十组热处理(3版).

热处理工艺设计小组成员：李银凤（材卓121）张宏哲（材卓121）张鑫蔓（材卓121）李靖（材料122）严文婷（材料123）方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二过程扩散退火固溶双极时效处理预先热处理最终热处理扩散退火扩散退火的目的1扩散退火是预先热处理过程目的：消除在热变形的过程中出现的偏析、第二相晶粒粗大、不平衡共晶体以及硬脆相沿晶界分布等缺陷。方案二方案一一VS二扩散退火温度的确定20.9—0.95Tm,Tm表示铸锭实际开始融化温度，它低于平衡相图中的固相线。根据查找手册和资料，温度范围为455—470℃。利用DSC分析方法确定合金的过烧温度，其为475℃左右。为了防止合金均匀化过程中局部过烧，其均匀化温度一般较初熔温度低10℃左右。方案二方案一一VS二综上所述退火温度为460℃能够很好地达到扩散的目的，且不会造成过烧和熔化扩散退火加热速度及冷却速度3冷却太快会产生淬火效应加热速度的原则:铸锭不产生裂纹和不发生大变形为。故一般选择5℃/min的加热速度和随后的随炉空冷可满足要求。过慢冷却又会析出较粗大第二相，使加工时易形带状组，固溶处理时难以完全溶解，因此会减小时效强化效果。方案二方案一一VS二扩散退火保温时间4保温时间基本上取决于非平衡相溶解及晶内偏析消除所需要的时间。•其时间范围为20—24h，故选择24h，可较好的达到组织均匀，消除枝晶偏析或明显减少第二相化合物的目的。方案二方案一一VS二扩散退火组织的变化5扩散退火时，主要的组织变化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和过饱和的元素相沉淀，溶质的浓度逐渐扩散。方案二方案一一VS二扩散退火性能的变化6•室温下塑性提高，并使冷、热变形工艺性能改善•降低变形抗力，减少变形功消耗。方案二方案一一VS二•消除铸锭残余应力，改善铸锭的机械加工性能。最终热处理最终热处理：固溶和双级时效方案二方案一一VS二固溶处理加热温度470℃保温时间1h转移时间25S冷却速度170℃/S双级时效加热温度120℃保温时间5h加热温度160℃保温时间18h固溶处理温度的确定温度对组织的影响时间的确定时间对组织的影响转移时间铝合金的固溶处理沉淀强化的先行工序，其目是为了将固溶处理式获得亚稳定的过饱和固溶体，给时效创造必要的条件，以求在随后的时效时获得高的强度和足够的塑形。方案二方案一一VS二对固溶效果影响最大的是固溶温度，其次是固溶时间。冷却速度固溶处理温度的确定可以看出，随着固溶温度的升高，7075的抗拉强度、屈服强度、伸长率都呈现出先升高后降低的趋势，峰值出现在470℃的时候。方案二方案一一VS二固溶处理温度对组织的影响方案二方案一一VS二固溶处理温度对组织的影响方案二方案一一VS二450℃固溶时组织中粗大的第二相较多在450~470℃固溶温度范围内，晶粒大小基本不变，没有发生明显长大，但是当固溶温度升高至480℃时，晶粒有稍微长大趋向，490℃时晶粒发生明显粗化，长大现象。470℃时，强化相固溶充分，残留相少，晶界清晰综上所述，固溶温度为470℃.力学性能综合指标较好强化相固溶充分，残留相少，晶界清晰固溶处理时间的确定将合金在470℃下固溶，保温时间分别为20、40、60、80、100、120min，时效制度均为120℃*24h方案二方案一一VS二固溶处理时间的确定随着固溶时间的延长，合金的抗强度、屈服强度、伸长率和显微硬度都呈现先升高至峰值然后逐渐降低的趋势，峰值出现在60min的时候，时间大于60min合金的强度、伸长率和显微硬度均有下降方案二方案一一VS二固溶处理时间对组织的影响保温时间为20min时，组织中存在大量的第二相颗粒，晶粒尺寸保持在较低水平随温度时间延长至60min，第二相数量减少，尺寸减小，晶粒也没有发生明显长大。当保温时间长至120min时，除了晶粒变得粗大外，第二相数目减少并不多，尺寸较小也不明显，这说明超过60min继续延长保温时间意义不大。