Al—Cu合金的α—Cu,α—Al及时效过渡相θ’—Al_2Cu价电子结构分析和自由能理论解释

本文应用经验电子论分析了 Al—Cu 合金的α—Cu,α—Al 相及时效过渡相θ′—Al_2Cu 价电子结构,并运用自由能理论讨论了时效过渡相θ′—Al_2Cu 和母相 Al 型α—Al 固溶体的共格关系。我们的结论是:1、保持共格关系的θ′—Al_2Cu 相和 Al 型α—Al 固溶体是在自由能较小的平面间有平行关系:(110)_(θ′″)(010)_(Alo)2、和 Al 型α—Al 固溶体有共格关系的θ′—Al_2Cu 处于亚稳平衡态,是Al_2Cu 的亚稳形式。因而θ′—Al_2Cu 在 Al—Cu 合金时效过程中的进一步转化是必然的。3、在经验电子论的基础上,利用自由能理论分析和论证了从实验上观察到的现象,从而说明经验电子论是研究和探讨固体物理性能和现象的有效的理论工具。     

高强韧活塞铝合金在高温时效过程中的组织与性能演变

为了预测新型活塞铝合金在高温工况下的服役寿命,文中以Pandat软件平衡计算相图为基础,采用布氏硬度和拉伸性能测试分析了该合金在150～500℃下时效0～100 h后的力学性能变化规律,并利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了其显微组织,研究了显微组织对力学性能的影响机理。研究结果表明:该合金在150～500℃时效后的力学性能先下降后上升,350℃时力学性能最低,150℃时硬度曲线出现强化双峰;时效温度为250～500℃时,析出相θ聚集长大,导致合金的力学性能下降;当时效温度达到425℃后,基体析出大量的粒状富镍相和纳米相,导致力学性能下降幅度变小;当时效温度达到450℃后,α-Al固溶体中脱溶析出细小硅相,并聚集长大,提高了合金硬度。     

GH4169合金δ相的析出动力学研究

采用X射线衍射技术测定了GH4169合金中δ相在900℃、930℃时的析出动力学,并采用光学显微镜进行组织观察,结果表明：δ相的形核位置和形核方式与时效温度有关.当时效温度在900℃时,δ相主要在晶界和孪晶界上形核析出,而晶内颗粒状δ相由时效初期析出的亚稳态γ″相转变形成;当时效温度为930℃时,δ相不仅可以在晶界和孪晶界形核析出,还可以从基体γ莫直接形核析出,并且随着时效时间的延长,δ相逐渐向晶内生长,最终形成魏氏体δ相.当时效温度一定时,δ相的析出含量与时效时间满足Avram i方程.     

基于JMatPro对2324铝合金析出相的热力学模拟计算

2324铝合金具有优异的综合性能,尤其是高的损伤容限性能,作为结构材料在先进大飞机上得到广泛应用,其热处理工艺是保证高综合性能的关键.本文以工业用2324铝合金为研究对象,采用JMatPro软件模拟计算2324铝合金的平衡相组成、亚稳相、TTT/CCT曲线、等温时效相组成,并优化其热处理工艺参数.研究结果表明,2324铝合金在室温条件下的相组成为88.02％α(Al)、7.28％S(Al2 CuMg)、2.45％Al6 Mn、1.35％Al2 Cu、0.63％E(AlCrMgMn)和0.27％Mg2 Si,其中S相是主要的强化相;合金的亚稳相为S′相、Q′相和η′相,其中S′相为时效过程主要强化相;通过TTT曲线计算表明,在热处理过程中,GP区、η′、S′、η(MgZn2)、S相的鼻尖温度依次升高,分别为170、300、350、360、420℃,对应的孕育时间分别为5.45、40.91、15.23、920.62、305.83 s.CCT曲线计算表明,在热处理过程中,GP区、η′、S′、η(MgZn2)、S相不析出的临界冷却速率分别为0.95、1.72、5.22、0.16,0.90℃/s;在190℃时效时,S′相的析出量较大,完全时效时间也较短.时效时间为5～10 h时,强化相含量较高,GP区也有一定含量;因此,综合上述结果可以得出最佳的热处理工艺:固溶处理时,冷却介质的冷却速度大于5.22℃/s,试样固溶转移时间小于5.45 s,时效的温度和时间分别设置为190℃,5～10 h.     

