【正文】 為： HB= =22()FD D D d? ?? 通常：布氏硬度值 不標(biāo)出單位。測量壓痕平均直徑 d(mm),求得壓痕球形面積 A(mm2)。 在本次實驗主要用于測定高強(qiáng)度鋁合金（ LY12）的硬度，要求誤差小，且 LY12鋁合金較軟，所以選用布氏 硬度。 維氏硬度 應(yīng)用于薄板材料及材料表層的硬度測定，以及較精確的硬度測定。 常用的硬度試驗方法及使用范圍如下： 布氏硬度 應(yīng)用于黑色、有色金屬的原材料檢驗，也可測定一般正火、退火后的材料硬度。 例如： бb=kHB 式中 k系數(shù)，不同的材料和不 同的熱處理狀態(tài)其 k 值不同。又由于測硬度簡便易行，又不損壞工件，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用十分廣泛。硬度測量能夠給出材料軟硬程度的數(shù)量關(guān)系。因此，各種合金都有最適宜的時效溫度。 圖 LY12 板材自然時效曲線 [9] 圖 LY12 鋁合金人工時效曲線 [9] 在本實驗中，選擇時效溫度為 190℃ ，時效時間為 6h。但根據(jù) HB/Z512679 的標(biāo)準(zhǔn)要求，在對 LY12 鋁合金人工時效時，溫度要求在 185－195℃ ，時效時間為 12 小時，如圖 鋁合金的人工時效曲線，可以看出，在190℃ 下對 LY12 鋁合金進(jìn)行時效處理時，拉伸強(qiáng)度隨時效時間的增加而增加，并在 6 小時后趨于平衡，在 6 小時后隨時間的增加變化不大；屈服強(qiáng)度一直呈增加的趨勢；伸長率隨時效時間的增加而緩慢降低。鋁合金的加熱溫度范圍很窄，因此，熱處理加熱爐的溫度誤差應(yīng)很小，通常在 土 5℃ 以內(nèi)，這樣鋁合 金的力學(xué)性能和金相組織才能得到保證。 若固溶溫度偏低，加熱不足，強(qiáng)化相將不能完全溶解，導(dǎo)致固溶體濃度大大降低，最終強(qiáng)度、硬度也相應(yīng)顯著降低。一般來說，固溶溫度越高，上述過程就進(jìn)行得越快越完全。 經(jīng)研究可知，鋁合金固溶溫度越高，固溶后飽和程度越高，因此固溶溫度的選擇原 則是 :在保證合金不過燒的前提下，應(yīng)盡可能地提高固溶溫度。過燒現(xiàn)象 在顯微鏡下觀察可以看到在合金組織中有球狀共晶體。 1. 淬火溫度的確定 與鋼鐵淬火溫度相比，鋁合金允許淬火溫度范圍是比較窄，為 498177。如果合金沒有淬火空位的話 ，室溫時溶質(zhì)原子的擴(kuò)散能力是不足以形成 GP 區(qū)的。 近年來的研究表明，淬火空位對時效過程也有很大作用。因此，二 元鋁 硅，鋁 錳，鋁 鎂與鋁 鋅合金等一般不采取時效處理地方法來強(qiáng)化。硅、錳在鋁中的固溶度比較小，且隨溫度變化不大。一種合金是否可以通過時效進(jìn)行強(qiáng) 化，首先取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨時間變化的程度。與此同時，由于過飽和固溶體 的濃度降低，固溶強(qiáng)化效果減弱，又引起合金的軟化，再加上析出過程中應(yīng)力應(yīng)變以及 回復(fù)再結(jié)晶等因素的影響，致使時效過程中復(fù)合材料性能的變化情況相當(dāng)復(fù)雜。 由時效的定義可知，鋁合金時效強(qiáng)化的前提，首先是進(jìn)行固溶處理，獲得過飽和的 單相組織。同 GPθ區(qū)相比， GPB區(qū)在低溫下形成和長大的速度慢，而在較高溫度下形成和長大的速度加快，很快長成 S/相。主要是添加 Mg后，形成兩種 GP區(qū)和兩種中間相。 眾所周知， AlCu 系合金的時效過程為 [3， 17]： α過飽和固溶體→ GP(l)區(qū) →GP(2) 區(qū)（ θ//） →中間相 θ/→ 穩(wěn) 定 相 θ。從鋁合金時效現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)到今天，經(jīng)過半個多世紀(jì)，各國學(xué)者共同努力，對各種鋁合金系的析出行為、析出理論、析出與合金性能的關(guān)系，做出了大量卓有成效的研究工作。 