【導(dǎo)讀】由于鋁是地殼中蘊(yùn)藏量最多的元素，因此，鋁及鋁合金在各種工業(yè)領(lǐng)域具。有廣泛的用途，是一種重要的工程結(jié)構(gòu)材料[1]。大超過(guò)鋼鐵材料，同時(shí)鋁合金加工性能優(yōu)良，因此鋁合金廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)，金的熱處理機(jī)理與鋼不同，如硬鋁主要是依靠時(shí)效過(guò)程來(lái)強(qiáng)化的。但幾天后他懷疑自己的試驗(yàn)，于是決定重做一遍。理過(guò)的合金的強(qiáng)度和硬度己經(jīng)大大增強(qiáng)，他因此而發(fā)現(xiàn)時(shí)效硬化現(xiàn)象，并制得硬鋁。從此，經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的不斷完善、發(fā)展，使硬鋁在各種行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。加元素，組成鋁合金，可提高強(qiáng)度并保持純鋁的特性。n點(diǎn)是這兩類(lèi)合金成分得分界線，n點(diǎn)以右的合金稱(chēng)鑄造鋁合金。Cu,Si,Mg等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使合金在熱處理時(shí)強(qiáng)化。能細(xì)化晶粒，加速時(shí)效強(qiáng)化。熱處理強(qiáng)化效果顯著，但其處理工藝要求嚴(yán)格。和MnA16,可能的雜質(zhì)相為Mg2Si,AlMnFeSi和AlSiMnCuFe等。30s，淬火冷卻速度不得低于50KIs。且Fe+Si≤%，盡量避免頭部熱裂而導(dǎo)致冷裂。Al-Cu-Mg系合金的鑄造性能較好，

　　

【正文】 P/D2 鋼球直徑 載荷 P(kgf) 載荷保持時(shí)間(s) 鋁合金 ＞ 6 10 1000 30 腐蝕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 所用的腐蝕液為 10gNaOH＋ 90ml 水，腐蝕時(shí)間 10～ 20s。但必須 注意，隨著時(shí)間延長(zhǎng)， NaOH 溶液的濃度會(huì)變稀，所以在最后進(jìn)行腐蝕的試樣腐蝕時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。 所用拋光機(jī)的型號(hào)為 P2 型號(hào)的雙頭拋光機(jī)，拋盤(pán)直徑為 20mm，轉(zhuǎn)速為1400n/min，電動(dòng)機(jī)功率為 ，頻率為 50Hz。 金相試驗(yàn)正片 在最后對(duì)試樣進(jìn)行照相時(shí)所用的設(shè)備為： Nephot2 型號(hào)的顯微攝影機(jī)，隨后進(jìn)行顯影，定影，沖洗，晾干以及印相后得到所需要的正片組織照片。 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 時(shí)效強(qiáng)化對(duì) LY12 鋁合金硬度的影響 試樣在載荷為 1000kgf 下的硬度值如表 ： 表 樣品的硬度 試樣編號(hào) 時(shí)效時(shí)間（ h） 測(cè)點(diǎn) 1(HB) 測(cè)點(diǎn) 2(HB) 測(cè)點(diǎn) 3(HB) 1 2 2 4 138 138 134 3 6 137 138 138 4 8 129 由表 可以看出， LY12 鋁合金在時(shí)效 4～ 6 小時(shí)時(shí)，硬度達(dá)到最大值，這主 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè) 共 28 頁(yè) 要是因?yàn)樵?2 小時(shí)時(shí)，時(shí)效時(shí)間不足，即時(shí)效不充分。此時(shí)，銅原子和鎂原子在鋁基體上的某些晶面上聚集，形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)，稱(chēng) GP 區(qū)， GP 區(qū)與基體 α 保持共格關(guān)系，這些聚合體構(gòu)成了提高抗變形的共格應(yīng) 變區(qū)，而使硬度繼續(xù)上升，隨著時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)， 5 小時(shí)左右時(shí)，銅、鎂原子在 GP 區(qū)繼續(xù)偏聚，形成過(guò)渡相 S/(θ/)。由于 S/(θ/)的點(diǎn)陣常數(shù)發(fā)生較大的變化，故當(dāng)其形成與基體共格關(guān)系破壞，即由完全共格變?yōu)榫植抗哺?，因?S/(θ/)相周?chē)w的共格畸變減弱，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用亦見(jiàn)效，宏觀表現(xiàn)為合金性能上硬度下降，所以在 5 小時(shí)左右時(shí)， LY12鋁合金的硬度達(dá)到最大值。