方案二方案一一VS二综上所述，保温时间为60min力学性能综合指标较好第二相数量减少，尺寸减小强化相固溶充分，残留相少，晶界清晰固溶处理转移时间将试样经470℃/1h固溶处理后，转移时间10至60s，时效制度为120℃/16h淬火转移时间在25s以内，强度变化较小当转移时间超过25s时，强度明显降低方案二方案一一VS二这是由于随着转移时间的延长，固溶体发生了部分分解，过饱和固溶体的浓度降低，当过饱和固溶体分解时，靠近晶界处的过饱和固溶体首先分解，析出相沿晶界析出，造成沿晶界周边形成含Zn较低的贫乏带，使板材出现晶间腐蚀。故淬火转移时间应在25s以内固溶处理冷却速度铝合金淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。7A04合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求在170℃/S以上方案二方案一一VS二固溶处理方案二方案一一VS二固溶处理后组织的变化固溶处理提高了合金内部成分均匀性；第二相数量减少，尺寸减小消除铸锭残余应力，改善铸锭的机械加工性能。固溶处理后性能的变化使合金中各种相充分溶解，强化固溶体改善铝合金的塑性及韧性提高抗应力腐蚀性能消除应力与软化，以便继续加工或成型。双级时效7075合金是典型的时效强化型合金，其在固溶态的强度、硬度较低，必须经过时效处理才能获得高强度和高硬度或强度、硬度与韧性及抗应力腐蚀性或抗剥落腐蚀性的良好匹配。方案二方案一一VS二双级时效加热温度120℃保温时间5h加热温度160℃保温时间18h双级时效采用正交试验表，对7075铝合金板材进行试验，从而确定时效制度方案二方案一一VS二双级时效方案二方案一一VS二双级时效由上表可知，确定7075铝合金板材双级时效制度的四个参数的最佳配合为：A2B3C2D1方案二方案一一VS二•一级时效温度为120℃，保温时间5h•二级时效温度为160℃，保温时间18h双级时效在试验条件下，板材按此双级时效制度进行处理，检测其力学性能、电导率、晶间腐蚀、剥落腐蚀和抗应力腐蚀性能，结果见下表：方案二方案一一VS二其性能符合ASTMB209-88标准的要求，其抗应力腐蚀性能得到明显提高。综上所述，确定7075吕合金板材双级时效制度为：一级时效温度为120℃，保温时间5h二级时效温度为160℃，保温时间18h双级时效方案二方案一一VS二双级时效后组织的变化第一级时效的时效温度较低，该阶段主要作用是成核，形成的析出相是大量细小的弥散的GP区第二级时效的时效温度较高，在晶内组织形态主要分布均匀的盘状相，亚晶界上的析出相为具有较大尺寸的η’相，大角度晶界上的析出相主要是η相。双级时效后性能的变化经双级时效热处理后，合金的强度会下降，但抗腐蚀性提高方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二方案二方案一一VS二过程方案一扩散退火固溶双级时效处理方案二预时效处理形变处理终时效处理方案二方案一一VS二过程预时效方案二方案一一VS二预时效时间与材料性能的关系低温短期预时效预时效的加热温度较低（105℃），有利于合金淬火后弥散分布的细小沉淀相析出形成。”所以预时效保温时间确定为4h方案二方案一一VS二预时效的保温时间短（4h），同淬火后合金相比，合金的强度升高不大，有利于后续的冷轧变形。低温短期预时效方案二方案一一VS二原因可以获得以GP区为主的弥散分布的细小沉淀相，为终时效处理时稳定存在的GP区优先成核提供条件消除了冷轧变形后时效因位错造成η′相不均匀形核带来的不利影响12形变热处理一：经验值试验根据7xxx系合金的拉伸经验，一般选取15%-25%的拉伸量,所以实验选取了20%的变形量。方案二方案一一VS二形变热处理二：力学性能合金抗拉强度和屈服强度均有大幅提高（100MPa），延伸率基本相当，依然保持了较好的塑性。方案二方案一一VS二表17075铝合金形变热处理和常规热处理（T6态）力学性能比较（LT向）所以，形变热处理能有效的提高合金的力学性能。