Al-0.5%Zr合金的析出强化

用电镜观察了急冷铸造的Al-Zr合金各时效时期的变形位错组织。Al-Zr合金的析出强化相为β′-Al_3Zr,Al-Li合金的强化相是δ′-Al_3Li,二者均具有Ll_2型有序结构。但Al-Zr合金与Al-Li合金不同,在时效的各个时期位错均以单一形式运动,并绕过β′质点。Al-Zr合金中位错的这种行为,是由于β′相的反相畴界能高和析出相的体积百分比低所致。     

时效对蒙耐尔（MONEL）合金组织及硬度的影响

合金在不同时效温度，不同时效时间下进行时效处理时，在硬度上都将出现一个最大峰值，并随时效时间的延长，硬度值逐渐下降，其变化的主要原因是在时效过程中有γ沉淀相析出，而γ沉淀相的大小与时效温度，时效时间有关。合金的强化主要来源于γ沉淀相对运动位错的阻碍作用。     

含镉铸造铝铜合金的微观组织

当ＺＬ２０１Ａ中加入微量元素镉时，合金微观组织随着镉量的增加，在１７５℃时效时，金相组织由α加θ＂逐渐变成α加θ″加θ′相。当含镉量为０．３％左右时，合金抗拉强度达到峰值，微观组织为α＋θ″＋θ′。研究表明镉的含量不同，θ＂、θ＇相的大小、数量及配比均不相同。本文还分析讨论了过渡相析出的惯析面。     

不同时效工艺对Al-Si-Cu-Mg系合金微观组织和力学性能的影响

通过改变热处理工艺中的时效温度和时间,研究时效工艺对Al-Si-Cu-Mg系合金力学性能和微观组织的影响。发现单级时效的合金随着时效时间的增加,其力学性能先上升后下降,在9 h时达到峰值。与单级时效G.P区不连续析出相比,双级时效G.P区连续析出可以明显缩短时效峰值时间。随着时效时间的增加,Al-Si-CuMg系合金中的强化相θ-相和Q-相发生转变,同时伴随形貌改变,导致其对合金的强化作用逐渐降低。时效效果最理想的时效工艺是第一级低温时效80℃×3 h,此时合金的各项力学性能较为均衡,强度和韧性匹配较好。     

热处理对喷射成形镍基高温合金γ'相的影响

采用光学显微镜和扫描电镜研究了热处理对喷射成形镍基高温合金GH742y组织的影响.结果表明:采用合适的热处理工艺能使沉积态合金中疏松组织减少,随着固溶温度的升高,合金的晶粒尺寸没有发生明显的变化.在 1140℃及其以上温度固溶处理时,γ ′能够完全固溶于基体.在1140℃固溶处理后进行时效处理,随时效时间延长,γ′相平均半径逐渐增大,并且在时效初期γ′相长大速度较快,在时效后期γ′相长大趋势变缓.γ′相的大小和分布随加热温度和保温时间的变化而变化.γ′相的形貌随着时效时间的延长,由梅花状逐渐变得圆润,而分布则越来越不平衡,聚集并长大.     

时效处理对7050铝合金组织与性能的影响

对7050铝合金进行硬度测试、腐蚀性能测试和透射电子显微分析(TEM),研究了单级时效处理对合金组织与性能的影响。实验结果表明:7050铝合金具有较强的时效硬化效应。单级时效温度由120℃升高到160℃时,合金时效硬化速度显著加快,合金进入峰时效状态所需时间显著缩短,但合金的峰值点的硬度降低。时效处理后合金晶内析出了大量的尺寸细小的η'相,弥散分布在基体中。合金晶界处析出了粗大的平衡相,成分为MgZn_2,PFZ出现。随着时效温度的升高,合金晶间析出相连续且粗大,PFZ宽化,合金的抗晶间腐蚀性能持续下降。对于剥落腐蚀来说,合金的腐蚀程度不仅与晶界结构有关,还与晶界数量有关,温度上升,合金晶粒尺寸迅速增大,晶界数目显著减少,二者相互作用最终导致了合金的抗剥落腐蚀性能的提高。     