隨時(shí)效過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，即時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)渡相從鋁基固溶體中完全脫溶，形成與基體有明顯界面的獨(dú)立穩(wěn)定相 Al2CuMg(S)和Al2Cu(θ)相， 此時(shí) S(θ)與基體的共格關(guān)系完全破壞，并有自己獨(dú)立的晶格，其畸變也隨之小時(shí)，隨后 S(θ)相的質(zhì)點(diǎn)聚集長(zhǎng)大，使合金軟化，即過(guò)時(shí)效，宏觀表現(xiàn)為硬度值變小。其硬度曲線如圖 ： LY 12鋁合金時(shí)效時(shí)間( h)與硬度（H BS) 的關(guān)系曲線1291301311321331341351361371381390 2 4 6 8 10時(shí)效時(shí)間 h硬度 HBS 總之，由于合金元素的存在，淬火時(shí)效后產(chǎn)生大量強(qiáng)化相，使合金量增多，硬度高，其值為 137HBS 左右，當(dāng)過(guò)時(shí)效使，硬度值偏低，因此淬火時(shí)效對(duì)鋁合金強(qiáng)化效果明顯，可作為最終熱處理。 時(shí)效強(qiáng)化對(duì) LY12 鋁合金組織的影響 LY12 經(jīng)淬火人工時(shí)效后，由于 GP 區(qū)和過(guò)渡相的生成，產(chǎn)生沉淀硬化現(xiàn)象。如圖 所示：白色基體為以鋁為基的 α相固 溶體；黑色區(qū)域含有較多的 Mg、 Cu中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 22 頁(yè) 共 28 頁(yè) 它在鋁合金起硬化作用，形成了 α＋ θ＋ s 三元共晶體，其中 Al2Cu(θ)， Al2CuMg(S)為主要強(qiáng)化相。當(dāng) Mg 含量較低是，形成的強(qiáng)化相為 Al2Cu(θ )，當(dāng) Mg 含量增加時(shí) θ 相減少，而形成強(qiáng)化效果比 θ 相更大的，并具有一定耐熱性的 Al2CuMg(S)相。Mn 的存在可改善合金抗蝕性能并中和 Fe 的有害影響，固溶于合金后可提高熱處理后的強(qiáng)度和耐熱性，在 α 相中固溶度極低，形成金屬間化合物 (Cu2FeAl7)，降低硬化靈敏度，是有害元素。 從圖 可以看出 ,時(shí)效 2 小時(shí)時(shí) ,由于時(shí)效時(shí)間 不足 ,鋁合金進(jìn)行時(shí)效處理不充分 。銅、鎂原子在鋁基體上的某些晶面上聚集，形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)， 即 GP 區(qū)，呈薄片狀，如圖 (a)， 隨時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng) , GP 區(qū)長(zhǎng)大并轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N中間過(guò)渡 相 ， 其成分及晶體結(jié)構(gòu)處于母相與第二相之間的某種中間過(guò) 渡 狀態(tài) 。 α固溶體 也析出更多 ， 如圖 (b)， 時(shí)效強(qiáng)化的進(jìn)一步發(fā)展 ， 中間過(guò)渡 相為具有獨(dú)立晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的第二相 ,， 如圖 (c)。 (a) 時(shí)效時(shí)間 2 小時(shí) 400 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 23 頁(yè) 共 28 頁(yè) (b) 時(shí)效時(shí)間 4 小時(shí) 400 (c) 時(shí)效時(shí)間 6 小時(shí) 400 圖 LY12鋁合金金相顯微組織 時(shí)效強(qiáng)化中可能存在的問(wèn)題 1. 熱處理裂紋 淬火裂紋：由于淬火冷卻過(guò)于劇烈，鋁合金各部位冷卻不均勻，造成很大內(nèi)應(yīng)力，在應(yīng)力集中區(qū)域（臺(tái)階，尖角）引起開(kāi)裂，裂紋較剛直，大部分結(jié)晶，少部分穿晶，斷口較平整，屬脆性斷裂。 2. 固溶強(qiáng)化相溶解不完全 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 24 頁(yè) 共 28 頁(yè) 鋁合金固溶處理時(shí)，溫度過(guò)低或保溫時(shí)間不足，使淬火后的合金組織中有較多的殘留固溶強(qiáng)化相，尤其在工件厚大部分易形成粗大的強(qiáng)化相，如（ Al2Cu） ，更易引起溶解不完全，常常在晶界和枝晶間殘留強(qiáng)化相，致使 鋁合金力學(xué)性能低下。