第四章铝及铝合金ppt课件.ppt

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1、广西大学材料科学与工程学院主讲老师：许征兵铝及铝合金第四章铝合金的相变4.1铝合金的凝固4.2铝合金的退火4.3铝合金的回复与再结晶4.4铝合金的固溶和时效4.5工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传和转变及工艺控制的综合分析4.1铝合金的凝固凝固成形：熔炼金属，并将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，凝固成为一定形状和性能的铸件。铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能，并决定铝合金材料在加工成成品前的热处理方式。凝固过程中的晶内偏析现象严重影响着铝合金的组织和性能。4.1铝合金的凝固4.1.1晶体的形成晶体形成：原子的规则排列过程。液体中的原子：由于具有动能，处于不断

2、扰动状态温度下降热扰动减弱，结合力加强，比容减小。原子以晶体状态重复排列某些区域，一团原子按晶体方式排列释放热量一定的过冷度结晶开始，晶体形核4.1铝合金的凝固4.1.1晶体的形成晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核）4.1铝合金的凝固4.1.1晶体的形成实际铸造过程中，铸模表面以及在液体中经常存在固体不溶性颗粒。均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每1cm3的液相中也有约106个边长为103个原子的立方体的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形

3、核）4.1铝合金的凝固4.1.1晶体的形成通过测定金属温度与冷却时间之间的关系，可以得到一条冷却曲线，了解金属冷却过程。4.1铝合金的凝固4.1.2铸态晶粒的大小和形状凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（N）和长大速度（G）所控制晶粒细小晶粒粗大形核率与长大速度的比值N/GN/G高N/G低4.1铝合金的凝固4.1.2铸态晶粒的大小和形状在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时，表面的金属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。长大过程中，只有那些长大速度最快、方向与模壁垂直的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。如图所示：有

4、些情况下，铸件的表层由柱状晶组成，而内部却是等轴晶。4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析含B30%的二组元合金凝固情况冷却速度慢，达到平衡。这时，固相和液相化学成分均和相图所给成分相同。当冷却到T0温度时，最初形成晶体含B量为10%4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析温度T2时，液相完全凝固，固相含B30%，当温度T1时，固相含B20%。此时，与固相相平衡的液相含B不断增加。温度稍高于T2时，晶体中含B稍小于30%，被含B70%的液体包围。所以当温度到T2时，必须有液体向晶体给出B原子。4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析长大中的枝晶中晶内偏析形成过程4.1铝合金

5、的凝固4.1.3晶内偏析上图（e）中描述表明晶体是以枝晶长大起来，快速冷却条件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间，枝间区域存在着浓度梯度。4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析存在成分偏析的合金浸蚀后所显露的拓扑组织的图解说明4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析通过热处理晶内偏析—由于晶粒内部存在浓度梯度，会发生扩散，使合金整体向合金的平均化学成分趋近。如Al-50%Cu合金。铝铜合金二元相图，合金由液体状态慢速冷却时，首先经过液相+α相区，然后570℃左右进入α相区，直到525℃以下，合金组织由α相基体和β相析出物组成。4.1铝合金的凝固4.1.3晶内偏析快速冷却

6、时，凝固过程。某些合金在快速冷却条件下凝固时，不仅不产生晶内偏析，还会出现在慢速冷却时不会出现的新相。4.2铝合金的退火4.2.1铸态合金的组织特征工业生产中，合金凝固时的冷却速度不0.1-100℃/s，凝固后铸态组织偏离平衡组织。通常，非平衡共晶中的α相依附在α初晶上，β相则以网状分布在枝晶网胞周围。4.2铝合金的退火铸态合金的组织特征变形铝合金一般都具有两个以上的溶质组元，结晶时的情况较为复杂，但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。4.2铝合金的退火4.2.2铝合金均匀化退火时的组织变化均匀化退火是为后续加工做组织准备。主要组织变化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解

7、和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。7075合金均匀化退火前后同一个枝晶胞范围内显微偏析的变化。不溶过剩相发生聚集、球化。慢冷时，溶质均匀沉淀析出。4.2铝合金的退火4.2.2铝合金均匀化退火时的组织变化1室温下性能提高，冷热变形工艺性能改善。2降低变形抗力，减少变形功消耗提高制备生产效率3消除残余铸锭应力改善铸锭的机械加工性能。4含有铁、锰、铬、锆等元素的合金，均匀化退火，可能使合金的挤压效应消失。均匀化退火后的组织变化引起性能变化4.2铝合金的退火4.2.3均匀化退火温度及时间均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得：温度温度升高将扩散过程大大加速，均

8、匀化过程应