淬火轉(zhuǎn)移時間過長，過飽和固溶體在轉(zhuǎn)移過程中將發(fā)生分解，使合金時 效后的強(qiáng)度顯著下降，抗蝕性能變壞。 （ 3） .原始組織 完全退火的合金強(qiáng)化相粗大，保溫時間需增長，經(jīng)過固溶時效的工件進(jìn)行重復(fù)固溶加熱時，保溫時間可縮短一半。 （ 2） .塑性變形程度 熱處理前的壓力加工可加速強(qiáng)化相的溶解變形程度越大，強(qiáng)化相尺寸越小，保溫時間可以縮短。三叉晶界呈三角形，變形鋁合金固溶處理加熱溫度及熔化開始溫度。 1. 加熱時間 選擇鋁合金固溶處理加熱溫度的原則是 :① .必須防止過燒， ② .中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 28 頁 使強(qiáng)化相最大限度地溶入固溶體。完全退火溫度制度要求退火溫度 390450℃ ，退火時間 ，以不大于 30℃ /h 的冷卻冷至 260℃ 以下再空冷 [9， 15]。 LY12 鋁合金的退火工藝 按 HBZ512676 的要求， LY12 鋁合金的退火制度包含有：不完全退火制度和完全退火制度兩種。雖然其工藝操作與鋼基本相似，但強(qiáng)化機(jī)理與鋼有本質(zhì)的不同，鋁合金是依靠時效過程來強(qiáng)化的。然而，淬火后的過飽和固溶體，在隨后重新加熱到一定溫度和保溫時，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性明顯降低，鋁合金的這種熱處理稱為時效處理。所以，鋁合金的淬火處理稱為固溶處理，由于硬脆的第二相消失，塑性有所提高。當(dāng)淬火馬氏體重新加熱保溫（回火）是，強(qiáng)度、硬度降低而塑性韌性升高。 鋁合金熱處理強(qiáng)化的特點 [3] 純鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此鋁合金的熱處理機(jī)理與鋼的不同，相變過程亦不像鋼那么復(fù)雜。 實驗過程包括退火、固溶處理、時效處理以及最后的硬中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 28 頁 度測定和金相照相。 2 實驗過程 及原理 實驗過程 LY12 鋁合金是熱處理強(qiáng)化變形鋁合金，它具有良好的力學(xué)性能和加工性能。經(jīng)分析初步認(rèn)為是 LY12 零件 的熱處理工藝不當(dāng)所致。船舶等軍事工業(yè)，而且在建材，家電，電力和電信線纜等民用工業(yè)中占有重要的地位，起著日益重要的作用，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視對鋁的研究和開發(fā)，生產(chǎn)和應(yīng)用。 （ 3） 開發(fā)快速凝固微晶鋁合金和以鋁為基的復(fù)合材料 [14]。主要是對澆注鑄錠的合金液凈化，晶粒細(xì)化處理，對鑄錠的中間型變熱處理（ ITMT） 。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 28 頁 鋁合金的發(fā)展趨勢 （ 1） 采用世界巡航先進(jìn)的精煉、過濾技術(shù)和變質(zhì)處理細(xì)化晶粒的方法，進(jìn)一步提高合金液的清靜程度和力學(xué)性能，以及采用電泳等新的工藝提高型材和制品的外觀質(zhì)量和防腐能力。隨著大幅度的提高產(chǎn)量，原材料短缺的矛盾越來越突出。 建筑用型材產(chǎn)量過大 ,供過于求 ,附加值低 ,而高精度飲罐板鋁材、高強(qiáng)高韌鋁合金等基本高性能鋁合金 ,如：高強(qiáng)高韌抗應(yīng)力腐蝕鋁合金、鋁 鋰合金、快速凝固粉末冶金鋁合金和含鈧鋁合金是現(xiàn)代航空航天、汽車和武器系統(tǒng)的重要材料 ,而我國大多仍處于實驗室研究或小批量試制階段 ,不能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)[12， 13]。 與先進(jìn)國家相比存在的問題： （ 1） .