形变热处理三：合金金相组织方案二方案一一VS二7075合金不同时效处理时的组织形貌及SEM形貌分别示于图1和图2图17075合金不同时效处理时的组织形貌形变热处理在经过20%的冷轧变形、再时效处理后，合金晶粒变得更为扁平细小，析出的均匀细小沉淀相的密度明显增加，且可以观察到清晰的位错带组织，见图1（a）、图2（b）。方案二方案一一VS二图27075合金不同时效处理时的SEM形貌形变热处理图37075合金SEM形貌和能谱分析方案二方案一一VS二形变热处理表2的能谱分析表明：合金淬火预时效后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分杂质Fe和少量的Zn、Mg、Mn等，形貌为灰色的块状；形变处理终时效后，θ′（CuAl2）相中的Fe下降，Cu增加（图3中a1、b4比较）。同时，存在有η′（MgZn2）相，其中含有少量的Cu，形貌由灰色的不规则的块、条状变为扁平细小（图3中a2、b3比较）。方案二方案一一VS二表27075试验板材主要物相的能谱分析（质量分数/%）终时效合金经470℃×60min固溶处理后，分别在100、110、120、130、140℃温度下时效，保温时间均是24h，其力学性能结果下图：方案二方案一一VS二对力学性能的影响终时效方案二方案一一VS二对力学性能的影响时效温度与拉伸性能的关系曲线时效温度与拉伸性能的关系曲线强度、硬度峰值出现在时效温度为120℃的时候终时效合金经470℃x60min固溶处理后，在120℃温度下时效，分别保温9、14、19、24、29、34、39h，其力学性能结果见表方案二方案一一VS二对力学性能的影响终时效方案二方案一一VS二对力学性能的影响时效峰值出现在24h由上述结果可知，7075的峰值时效制度为120℃X24h方案二小结方案二方案一一VS二工艺数据固溶处理（常规）加热温度470℃保温时间1h淬火转移时间25s预时效加热温度105℃保温时间4h形变处理变形率为20%终时效加热温度120℃保温时间24h方案二小结显著提高7075合金板材的强度，且使7075铝合金保持了较好的塑性。方案二方案一一VS二7075合金形变热处理后主要存在有θ′（CuAl2）相，其中含有部分杂质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。变热处理提高7075合金强度的原因是大量位错与高密度析出的、均匀细小强化相η′的交互作用的结果。方案二方案二一VS二方案二方案一一VS二方案一固溶→双级时效原因：在较低温度进行预时效，目的在于在合金中获得高密度的G.P区，由于G.P区通常是均匀成核的，当其达到一定尺吋后，就可以成为随后沉淀相的核心，从而提高了组织的均匀性。在稍高温度保持一定时间进行最终时效。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，但是这样分级时效处理后的合金，其断裂韧性值高，并改善了合金的抗腐蚀性，提高了应力腐蚀抗力。方案二方案一一VS二方案一优点：研究成果多，工艺流程较为简单，实际应用多。缺点：经双级时效热处理后，合金的强度会下降，但抗腐蚀性提高方案二方案一一VS二方案二固溶→预时效→形变处理→终时效原因：终时效前的形变产生的大量位错在回复过程中形成稳定的亚结构，造成亚结构强化。同时亚结构会直接影响热处理时固态相变的特征，形变过程中产生的大量位错使脱溶过程加速，脱溶产物的量增多且更弥散，而大量沿位错析出的弥散质点对位错运动又具有强烈的钉扎作用，使位错的运动更加困难，从而提高材料的强度。方案二方案一一VS二方案二优点：形变热处理工艺，可显著提高7075合金板材的强度，且使7075铝合金保持了较好的塑性。缺点：研究成果多，实际应用少。主要原因铝合金TMT工艺复杂，TMT后合金的性能不稳定。简化和优化铝合金的TMT工艺，可在铝合金中广泛使用。方案二方案一一VS二最终选择综上所述选用方案一扩散退火→固溶→双级时效处理方案二