【正文】 ℃，560℃，580℃五個溫度固溶硬度曲線。如圖所示，水冷試樣的硬度總是高于空冷試樣的硬度。，500℃空冷時硬度比鑄態(tài)低很多，試樣在500℃到540℃硬度上升較慢，但在540℃到560℃時硬度上升較明顯，在560℃達到峰值，對合金起到明顯的強化效果。水冷的硬度曲線隨著固溶溫度的升高而升高，在540℃的時候達到峰值。在580℃就出現(xiàn)了過燒（如圖38所示），此組數(shù)據(jù)只供參考。一般說來，為了提高硅在固溶體中的溶解量，改善硅的分布，在保證不過熱、過燒的情況下，固溶溫度盡可能高一些。50μm(a)580℃固溶空冷 (b) 580℃固溶水冷圖38 鋁硅合金過燒顯微組織b)a)圖39是經(jīng)過三次固溶處理的試樣用維氏硬度機測出的硬度曲線。除個別點，一般無論是空冷還是水冷的試樣，560℃下的硬度值總是最高的，隨著溫度的降低，硬度值下降，但固溶次數(shù)對試樣的硬度無明顯影響。圖39 固溶次數(shù)與水冷空冷硬度變化曲線 分析討論固溶影響鋁合金的硬度主要有兩個因素，顆粒強化和固溶強化，隨著溫度的升高，部分強化相溶解，使得顆粒強化的效果減弱，但由于形成固溶體，使得鋁合金產(chǎn)生固溶強化，由此可知要綜合兩個因素共同考慮，來解釋硬度的變化?？绽湓嚇樱?00℃時，由于強化相部分溶入α相中，但在空氣中的冷卻速度較慢，部分溶入固溶體的過飽和元素從中析出，此時固溶強化作用減弱；隨著溫度的升高，固溶強化的效果并沒有表現(xiàn)出來，雖然溫度升高，一些元素在過飽和固溶體中的溶解量升高，但由于空冷過程中又有較多析出，所以硬度相比鑄態(tài)沒有太明顯的變化，甚至有所降低，但隨著溫度的升高，固溶強化效果逐漸加強。水冷試樣在500℃固溶時，由于溫度較低，使得硅在固溶體中的溶解度較小，部分顆粒被溶解，但固溶強化效果還不明顯，所以與鑄態(tài)的硬度差別不大，隨著溫度的升高固溶強化逐漸加強，在520℃時硬度有所增高，在540℃，硬峰值出現(xiàn)，此時雖然部分顆粒增強的效果減弱，但固溶強化的效果達到最大，而在560℃時，由于硅的粗化以及部分晶界有輕微熔化，所以硬度有所下降。因此，固溶溫度過低，一些強化相不能充分溶解，影響Al合金的強度，但固溶溫度過高，Al合金中的共晶體在加熱過程中出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，同時導致共晶硅粗化。固溶溫度及冷卻方式的不同不僅對材料力學性能有影響，對材料的微觀組織也有很大影響，由圖可知，水冷試樣由于固溶使得第二相及其它合金元素充分溶入α相中，形成過飽和固溶體，在水淬時，由于冷卻速度達到臨界冷卻速度，使得合金中的過飽和元素來不及從中析出形成平衡相，而以偽共晶相存在，所以析出來的共晶硅顆粒較少，而空冷的試樣由于冷卻速度較小，使其中部分固溶的元素析出，在金相顯微鏡下就能看出有較多的析出相，但析出產(chǎn)生第二相的分布仍不是太均勻。10μmc)10μmd)10μma)10μmb)(a)540℃固溶空冷 (b)540℃固溶水冷(c)540℃固溶空冷時效6h (d)540℃固溶水冷時效6h圖310 540℃固溶和固溶后在175℃時效顯微組織如圖所示較固溶的顯微組織，經(jīng)過時效后析出相數(shù)量有所增加，且呈規(guī)則圓形，而原先固溶后的析出相大小不一。如圖d中水冷的析出相數(shù)量少于c圖中空冷的量。10μma)10μmb)10μmc)10μmd)10μme)10μmf)圖311 170℃時效10h顯微組織圖如圖所示，原來鑄態(tài)在晶界析出的共晶硅已經(jīng)幾乎看不出枝晶狀的形貌，且在100倍下175℃時效10h共晶硅的分布非常均勻。a)b)c)d)圖312 固溶不同冷卻方式對200℃時效硬度的影響圖312是在200℃時效硬度曲線，空冷的試樣硬度隨著時效時間的延長總是低于水冷的，且在時效時間為1h時，空冷和水冷的硬度值都達到最大，達到峰值后都隨著時間的延長而硬度較明顯的下降，但在8h以后下降較緩慢；在500℃固溶的試樣，時效后水冷試樣與空冷試樣的硬度值有較大的區(qū)別，在520℃和540℃固溶的試樣，水冷與空冷的試樣硬度值的區(qū)別有所減小，在560℃時效的試樣，水冷與空冷的硬度值區(qū)別較不明顯。