6082铝合金的淬火特性及微观组织研究

采用末端淬火和中断淬火方式,结合透射电镜(TEM),研究了6082铝合金的淬火特性及微观组织变化特征。结果表明：在末端淬火试验条件下,6082铝合金的淬透深度为15-20 mm;淬火敏感区间的平均冷却速率达20 ℃/s时,合金时效后形成细小弥散的β″相,无沉淀析出带(PFZ)窄小。在中断淬火的高温保温过程中,几乎没有β平衡相的析出,时效后获得了较高的硬度;在中温保温过程中,β平衡相因消耗周围的溶质原子而快速形成并长大,导致时效后合金性能大幅度下降;低温保温过程中,β平衡相形成缓慢,随时间增加,析出数量增多并长大,影响后续时效强化效果。合金在慢冷和保温过程中,析出的β平衡相大多是以富铁相颗粒作为不均匀形核的核心,这是造成合金淬火敏感性高的原因之一。     

6063铝合金的TTP曲线与淬火敏感性

采用中断淬火技术测定了6063铝合金的时间-温度-性能(TTP)曲线,透射电镜研究了6063铝合金的淬火敏感性.结果表明,6063铝合金的淬火敏感性低于6061和6082铝合金的,合金的鼻尖温度为360℃,淬火敏感区间为300～410℃.微观组织观察表明,在敏感区间内,β-Mg2Si平衡相优先在(AlxFeySiz)相上非均匀形核而析出,且在360℃鼻尖温度时的长大速度最快.平衡相的析出导致合金溶质原子的浓度下降,减少了时效时的β"强化相的数量,降低了强化效果.因此,对于6063铝合金大型材的淬火,一方面,在淬火敏感区间(410～300℃)应加大冷却速率以抑制平衡相的析出,从而获得较佳的时效强化效果;另一方面,适当减小从固溶温度到410℃以及低于300℃时的冷却速率,从而减小淬火应力.     

7050铝合金淬火特性与微观组织

采用温度数据采集系统采集得到盐浴炉等温保温过程中试样的温度变化曲线,通过硬度和电导率测试测定7050铝合金的时间-温度-性能(TTP)曲线。采用透射电镜和热分析仪对7050铝合金进行显微组织观察和分析。结果表明:合金TTP曲线鼻温大约在320℃,孕育期约为1.7 s。合金的淬火敏感温度区间为230~410℃,且在此温度区间内,合金硬度随时间的延长而迅速下降。等温保温过程中,合金晶内淬火平衡η相主要依附于晶内Al3Zr等弥散相和细小Al2Cu相形核长大;且随着保温时间延长,淬火析出相的体积分数逐渐增加,晶界析出相趋向于连续分布,无析出带逐渐宽化。等温保温合金经时效后,晶内析出GPⅡ区及η-相数量随着等温保温时间的延长逐渐减少,使得合金性能降低,合金表现出一定淬火敏感性。     

微量Sc对7085铝合金淬火敏感性的影响

采用末端淬火实验、光学显微镜、差热分析、能谱仪和透射电镜研究微量Sc对7085铝合金淬火敏感性的影响。结果表明:在7085铝合金中添加Sc会提高该合金的淬火敏感性。添加Sc后,会在基体中形成弥散分布的Al3(Sc,Zr)粒子,该粒子能够稳定亚晶,强烈抑制再结晶,增加晶界数量;在淬火过程中,随着冷却速度的降低,粗大的平衡η相以Al3(Sc,Zr)粒子为异质形核核心析出,同时也在亚晶界上大量析出长大;η相的析出,降低了基体固溶体的过饱和度,提高了合金的淬火敏感性。     

自然时效及预时效6000系合金人工时效析出行为

通过硬度、差示扫描量热法(DSC)及透射电镜分析,研究了自然时效及预时效的几种6000系合金人工时效析出行为.结果表明:在170℃人工时效初期,T4态(固溶淬火后室温放置两周)合金中GP区的溶解过程推迟了β"相的析出,所形成的析出物主要是β"核心,导致时效硬化性下降;而T4P态(固溶淬火后立即170℃人工时效不同时间,然后室温放置两周)合金在这一阶段β"核心连续长大成为β"相,其显微组织以β"析出物为主,导致时效硬化性增强.增加预时效时间,人工时效硬化效果更好.对Si过剩合金,增大Mg/Si质量比,有利于β"核心的析出,提高人工时效硬化性.     

