時(shí)效時(shí)間對LY12鋁合金殘余變形的影響

1、XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文畢業(yè)論文時(shí)效時(shí)間對 LY12 鋁合金殘余變形的影響研究學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： XXXXXXXXXXXX材料科學(xué)與工程學(xué)院XXXXXXXXXX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文時(shí)效時(shí)間對時(shí)效時(shí)間對LY12LY12鋁合金殘余變形的影響研究鋁合金殘余變形的影響研究摘要摘要：對LY12鋁合金進(jìn)行了固溶和時(shí)效工藝試驗(yàn)并測定了不同工藝熱處理后合金試樣的變形量和硬度，建立了LY12鋁合金不同時(shí)效制度下變形量及硬度的曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，1908h時(shí)效時(shí)，硬度曲線上出現(xiàn)波峰，同時(shí)改善LY12合金試樣尺寸穩(wěn)定性的最佳時(shí)效工藝為19040h人工時(shí)效。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：LY1

2、2 鋁合金，熱處理，時(shí)效時(shí)間，殘余變形XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文The Impact Study of LY12 Aluminum Alloy on Aging Time to the Residual DeformationAbstract: Such heat treatment process testings for LY12 aluminum alloy as solution treatment and aging have been performed. The deformation and the hardness of the alloy subjected to hea

3、t treating with different processes has been detected. The dependence of the deformation and hardness on its different aging process has been determined. The experimental results show that aging at 190 for 8h，the hardness of the alloy appear its peak, and the optimum aging process to improve the dim

4、ensional stability for the LY12 alloy should be aging at 190 for 40h.Key Words: LY12 aluminum alloy, heat treatment, aging time, residual deformationXX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文 第I頁 共頁目錄1 緒論.I1.1 引言.11.2 鋁和鋁合金.21.2.1 鋁的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn).21.2.2 鋁合金概述.21.3 本課題擬解決的問題.41.3.1 LY12 鋁合金在應(yīng)用中存在的主要問題 .41.3.2 精密儀表和零件對 LY12 鋁合金尺寸穩(wěn)定性的要

5、求.51.4 研究現(xiàn)狀.51.4.1 影響尺寸穩(wěn)定性的因素.51.4.2 尺寸穩(wěn)定化處理方法.61.4.3 殘余應(yīng)力的測試與評(píng)估方法.62 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)過程.62.1 實(shí)驗(yàn)所用的基本理論.62.1.1 LY12 鋁合金的熱處理強(qiáng)化 .62.1.2 金相試樣的制備.92.1.3 硬度的測定.102.2 實(shí)驗(yàn)過程.112.2.1 試樣的準(zhǔn)備.112.2.2 熱處理工藝.112.2.3 尺寸的測量.122.2.4 硬度測試.122.2.5 金相試驗(yàn).133 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.133.1 熱處理工藝與殘余變形的關(guān)系.133.1.1 固溶處理對試樣尺寸的影響.143.1.2 時(shí)效處理對試樣尺寸的影響.143

6、.1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析.153.2 熱處理工藝與硬度的關(guān)系.18XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文 第II頁 共頁3.2.1 固溶處理對試樣硬度的影響.183.2.2 時(shí)效處理對試樣硬度的影響.203.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析.203.3 金相顯微組織分析.233.3.1 人工時(shí)效處理對試樣顯微組織的影響.233.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析.234 結(jié)論.23結(jié)束語.25附錄 A .27附錄 B .28附錄 C .28參考文獻(xiàn).30致謝.32XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 1 頁 共 32 頁1 1 緒論緒論1.11.1 引言引言鋁是地殼中分布最廣、儲(chǔ)量最多的金屬元素，約占地殼總質(zhì)量的 7.73%1。鋁和鋁合

7、金是我國國防和國民經(jīng)濟(jì)各部門需要的重要金屬材料，被廣泛的應(yīng)用在航空工業(yè)、電器工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、化學(xué)工業(yè)、建筑材料以及日用器皿等。由于地殼中鋁儲(chǔ)量非常豐富，其生產(chǎn)和應(yīng)用將會(huì)取得更大的發(fā)展。現(xiàn)代飛機(jī)有 70是鋁和鋁合金制造的，所以人們稱鋁是“會(huì)飛”的金屬。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代航空航天高速、高機(jī)動(dòng)性能要求的不斷提高，航空航天上越來越多地采用整體結(jié)構(gòu)件代替以前用很多零件裝配的部件，這樣不僅有利于減輕結(jié)構(gòu)的重量，而且有利于保證結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定的性能，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就得開發(fā)出低內(nèi)應(yīng)力的板材，這些航空航天鋁合金整體結(jié)構(gòu)件的尺寸跨度較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀精度要求很高，周邊輪廓與其它零件還有復(fù)雜的裝配協(xié)調(diào)關(guān)