a)b)c)d)(d)(c)圖313 固溶不同冷卻方式對175℃時效硬度的影響如圖313所示，在175℃時效，空冷的試樣硬度隨著時效時間的延長總是低于水冷；時效1h水冷和空冷的硬度都有一個很大的提高，如圖a，500℃時水冷試樣在4h達到峰值，而b、c、d圖中520℃、540℃、560℃下固溶的試樣，都是在1h達到一個峰值，在隨后的某個或某幾個小時達到另外的峰值；空冷試樣在第4h或6h達到峰值，在隨后的8h或10h達到第二的峰值。a)b)c)d)圖314 不同固溶冷卻方式對150℃時效硬度的影響如上圖314所示，在150℃時效，在一定的時效時間內，水冷試樣的硬度值總是高于空冷試樣的硬度值，水冷試樣的硬度值在1h硬度變化不大，甚至有所降低，隨后上升速度有所加快，在10h或12h達到一個峰值，隨著時間的延長，硬度有所降低，在14h或在18h又會有第二個或第三個峰值，隨后硬度降低。圖315 不同固溶溫度對時效硬度的影響b)a)c)d)e)f)150℃時效200℃時效200℃時效175℃時效175℃時效150℃時效圖315所示，不同固溶溫度下時效獲得的硬度是有區(qū)別的，560℃固溶后時效的硬度大體是高于其他溫度固溶的時效硬度值，且同一固溶冷卻方式同一時效溫度下，硬度隨時效時間的延長變化趨勢是相同的。圖a、b中150℃時效，空冷和水冷在1h硬度上升較緩慢，在14h或18h才達到硬度最大值；175℃和200℃時效時，試樣硬度在1h硬度上基本已達峰值。a)h)b)d)f)c)e)g)500℃固溶水冷520℃固溶水冷560℃固溶水冷540℃固溶水冷520℃固溶空冷500℃固溶空冷540℃固溶空冷560℃固溶空冷圖316 相同的固溶處理不同溫度時效時硬度的變化圖316給出了相同的固溶處理不同時效溫度,硬度的變化情況。175℃和200℃時效時，在1h硬度有非常明顯的上升，部分圖上已達到硬度的最大值，150℃下時效，在14h以前有一個較緩慢的上升過程，在14h達到峰值，150℃下硬度的最大值高于175℃的硬度最高值，175℃下的硬度最高值高于200℃下時效獲得的硬度最高值。本課題研究的顆粒增強鑄造鋁基復合材料含有Si、Mg、Zn、Mn、Ti、B等合金元素，其沉淀強化相至少有Mg2Si、MgZn2等。合金經(jīng)固溶淬火處理，形成溶質原子和空位的雙重過飽和固溶體[11]。固溶溫度越高，過飽和程度越大，淬火速度越大，固溶體基體晶格產(chǎn)生的畸變越嚴重。固溶處理是溶質原子在熱激活條件下溶入基體中形成過飽和固溶體的過程。當固溶溫度從500℃提高到520 ℃時，固溶原子的擴散系數(shù)增大，合金的過飽和固溶度提高，溶質原子進入基體的驅動力增大，因而在晶界和晶內的粒子逐漸減少，合金硬度提高。當固溶溫度提高到540℃時，未溶相基本固溶完全，溶質原子的溶入增量有限，殘存的一些高熔點的相難以進一步固溶，溶質原子所帶來的固溶強化效果不大，隨著固溶溫度升高，晶界滑移速度加快，晶粒逐漸長大，引起再結晶，由于晶粒尺寸過大，導致合金硬度降低。再經(jīng)過時效，由于固溶處理得到的過飽和固溶體都是具有較高能量狀態(tài)的亞穩(wěn)相，只要可能(如加熱到一定溫度或室溫保持較長時間)，它就會向較低能量的穩(wěn)定狀態(tài)轉化，從而形成穩(wěn)態(tài)相，而這種轉化是通過過飽和固溶體的分解而實現(xiàn)的，所以固溶處理后通常要進行室溫或加熱條件使過飽和固溶體分解的熱處理，即時效處理[12]。時效處理時，合金元素沉淀的過程大多需要經(jīng)過以下四個階段：a． 形成GP區(qū)Ⅰ。固溶體點陣內原子重新組合，出現(xiàn)溶質原子的富集區(qū)，點陣畸變增大，提高合金的力學性能。b． 形成GP區(qū)Ⅱ。合金元素的原子以一定比例進行偏聚形成GP區(qū)Ⅱ，為形成亞穩(wěn)相做準備。此時的合金強度再次提高。c． 形成亞穩(wěn)相即過度相與基體成共格關系，GP區(qū)Ⅱ逐漸減少，亞穩(wěn)相增多，合金硬度上升。d． 形成穩(wěn)定相，出現(xiàn)的開始硬度達到最大，它與基體成半共格。