2219铝合金的淬火敏感性

通过分级淬火方法测定了2219铝合金的时间-温度-性能(TTP)曲线。结果表明:合金TTP曲线的鼻尖温度为440℃,淬火敏感温度区间为300~480℃;等温保温时,过饱和固溶体分解析出相粒子,在440℃附近,析出相(主要为θ平衡相)的析出速率达到最高;随着时间的延长,晶内θ平衡相数量增加、尺寸变大,经时效后晶内析出相θ'不均匀分布,导致强化效果显著降低,晶内出现无沉淀析出区;鼻尖温度的高相变驱动力和较快的扩散速率是θ相析出和长大的主要原因,建议在淬火敏感区间应加快淬火冷却速率避免平衡相的析出,而高于淬火敏感区间温度时可适当降低冷却速率减小热应力的影响。     

淬火介质对7050铝合金末端淬特性的影响

采用室温水和浓度为20%的PAG水溶液(聚烷撑二醇聚合物)作为淬火介质进行Jominy末端淬火实验,用于评价7050铝合金淬透性;监测合金固溶和淬火过程中的升温速率和冷却速率,测定距淬火端不同距离的合金的淬火态电导率和时效态硬度,观察室温水淬火试样不同位置晶内淬火析出相.结果表明:采用室温水和20%PAG进行末端淬火时,合金的淬透深度分别约为65和40mm;采用PAG淬火可使合金温度快速通过淬火敏感区间,同时在淬火敏感区间外降低合金的冷却速率,使试样淬火端和中间部位合金的温度差减小.随着距淬火端距离的增加,淬火诱发析出的η平衡相的尺寸和体积分数增加,无析出区宽化.     

7055铝合金厚板的淬透性

通过末端淬火的方法研究7055铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:该合金板材的淬透深度可达45 mm,使其淬透的冷却速率需大于230℃/min;随着冷却速率的减小,淬火过程析出平衡相的数量和尺寸增加,时效后析出的η′沉淀强化相的数量减少,晶界无沉淀析出带宽度增加;在所研究的冷却速率范围内,时效后铝合金板材的硬度、晶界无沉淀析出带宽度与冷却速率的对数均呈线性关系。     

2219铝合金的淬火敏感性北大核心CSCD

通过分级淬火方法测定了2219铝合金的时间-温度-性能（TTP）曲线。结果表明：合金TTP曲线的鼻尖温度为440℃,淬火敏感温度区间为300-480℃;等温保温时,过饱和固溶体分解析出相粒子,在440℃附近,析出相（主要为θ平衡相）的析出速率达到最高;随着时间的延长,晶内θ平衡相数量增加、尺寸变大,经时效后晶内析出相θ＇不均匀分布,导致强化效果显著降低,晶内出现无沉淀析出区;鼻尖温度的高相变驱动力和较快的扩散速率是θ相析出和长大的主要原因,建议在淬火敏感区间应加快淬火冷却速率避免平衡相的析出,而高于淬火敏感区间温度时可适当降低冷却速率减小热应力的影响。     

6061铝合金的淬火敏感性研究

采用中断淬火/时效处理获得时间-温度-性能(TTP)曲线,结合透射电镜(TEM)微观组织研究了6061铝合金的淬火敏感性。结果表明,6061铝合金TTP曲线的鼻尖温度约为340℃,中温区(230~445℃)淬火敏感性较高,而高、低温区淬火敏感性较低。合金在鼻尖温度保温过程中,粗大平衡相依附于富铁相(AlFeSi)粒子不均匀形核析出,减小了基体中溶质原子溶度,削弱了后续时效强化效果。适当提高淬火敏感区的冷却速率和降低高、低温区的冷却速率,这既可保证合金较佳的力学性能,又减小淬火应力。     