8、系2-3。這些鋁合金型材薄壁化、斷面尺寸和形位公差精密化的要求，給其加工精度以及成型后的尺寸穩(wěn)定性提出了更高的要求。鋁合金一般有如下優(yōu)點(diǎn)：鋁合金材質(zhì)輕，這有利于減小能耗，使用鋁合金構(gòu)件是提高能源效率一個(gè)重要途徑；鋁合金材質(zhì)一般防腐性較好，環(huán)保，服役壽命長，減少了日后的維護(hù)工作量，因而使用成本低、方便4；鋁合金具有適宜的機(jī)械性能以及優(yōu)良的工藝性。我國的 LY12 牌號(hào)鋁合金相當(dāng)于美國牌號(hào)的 2024 鋁合金，為鋁銅鎂系中的典型硬鋁合金，其成份比較合理，綜合性能良好，是硬鋁中用量最大的，廣泛用于制作各種高負(fù)荷的零件和構(gòu)件（但不包括沖壓件鍛件） 。該鋁合金具有適宜的機(jī)械性能、小的比重、良好的抗腐蝕性

9、以及優(yōu)良的工藝性，在儀器儀表制造業(yè)、航空工業(yè)中以及宇航工業(yè)中都占據(jù)重要的地位。美中不足的是其尺寸穩(wěn)定性性能越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代精密儀表設(shè)計(jì)的要求5，如在一個(gè)高精度的陀螺和羅經(jīng)系統(tǒng)中,其任意元件的尺寸不穩(wěn)定都可能導(dǎo)致其質(zhì)心的偏移,在制導(dǎo)系統(tǒng)中引入誤差,直接影響制導(dǎo)精度6，在宇航應(yīng)用領(lǐng)域,10- 6乃至 10- 7數(shù)量級(jí)的微小塑性應(yīng)變都將成為重要的誤差來源7。薄壁零件加工過程中，由于變形難以保證加工精度，造成材料的浪費(fèi)和產(chǎn)品報(bào)廢，直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益7。因此該類XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 2 頁 共 32 頁型鋁合金的尺寸穩(wěn)定性一直是人們關(guān)注的問題。1.21.2 鋁和鋁合金鋁和鋁合

10、金1.2.1 鋁的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在鋁晶體中，存在兩種間隙，即直徑為 1.17010-10m 的八面體間隙和直徑為0.6210-10m 的四面體間隙。碳、氮、氫、硼、氧、氟、氧等元素均可作為間隙元素溶進(jìn)鋁中，但固溶度極小。室溫時(shí)滑移系為111，高于 450時(shí)，除了111外，還有100。鋁中的織構(gòu)為：織構(gòu)絲織構(gòu)+，板織構(gòu)1108。鋁屬面心立方晶格，配位數(shù)為 12，單位晶胞有 4 個(gè)原子。鋁的晶格常數(shù)在 298K 時(shí)的最可能值 4.04959610-10米，據(jù)此鋁原子的直徑大約為2.8610-10米，原子體積為 999.6 毫米3/克原子，298K 時(shí)的密度為 2698.72 千克/米3

11、9。2）性能特點(diǎn)鋁一般有如下特點(diǎn)10：純鋁熔化溫度為 660，熔點(diǎn)較低，有利于簡化熔煉及熱加工工藝，這也意味著其耐熱性較差。密度小，重量輕，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好；可強(qiáng)化，純鋁可以通過冷加工、添加各種合金元素及熱處理等方式進(jìn)行強(qiáng)化，使比強(qiáng)度和比剛度提高；塑性好，硬度低，易加工，工藝性能良好，可以通過采用多種加工方式成型；鋁表面極易生成致密而牢固的氧化鋁薄膜，耐腐蝕性良好，鋁可在大氣、水、多種酸和有機(jī)物中使用；無低溫脆性，具有良好的低溫性能，是一種優(yōu)良的低溫材料。鋁還具有無磁性、反射性強(qiáng)、有吸音性、耐核輻射和美觀等特性。1.2.2 鋁合金概述1）鋁合金的分類在鋁中加入合金元素，其組織結(jié)構(gòu)和性能就會(huì)發(fā)生改

