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瞭解鋁合金時效強化的概念及過程

       經淬火後的鋁合金強度•₪↟◕•、硬度隨著時間增加而發生顯著提高的現象稱之為時效◕│•,也稱鋁合金的時效硬化₪▩。這是鋁合金強化的重要方法之一₪▩。
       由定義可知◕│•,鋁合金時效強化的前提◕│•,先是進行淬火◕│•,獲得飽和單相組織₪▩。在快冷淬火獲得的固溶體◕│•,不但溶質原子是過飽和的◕│•,而且空位(晶體點缺陷)也是過飽和的◕│•,即處於雙重過飽和狀態₪▩。以Al -4%Cu合金為例◕│•,固溶處理後◕│•,過飽和α固溶體的化學成分就是合金的化學成分◕│•,即固溶體中鋼含量為4%₪▩。由Al-Cu 相圖可知◕│•,在室溫平衡態下◕│•,α固溶體的含銅量為0.5%◕│•,故3.5%Cu過飽和固溶於α相中₪▩。當溫度接近純鋁熔點時◕│•,空位濃度接近10-3數量級◕│•,而在常溫下◕│•,空位濃度為10-11數量級◕│•,二者相差10-8級₪▩。經研究可知;鋁合金固溶處理溫度越高◕│•,處理後過飽和程度也越大◕│•,經時效後產生的時效強化效果也越大₪▩。因此固溶處理溫度選擇原則是•│:在合金不過燒的前提下◕│•,固溶處理溫度儘可能增加₪▩。
       固溶處理後的鋁銅合金◕│•,在室溫或某一溫度下放置時◕│•,發生時效過程₪▩。此過程實質上是Al2Cu從過飽和固溶體中沉澱的過程₪▩。這種過程是透過成型和長大進行的◕│•,是一種擴散型的固態相變₪▩。它依下列順序進行•│:a過→G.P區→θ’’相→θ’相→θ相
       G.P區就是指富溶質原子區◕│•,對Al-Cu合金而言◕│•,就是富銅區₪▩。鋁鋼合金的G.P區是銅原子在(100)晶面上偏聚或從聚而成的◕│•,呈圓片狀₪▩。它沒有完整的晶體結構◕│•,與母相共格₪▩。200℃不生成G.P 區₪▩。溫度再高◕│•,G.P區數目開始減少₪▩。它可以在晶面處引起彈性應變₪▩。  
       θ’’相是隨時效溫度升高或時效時間增加◕│•,G.P區直徑增加◕│•,且銅•₪↟◕•、鋁原子逐漸形成規則排列◕│•,即正方有序結構₪▩。在θ’’過渡相附近造成的彈性共格應力場或點陣畸變區都大於G.P區產生的應力場◕│•,所以θ’’相產生的時效強化效果大於G.P區的強化作用₪▩。θ’相是指當繼續增加時效時間或時效溫度◕│•,θ’’相轉變成為θ’相₪▩。θ’相屬正方結構◕│•,θ’在(001)面上與基體鋁共格◕│•,在z軸方向由於錯配度過大◕│•,在(001)和(100)面上共格關係遭到部分破壞₪▩。θ相是平衡相◕│•,θ相的成分是Al2Cu◕│•,為正方有序結構₪▩。由於θ相脫離了母相◕│•,喪失了與基體的共格關係◕│•,引起應力場顯著減弱₪▩。這也就意味著合金的硬度和強度下降₪▩。
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