TC21两相钛合金中斜方马氏体的时效分解

研究了TC21两相钛合金淬火后马氏体在时效过程中的组织结构变化及其引起的强化效应。结果表明:合金淬火后得到交错排列的针状斜方马氏体组织,在300-700℃之间时效4h,α″相的分解次序遵循α″→α″+α→α+β规律。低温时效时首先形核析出针状的初生α相,随着时效温度的升高,初生α相在长大的同时其片层之间析出十几纳米宽、几个微米长的细小次生α相,且β相呈10～50nm大小的颗粒状弥散分布在α相之间,随后的时效过程中次生α相和β相迅速长大,最终斜方马氏体完全分解为α+β混合相。显微硬度分析表明,利用斜方马氏体的逆转变,通过在时效过程中均匀地析出细小的次生α相和纳米级弥散分布的β相可使合金具有明显的时效强化效果,500℃时效4h后,TC21合金的显微硬度比淬火态提高了35%。     

7050铝合金的TTP曲线

通过分级淬火方法获得7050铝合金的时间-温度-性能(TTP)曲线.结果表明:合金TTP曲线的鼻尖温度为330 ℃,淬火敏感温度区间为240～420 ℃;等温保温时,过饱和固溶体分解析出第二相粒子,在330 ℃附近,第二相(主要为η平衡相)的析出速率达到最高;随着时间的延长,晶内η相数量增加、尺寸变大,时效后粒子周围出现无沉淀析出区,导致强化效果显著降低;晶界处η相粒子粗化,由不连续分布形貌转变为连续分布形貌,无沉淀析出带宽化;鼻尖温度的高相变驱动力和较快的扩散速率是η相析出和长大的主要原因,建议在淬火敏感区间应加快淬火冷却速率避免平衡相的析出,而高于淬火敏感区间温度时可适当降低冷却速率减小热应力的影响.     

固溶处理及双级时效对7050铝合金微观组织和硬度的影响

采用维氏硬度计和电子显微镜等分析方法研究固溶处理及双级时效对7050铝合金微观组织和硬度的影响。结果表明,随着固溶温度的升高和固溶保温时间的延长,晶内细小的第二相和晶界粗大的第二相逐渐溶解,淬火后易形成过饱和固溶体,在随后的时效阶段不断析出形成沉淀强化相,硬度得到提高;随着预时效温度的升高和预时效保温时间的延长,第二相不断析出并趋于长大,同时再结晶体积分数不断增大;随着终时效温度的升高和终时效保温时间的延长,预时效阶段没有析出的第二相继续析出,并趋于长大,同时再结晶体积分数也不断增大,硬度先增大后降低。7050铝合金最佳的固溶工艺为470 ℃×60 min, 最佳短时双时效工艺为120 ℃×4 h+160 ℃×3 h, 此时硬度值为195.47 HV,再结晶体积分数38.22%。     

时效路径对Al-0.7Mg-0.5Si-0.2Cu-0.5Zn合金沉淀析出行为的影响

利用DSC、TEM、拉伸实验以及硬度测试等方法系统研究了时效路径对高Mg/Si比Al-Mg-Si-Cu-Zn合金沉淀析出行为的影响。结果表明,固溶淬火态和预时效态合金在非等温时效过程中β″相的析出激活能分别为80.1和64.5 kJ/mol;在等温时效过程中表现出不同的时效硬化和组织演化行为,其中固溶淬火态合金时效硬化速率较快,但最终2种路径处理的合金峰值硬度和强度基本相同;但经预时效处理的合金,峰时效态延伸率和应变硬化速率以及过时效阶段硬度降低速率均较高。与此同时,预时效态合金还可析出大量复合溶质原子团簇,虽然在高温等温时效时会进一步长大,但使得欠时效、峰时效和过时效态合金的沉淀相尺寸呈多尺度特征,而固溶淬火后直接等温时效的不同状态合金却无此特征。时效路径并未改变合金沉淀析出序列,但对沉淀相形核、长大速率影响显著,据此提出了时效路径对沉淀相形核和长大过程影响的模型示意图。     

双级淬火对车身板用6016铝合金烤漆硬化效应的影响

以硬度为主要表征手段研究双级淬火的中间淬火温度和保温时间对6016铝合金板材的时效及模拟烤漆行为的影响。采用DSC和透射电镜对比分析常规淬火和双级淬火对随后自然时效态样品与烤漆态样品纳米相的影响。结果表明:最佳的中间淬火工艺制度为(100℃,1 h),并且该工艺下合金自然时效过程性能稳定,但随后人工时效硬化速率大;双级淬火样品自然时效后表现出良好的塑性(δ28%)、成形性(σ_(0.2)120MPa,n≈0.24,r≈0.78)和模拟烤漆后强化能力(σ_(0.2)220 MPa,PBR110MPa)。双级淬火样品在100℃淬火时形成了均匀弥散并大于临界尺寸的Mg-Si团簇。这些团簇可抑制自然时效过程中小尺寸团簇的形成,从而保持这些样品的性能基本不变。这些团簇使得随后人工时效过程中β″相激活能由76.0 kJ/mol降至57.5kJ/mol,促进了模拟烤漆后形成的β″相的析出,从而提高双级淬火样品的烤漆硬化效果。     

