合金时效后的性能优化探究

固溶处理所得的过饱和固溶体在时效过程中，随着结构和显微组织的变化，其力学性能、物理性能及化学性能都将发生显著的变化。对于用于制造结构件的合金，其硬度和强度是极其重要的力学性能。因此，这里只讨论合金时效过程中硬度和强度的变化。

随着时效时间的延长，合金的硬度逐渐升高。图8-11所示为w_Cu＝2％～4.5％的Al-Cu合金经过在α单相区固溶、淬冷，然后在130℃时效时硬度的变化曲线。当时效硬度达到极大值后出现硬度下降的现象称为过时效。温时效时析出过渡相与平衡相。温时效温度越高，硬度上升越快，达到最大值的时间越短，但所能达到的最大硬度值越低，越容易出现过时效。从图8-11中可见：

1）时效硬化随着含铜量的增加而上升，表明时效析出相的数量是时效硬化作用的基础，各条曲线（w_Cu＝2％除外）的峰值硬度与合金的含铜量基本上成正比。

2）w_Cu＝2％的合金在时效态未测出G.P区，或析出量极少。该合金的G.P区临界温度约为130℃，即图8-11采用的时效温度。由于缺乏G.P区的预脱溶，θ″相必将采用异位形核，从而降低了它的体积颗粒密度，这可能是在w_Cu＝2％～3％之间时效硬化峰值突变的原因。

3）凡是有G.P区预脱溶的，硬化即出现两步性。G.P区硬化可以达到饱和状态，在硬度曲线上出现平台。铜含量越高，则平台越宽，说明G.P区数量达到介稳后，尺寸不随着时间的延长而长大。

4）从图8-11中可见，四种合金开始出现θ″相的时间基本上相同。对于有G.P区的预脱溶的合金，在θ″相出现后的一段时间内，处于G.P区和θ″相共存或θ″相与θ′相共存的状态。(www.xing528.com)

图8-11 Al-Cu合金在130℃时效时硬度的变化^[1]

5）硬度的峰值总是对应θ″＋θ′并存的组织，一旦θ″相消失，硬度就开始下降，进入过时效阶段。

Al-Cu合金的时效硬化主要依靠形成G.P区和θ″相，而其中尤以形成θ″相的硬化效果最好。出现θ′相后硬度下降。许多合金的硬度变化规律都与Al-Cu合金相同。

时效强化是结构材料极为重要的一种强化途径。除了高强度铝合金外，马氏体时效钢、沉淀硬化不锈钢及高温合金等系列新型结构材料皆采用了时效硬化法。最常见的淬火钢的马氏体回火强化，也被认为是碳原子在α′相中的偏聚造成的，也属于时效硬化范畴。近年来国内外开发的高纯、高韧合金钢含有1％（质量分数）左右的铜，也是依靠脱溶沉淀来提高强度的。