鋁資源嚴(yán)重短缺。 鋁合金新材 料的性能大幅度提高 ,部分高強(qiáng)高韌鋁合金、鋁鋰合金、噴射沉積快速凝固耐熱鋁合金的性能達(dá)到國際先進(jìn)水平 [12] 。 LY12 鋁合金與幾種材料的力學(xué)性能的比較如表 所示 [8， 9]： 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 28 頁 表 LY12 與幾種材料的力學(xué)性能比較 [8， 9] 材質(zhì) 力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度 σb (Mpa) δ10(%) δ(%) LY12鋁合金（ cz） 425 11 － 純銅（冷加工變形） 490 6 － 1Cr18Ni9Ti（淬火） 197 － 55 從表 ，我們可以看到， LY12鋁合金強(qiáng)度達(dá)到了純銅強(qiáng)度的 90％強(qiáng)，為減輕重量，提高效率和增強(qiáng)機(jī)動性都盡可能地以 LY12鋁合金代銅，甚至代鋼 [8]，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展地重要基礎(chǔ)原料之一。同時，由于 LY12 鋁合金切削性能優(yōu)良，所以被廣泛的用于管棒結(jié)構(gòu)。 據(jù)文獻(xiàn)道 [10]：長征一號，長征二號，長征三號，長征四號（含風(fēng)暴一號），運(yùn)載火箭一級子結(jié)構(gòu)的箱間段，燃料箱后過渡段，尾段均為半硬殼結(jié)構(gòu)，材料都是LY12 鋁合金；二級子結(jié)構(gòu)的儀器航殼體，尾段殼體材料為 LY12 鋁合金；三級子結(jié)構(gòu)的支架，轉(zhuǎn)接錐材料為 LY12 鋁合金；整流罩的下部殼體材質(zhì)為 LY12 鋁合金，另外， 60 年代初，我國用 LY12cz 鋁合金做船體 [11]，也成批建 造了水翼快艇。作為硬鋁的 一種，具有良好的成形能力和機(jī)械加工性能。是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料 。鋁及其合金由于密度小，熱導(dǎo)率和電導(dǎo) 率高 (僅列于 Ag， Cu， Au 之后 )，延展性良好，用途涉及輕工、電 力、電氣、電子、汽車、機(jī)械制造、建筑、包裝等行業(yè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。 鋁合金的物化性能特點 Al 是一種輕金屬， 其化合物在自然界中分布極廣，地殼中 Al 的含量約為 8wt.%，僅次于 O 和 Si，居第三位。 AlCuMg系合金的鑄造性能較好，熔煉時需注意的是 :(1)鎂容易氧化燒損，影響氧化膜的致密性，在熔煉過程中須用溶劑覆蓋好熔體，銅、錳在熔體中分布不勻，多加攪拌； (2)合金結(jié)晶溫度范圍較寬，并且雜質(zhì) Fe， Si和 MgO等夾渣較多，在半連鑄 時要控制冷卻強(qiáng)度和鐵硅含量 [7]。 在冷卻強(qiáng)度較小時，合金凝固過渡區(qū)較寬，產(chǎn)生縮松和氣孔傾向較大。 除焊接后可重新熱處理的構(gòu)件外，一般不宜采用焊接來連接。 LY12在淬火自然時效狀態(tài)下耐腐蝕性能較好，此時合 金元素固溶于 Al中或僅出 現(xiàn) ，沒有第二相析出，腐蝕特征為全面腐蝕；如果自然時效后的材料在使用過程中受熱，或人工時效后在晶間出現(xiàn) s相和 θ相，或淬火轉(zhuǎn)移時間長或冷卻速度小，導(dǎo)致 s相和 θ相析 出，造成晶界附近出現(xiàn)貧銅區(qū)，則會出現(xiàn)晶間腐蝕，工業(yè)上常常采用包 鋁來保護(hù) [6]。 LY12 鋁合金的機(jī)械性能 LY12抗蝕性較差，由于含有大量的 Cu，合金的抗蝕性低，但 Mg能改善 θ， a(Al)中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 28 頁 和晶界間的電極電位關(guān)系，部分改善合金抗晶間腐蝕性能。在這樣的合金中，可形成 A