体上形成稳定的β相，失去与基体间的共格关系，完全从基体中脱离出来，共格应变消失，强度下降。三、实验设备及材料1、锻铝合金（6063）试样20块2、各种温度的热处理加热炉（包括控温设备）3、淬火水槽、维氏硬度计、砂纸及抛光设备4、金相显微镜及玻璃片、橡皮泥、压平器等5、混合酸浸蚀剂（0.8%HF+1.2%HCl+2%HNO3，百分数为体积分数）四、实验内容与步骤1、检测原材料硬度（HV）2、固溶处理，固溶温度550℃，加热时间0.5h、1h3、人工时效，时效温度175℃、200℃，保温时间分别为20、40、60min。研究时效温度和时间与硬度的关系4、观察锻铝合金（6063）固溶处理前后的显微组织五、实验报告要求1、简述实验过程。2、对比热处理前后的组织变化。3、汇总各组数据，绘出各组时效处理后硬度随时间的变化曲线。3试样号固溶处理时效处理温度℃加热时间min硬度HV温度℃加热时间min硬度HV1550℃20100℃102203304405506235℃10720830940105011室温601240100℃10132014301540165017235℃10182019302040215022室温60注：1）选择两人专职打硬度，并负责原始态的硬度和显微组织2）选择两人固溶处理后自然失效