同一固溶溫度不同時效時間的硬度值,由150℃空冷水冷兩幅時效圖可知，時效時間對試樣硬度也有明顯的影響,隨著時效時間的延長硬度值將會達到一個或多個高峰，隨后硬度會有一個下降。人工時效是在一個較高溫度下進行的，在時效初期有一個停滯階段，硬度上升比較緩慢，稱為孕育期，如150℃水冷圖中所示的2小時內的時效，幾乎硬度沒有上升，且某些固溶溫度下還有所下降，此處由于固溶強化的效果消失，但時效硬化還沒有太明顯，由于時效溫度較低，原子擴散較慢，且時效溫度低，過冷度也較小，這就會影響到沉淀強化相的形核，且影響到它的長大過程。到了第10個小時，硬度達到了一個高峰，隨著時間的延長，在第12小時硬度有所降低，是其中的一種元素的第二相亞穩(wěn)相已經(jīng)逐漸形成穩(wěn)定相，從而硬度降低，而在14小時硬度達到最大值是因為其中另一種元素形成相互疊加的效果。但看200℃空冷水冷兩幅時效圖可知，由于時效溫度較高，擴散速度較快，第二相形核準備時間縮短，使得孕育期消失，在第1小時硬度就達到最大，隨著時間變化硬度逐漸降低但達到一定時間硬度降低不再明顯,稱時效硬度達到極大值后出現(xiàn)下降的現(xiàn)象為過時效現(xiàn)象[13,14]。如到第8個小時，硬度達到鑄態(tài)水平，由于在第一小時第二相就已開始從亞穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的轉變，所以硬度降低，當過飽和固溶元素幾乎全部由過飽和固溶體中以穩(wěn)定相析出后，硬度的降低就不再明顯。綜上所述，溫度越高，達到峰值的時間越短，但峰值較低，且孕育期越短；硬度隨著時間變化，先上升到峰值以后下降，可能有幾個峰值。（1）在低于共晶溫度下，隨著固溶溫度的升高硬度上升，且水冷試樣的硬度總高于相同溫度固溶空冷試樣硬度，在540℃固溶水冷時，試樣硬度最高。（2）固溶溫度低于共晶溫度下，固溶溫度越高，時效后的硬度最高值也越大。（3）時效溫度越低，時效達到峰值的時間越長，硬度最大值越大；時效溫度越高，孕育期越短，時效達到的最大硬度值越低。（4）該成分合金在560℃固溶水冷，再經(jīng)過150℃時效10h獲得的硬度值最高。參考文獻[1] 凌愛林. 金屬學與熱處理[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，2008.[2] 吳承建等. 金屬材料學[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000.[3] 樊建中，桑吉梅，石力開. 顆粒增強鋁基復合材料的研制、應用與發(fā)展[J]. 材料導報，2001，（10）.[4] 桂滿昌. 顆粒增強鋁基復合材料的制備和應用[J]. 材料導報，1996(17)：6571.[5] 龔磊清. 鑄造鋁合金金相圖譜[M]. 長沙：中南工業(yè)大學出版社，2001.[6] 樊建中. 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Corrosion Science，1998，40(6)：10191035.致謝本論文是在謝飛老師的悉心指導下完成的。論文課題的選定、實驗及論文的成稿都凝聚著謝老師的心血。謝老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的知識、敏銳的洞察力和兢兢業(yè)業(yè)的工作精神以及高尚的品格深深感染著我，使我終生受益。在學習上，謝老師對我嚴格要求，言傳身教，對本論文完成自始至終進行了具體指導。在論文完成之際，謹向謝老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。在畢業(yè)環(huán)節(jié)期間，材料學院老師對作者工作給予了大力支持。在此向各位領導和老師表示衷心的感謝。本論文的完成離不開濃厚的學術氛圍以及相互間有益的討論和啟發(fā)，感謝我們實驗小組的每位同學及孫力、薛忠華兩位研究生。最后還要感謝我的家人，是他們對我的理解、鼓勵、支持和關心，才使我能夠順利完成