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 25 頁(yè) 共 28 頁(yè) 4 結(jié)論 ⑴ . LY12 鋁合金固溶溫度為 500℃ ，時(shí)效溫度為 190℃ 時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，硬度升高，當(dāng)達(dá)到 6 小時(shí)時(shí)， 硬度出現(xiàn)峰值，隨時(shí)效過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，硬度開(kāi)始變小，即產(chǎn)生過(guò)時(shí)效。 ⑵ . LY12 經(jīng)淬火時(shí)效后，形成了 α＋ θ＋ s 三元共晶體，其中 θ(CuAl2)、s(Al2CuMg)相為主要強(qiáng)化相。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 26 頁(yè) 共 28 頁(yè) 致 謝 經(jīng)過(guò)這么多天 的努力，這篇論文終于完稿了。在這里非常感謝胡老師的精心指導(dǎo)，胡老師能夠在百 忙中抽出時(shí)間修改這篇論文，自始自終都得到了老師無(wú)微不致的關(guān)懷，使這篇論文更系統(tǒng)、更完善，還有就是感謝在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中郝老師和葉老師的認(rèn)真指導(dǎo)，以及在寫(xiě)論文的過(guò)程中幫助我的同學(xué)們，謝謝你們，因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?，這篇論文才能夠在規(guī)定的時(shí)間里按時(shí)完成，真的很謝謝你們。本文在寫(xiě)作過(guò)程中參考了大量的網(wǎng)絡(luò)資料和雜志等，在此一并致謝！ 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 27 頁(yè) 共 28 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) [1].王曉敏，工程材料學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2020， 3 [2].Yang, YP.， Dong， P.， Zhang, J Tian， X.， Hot cracking mitigation technique for welding highstrength aluminum alloy， Welding Journal， 2020( 1)： 917 [3].崔昆 (主編 )，鋼鐵材料及有色金屬材料，北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1981： 352364 [4].張寶昌，有色金屬及其熱處理，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 1993 [5]. 著，王祝堂、張振錄、鄭漩等譯，鋁合金的組織與性能，冶金工業(yè)出版社， 1988： 277282 [6].張承忠，金屬的腐蝕與防護(hù)，北京：冶金工業(yè)出版社， 1991 [7].陳存中，有色金屬熔煉與鑄造，北京：冶金工業(yè)出版社， 1991 [8].張啟運(yùn)、莊鴻壽 ， 釬焊手冊(cè) ， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998： 2572 [9].工程材料實(shí)用手冊(cè)編輯委員會(huì) ， 工程材料使用手冊(cè)（ 3） ， 中 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989： 92144 [10].厚健 ， 長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭介紹 ， 中國(guó)航天， [11].王飪 ， 鋁合金在造船中的應(yīng)用與發(fā)展 ， 輕金屬， ： 4954 [12].黃伯云，我國(guó)有色金屬現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) ， [13].劉靜安，淺談中國(guó)鋁及鋁合金材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，鋁加工， [14].雷廷權(quán)、傅家騏編，金屬熱處理工藝方法 500 種，機(jī)械工業(yè)出版社， [15].Nakai M and Etoh T. 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