一种单晶镍基合金热处理制度的研究

通过对一种单晶镍基合金的差热曲线分析和不同条件热处理后的组织形貌观察，制定合金热处理工艺，并研究了热处理期间γ′相的组织演化规律.结果表明，实验用合金的热处理“窗口”是1 272～1 320 ℃，在1 300 ℃时，γ′相有最大的溶解速度，1 040 ℃析出的γ′相最为稳定，在该温度时效50 h后，γ′相长大，且呈球状和条状形貌，γ′/γ两相之间出现界面位错.因此，确定出该合金的热处理工艺为1 280 ℃,4 h,A.C+1 300 ℃,4 h,A.C+1 040 ℃,4 h,A.C+870 ℃,24 h,A.C.一次时效促使γ′相长大呈立方体形貌；二次时效期间，γ′相略有长大，立方度增加，排列更加规则.     

Sol-gel工艺制备氧化铝超微细粉及其机理的研究

本文采用Sol-gel工艺制备了不同晶型的氧化铝超微细粉,γ—Al_2O_3、θ—Al_2O_3粒度可达100～200A,呈针状,α—Al_2O_3的平均粒度为500A左右,呈卵圆形。并用FT—IR、XRD、DTA/TG和TEM等手段研究了氧化铝凝胶在煅烧过程中的物相和显微结构的变化。发现氧化铝凝胶在低于300℃时干燥是稳定的,其物相变化过程为γ—AlO(OH)、β—Al(OH)_3(少量)→γ—AlO(OH)(100℃)→γ—Al_2O_3(400℃)→θ—Al_2O_3(1000℃)→α—Al_2O_3(1200℃)。     

GH8607双相铁基合金的时效行为

目的对ＧＨ８６０７双相铁基合金的时效过程、强化相析出和基体相变进行研究．方法采用高温Ｘ射线衍射、热膨胀分析、ＴＥＭ等试验手段．结果ＧＨ８６０７合金在时效时具有较高的硬化速率．析出相为碳化物（Ｍ２３Ｃ６,Ｍ６Ｃ）和金属间化合物（Ｌａｖｅｓ相、Ｘ相）．时效过程中出现δ→γ转变,并在随后的冷却中产生板条马氏体;时效后经多次重复加热,在马氏体中沉淀出强化相．结论ＧＨ８６０７合金具有高的时效温度和热强性,可用于制造在８５０℃以下工作的热挤压模具．     

热处理对Al-Cu-Ti-B合金组织形态与硬度的影响

在铝铜合金中加入不同含量的Ti、B,在相同熔炼工艺及热处理状态下,获得不同组织的AL-Cu-Ti-B合金,通过XRD、SEM、金相显微镜对其微观组织及布氏硬度进行分析。结果表明:组织中主要为α固溶体和θ相(A l2Cu)以及A lCu2Ti、A l3Ti、TiB2。540℃固熔处理后,合金都在15 h达到峰值硬度129 HBS,24 h又达到另外一个峰值硬度128 HBS。200℃时效后,加入钛硼的铝铜合金1.5~2 h达到最大硬度140 HBS,远快于铝铜二元合金3.5~4 h达到最大硬度115 HBS。     

时效对Cu-1．ONi-0．25Si-0．10Zn合金硬度与导电率的影响

分析了时效与冷变形对Cu-1．0Ni-0．25Si-0．10Zn合金的硬度与导电率的影响规律，结果表明：合金经850℃固溶处理后在450℃时效时，第二相呈弥散分布，表现出较大的稳定性，在525℃时效时第二相的析出速度较快，时效后可获得较高的导电率；时效前的冷变形可以加速时效析出过程，在时效的初期尤为明显。合金采用分级时效工艺处理后，可得到高的硬度(HV171)和较高的导电率(59．5％IACS)。     

