铝合金热处理时不均匀相变引起体积变化的测量研究(3)
表1-3 2024铝合金板材室温机械性能和硬度
品种 状态 抗拉强度σb/ MPa 屈服强度σs/ MPa 延伸率/% 硬度/HBS
板材（不包铝） 0 185 75 20 47
T3 485 345 18 120
T4，T351 470 325 20 120
T361 495 395 13 130
包铝板 0 185 75 20 -
T3 450 310 18 -
T4，T351 440 290 19
T361 46 365 11 -
T81，T851 450 415 6 -
T861 480 455 6 -
1.2. 铝合金的强化机制
1.2.1. 全部固溶
2024 铝合金中含有多种能溶入铝基体的合金元素，例如镁、铜、锰和硅等等，而这些合金元素在铝基体中的固溶度随温度的变化而改变。在室温下，合金平衡组织为 α+β，其中 α 为铝基体固溶体，β 为第二相。合金加热至 β 相全部或最大程度地溶入铝基体的温度，并保温一段时间，得到单相的 α 固溶体，这种热处理过程就是固溶处理。当温度降低时，β 相在基体相中的溶解度便相应下降，所以固溶体呈过饱和状态，超过平衡溶入量的溶质部分就有析出的倾向，在一定条件下，多余的溶质就以 β 相的形式析出，这种现象被称之为脱溶[4]。若冷却速度足够大，溶质原子的扩散就会受到阻碍，那么 β 相就不能形核和长大，所以多余的溶质就不会以 β 相的形式析出，只能形成 α 单相过饱和固溶体，此操作过程就是淬火，2024 铝合金在迅速淬火后，将获得大量的过饱和溶质原子和空位，为后续时效过程中析出相的形成提供条件。
1.2.2. 局部固溶
局部固溶是指材料在热处理之后迅速固定到装置上，选用特定条件的淬火介质对试样的局部进行快速喷淋，使试样各个部位的冷却速度不同。因其冷却速度不同，造成其相变引起的体积变化不同，淬透深度也不同[5]。本实验采用端淬法，即将热处理过的试样迅速夹起，使其一端在水中迅速冷却，一端为空冷。具体的淬透深度即淬透性的量化指标测量方法是：将淬火后的铝合金试样平均分为三段，做好标记，一段为淬火端，一段为空冷端，还有一个中间部分，将三段试样用二次称重法测试密度，求出比容。
1.2.3. 时效处理
时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。时效热处理分为：自然时效和人工时效。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理[6]。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
淬火后的过饱和固溶体中的溶质部分有自发扩散、分解的趋势，即脱溶的倾向。大多数铝合金在室温下就能产生脱溶，这种现象就叫做自然时效。一般情况下，自然时效过程在淬火结束后就马上开始，有些要经过一段时间的孕育期才开始。不同合金的自然时效速度有很大区别，有些合金仅需要几个小时，有些合金需要几天甚至几个月才能达到我们在实际应用中所要求性能的稳定态。为提高过饱和固溶体中的溶质原子扩散、迁移的速率，通常对合金进行人工时效热处理，即将合金在高于室温的某温度下(根据具体合金的种类及其性能要求来设计)恒温加热，促使脱溶加速，从而节约热处理的时间、提高加工效率[7]。
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