淬火介质对7055铝合金晶界析出行为的影响

采用透射电镜研究了淬火介质对7055铝合金晶界析出相及无沉淀析出带的影响。结果表明，空气淬火时，合金冷却过程在晶界上析出η平衡相。合金经室温水淬及沸水淬火合金时效后，晶界析出相尺寸差别小，呈链状连续分布；晶界无沉淀，析出带较窄，平均宽度分别约为33nm和43nm。空气淬火合金时效后晶界析出相尺寸差别较大，呈不连续分布；晶界无沉淀，析出带很宽，约102nm。对其原因进行了分析和讨论。     

6082-T6铝合金的微观组织与拉伸断裂的关系

采用静态拉伸的方法,研究了时效态6082-T6铝合金的力学性能。利用光学显微镜(OM)、透射显微镜(TEM) 观察了合金的微观组织,利用扫描电镜(SEM)对拉伸断口形貌进行了研究,利用电子探针(EPMA)分析了析出相的分布。通过以上方法分析了时效态6082-T6铝合金的微观组织与拉伸断裂间的关系。结果表明:时效态6082-T6铝合金的屈强比高,抗拉强度为345 MPa,屈服强度为326 MPa;该铝合金中分布有球形凹坑状黑色的Mg₂Si析出相,同时还存在白色的α-AlMnFeSi等富铁夹杂相;时效态6082-T6铝合金的拉伸断口呈明显的韧窝型断裂特征。位错塞积产生的应力集中超过弱界面结合强度时,合金的基体就会发生局部区域的断裂,从脆硬的析出相颗粒周围断裂形成坑状的韧窝,最后形成包含有硬脆夹杂相颗粒的韧窝型断裂。     

时效处理对Ti-5Fe合金组织及硬度的影响

研究了时效处理对Ti-5Fe合金组织及硬度的影响。结果表明,合金从β相区淬火后,合金的相组成为淬火ω相、α相和亚稳β相;在300、350、400℃时效后,合金组织为α相、β相以及等温ω相;在450℃时效后,合金组织中只观察到α相和β相;在Ti-5Fe合金中,ω相大量存在的温度低于450℃。随着时效温度的升高,合金的硬度先升高后下降,这主要是由合金在时效过程中α相的析出和ω相的形成与分解导致的。     

淬火速率对7085铝合金时效行为的影响

通过末端淬火实验、硬度测试、透射电子显微镜和差示扫描量热法,研究淬火速率对7085铝合金时效行为的影响。结果表明:在末端淬火过程中,距离淬火端越近,淬火速率越大,时效后的峰值硬度越高。当时效温度较低时,淬火速率越大,则空位扩散激活能越小,时效处理后的硬度达到峰值的时间越短,硬度值越大;随着时效温度的提高,不同淬火速率样品达到峰值的时间不断接近;当时效温度达到160℃时,不同淬火速率样品达到峰值的时间相同,均为10 h。TEM分析结果表明:随着淬火速率降低,淬火过程中析出的平衡相η数量和尺寸也随之增加,时效后析出的强化相η'数量减少,尺寸增加,弥散程度降低。     

合金元素Cu对Zr-Sn-Nb合金淬火及时效过程微观组织的影响

通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对Zr-Sn-Nb系两种合金淬火时效样品进行观察分析,研究了合金元素Cu对锆合金淬火后微观组织的影响及在时效过程中对第二相析出规律影响。结果表明:淬火态样品中没有第二相析出,且Cu元素的添加可以细化晶粒及淬火板条组织,提高合金硬度;经过时效处理后,第二相首先在晶界位置析出;随着保温时间的延长,合金元素扩散充分。透射电镜结果显示,Cu元素促进第二相形核析出以及细化第二相尺寸。