时效对Mg-7Gd-4Y-0.6Zn-0.6Zr合金显微组织及硬度的影响

为了提高Mg合金的强韧性和抗高温性能.文中通过显微硬度测试、差示扫描量热仪及透射电镜分析,研究了挤压Mg-7Gd-4Y-0.6Zn-0.6Zr系镁合金的显微硬度及时效析出相的结构.结果表明:钆的添加增强了Mg-Gd-Y合金的时效硬化效果,对合金时效硬化的总体规律无明显影响.透射电镜分析发现具有DO19超点阵的β″和斜方晶体β′相在合金时效硬化阶段析出,提高了合金硬度.在时效后期由于粗大的针片状1β相析出,使合金硬度下降.     

快速凝固Cu-Cr-Sn-Zn合金时效工艺的优化

为了获得快速凝固Cu-Cr-Sn-Zn合金时效工艺参数和性能的最优组合,利用人工神经网络对高性能铜合金Cu-Cr-Sn-Zn时效温度、时间与硬度和电导率样本集进行学习,建立了时效强化工艺人工神经网络模型,研究了时效温度、时效时间对快速凝固Cu-Cr-Sn-Zn合金显微硬度和电导率的影响规律.在此基础上使用遗传算法实现了对高性能铜合金快速凝固时效工艺的优化.结果表明:Cu-Cr-Sn-Zn合金在487℃时效1.03 h,硬度和电导率分别可达164.0 HV和64.9%IACS.     

“盐浴”冷却温度对FGH95合金组织与持久性能的影响

通过对不同工艺处理的FGH95合金进行组织形貌观察及持久性能测试,研究了“盐浴”温度对合金组织与持久性能的影响．结果表明:经1 150 ℃固溶及650 ℃盐浴冷却时和时效处理后,细小γ′相在晶内弥散析出,且少量碳化物在合金中弥散分布;随盐浴温度降低,细小γ′相尺寸逐渐减小,碳化物数量增加．当盐浴冷却温度降低到520 ℃,合金中细小γ′相尺寸进一步减小,且较多细小碳化物在晶内弥散析出,可改善晶内强度,使合金在实验条件下具有较长持久寿命．     

蠕变和人工时效对2524铝合金疲劳裂纹扩展性能的影响

针对蠕变时效和人工时效对2524铝合金疲劳裂纹扩展性能的影响进行了研究,结合透射电镜下合金的微观组织演变,分析了不同时效状态下析出相对合金疲劳性能的影响规律。结果表明:时效4 h后蠕变时效和人工时效合金内微观组织都是以Cu-Mg原子团簇和GPB区为主,表现出较好的抗疲劳性能。相比时效4 h,时效9 h后合金内主要析出相为针状S′相,粗大S′相的出现改变了位错滑移方式,降低了滑移的可逆性,加速了疲劳损伤积累,因此在应力强度因子范围ΔK≤7 MPa·m1/2的近门槛区,合金抗疲劳性能明显下降。时效24 h后合金晶界处出现无沉淀析出带,晶内析出相尺寸也更大,进一步加速了合金的疲劳裂纹扩展速率。蠕变应力加速了合金的时效析出进程,相比人工时效,在相同时效时间下,蠕变时效合金内析出相尺寸更大,屈服强度和硬度提高,但抗疲劳性能下降。     

GH8607双相铁基合金的时效行为

目的 对ＧＨ８６０７双相铁基合金的时效过程,强化相析出和基体相变进行研究,方法 采用高温Ｘ射线衍射,热膨胀分析,ＴＥＭ等试验手段,结果 ＧＨ８６０７合金时效时具有较高的硬化速率,析出相为碳化物（Ｍ２３Ｃ６,Ｍ６Ｃ）和金属间化合物（Ｌａｖｅｓ相,Ｘ相）时效过程中的出现δ→γ转为,并在随后的冷却中产生板条马氏体,时效后经多次重复加热,在马氏体中沉淀出强化相,结论 ＧＨ８６０７合金具有高的时效温度和热强