12、變，鋁中的常加元素通常有銅、鎂、鋅、硅、錳。根據(jù)鋁及鋁合金中所加元素的多少對性能的影響情況，可以借助相圖給予大致的分類。根據(jù)相圖一般把鋁及鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。其中變形鋁合金又可分為工業(yè)純鋁、熱處理不可強(qiáng)化鋁合金和熱處理可強(qiáng)化的鋁合金。形變鋁合金：相圖中區(qū)。該類鋁合金加熱至固溶線以上時(shí)能形成單相 固XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 3 頁 共 32 頁溶體，塑性好，適用于壓力加工成形。工業(yè)純鋁：相圖中區(qū)的 1 區(qū)域形變鋁合金：相圖中區(qū)。該類鋁合金加熱至固溶線以上時(shí)能形成單相 固溶體，塑性好，適用于壓力加工成形。圖 1.1 鋁合金相圖10工業(yè)純鋁：相圖中區(qū)的 1 區(qū)域不能熱處理強(qiáng)

13、化的形變鋁合金：相圖中區(qū)的 2 區(qū)域，組織為單相固溶體，且其溶解度不隨溫度而變化，無法進(jìn)行熱處理強(qiáng)化；可熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金：相圖中區(qū)的 3 區(qū)域，固溶體的溶解度隨著溫度而顯著變化，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。鑄造鋁合金：相圖中區(qū)，有共晶鋁合金、亞共晶鋁合金和過共晶鋁合金之分。2）2XXX 系合金概述2XXX 系合金屬 Al-Cu-Mg 系的可熱處理強(qiáng)化的加工鋁合金，銅、鎂、錳是其主要合金元素，鐵、硅、鎳、鋅等是主要的雜質(zhì)元素。銅能提高合金的強(qiáng)度與硬度，但卻使伸長率略有下降，鋁-銅合金具有明顯的時(shí)效特性；鎂能提高合金時(shí)效后的力學(xué)性能，特別對人工時(shí)效后強(qiáng)度性能的提高尤為顯著，但同時(shí)會(huì)引起伸長率較大的降低

14、；硅能與鎂形成少量的強(qiáng)化相 Mg2Si，對時(shí)效強(qiáng)化過程有影響；2XXX系合金中的錳、鈦、釩、鉻等能提高合金的再結(jié)晶溫度、細(xì)化晶粒與改善合金可焊性能的作用；高強(qiáng)度硬鋁中，鎂的含量較高，鎂、銅、鋁互相結(jié)合形成XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 4 頁 共 32 頁S（CuMgAl2）相，其強(qiáng)化效果優(yōu)于 CuAl2，使合金具有一定的耐熱性8、11-12。表 1.1 變形鋁及鋁合金數(shù)字代號(hào)11組別牌號(hào)系列純鋁（鋁含量不小于99.00%）1XXX以銅為主要合金元素的鋁合金2XXX以錳為主要合金元素的鋁合金3XXX以硅為主要合金元素的鋁合金4XXX以鎂為主要合金元素的鋁合金5XXX以鎂和硅為主要合金元素并以相

15、為強(qiáng)化相的鋁合金6XXX以鋅為主要合金元素的鋁合金7XXX以其他合金元素為主要合金元素的鋁合金8XXX備用合金組9XXX對于鋁銅鎂系中的典型硬鋁合金 LY12，銅、鎂、錳合金元素對固溶體的穩(wěn)定有如下幾個(gè)作用8、11：合金固溶體的穩(wěn)定性隨銅和鎂的總含量的提高而降低；含銅量高的 LY12 合金中，錳含量的增加可以增加固溶體的穩(wěn)定性；低銅合金中，固溶體隨錳含量增加則下降。但如果合金中含鎂較多時(shí)，穩(wěn)定性則不受影響；增加合金中的錳含量，會(huì)降低固溶體的穩(wěn)定性，使固溶體提前開始分解。表 1.2 LY12 鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （摘自 GB/T 3190-1996）化 學(xué) 成 分 / %其他牌號(hào)SiF

16、eCuMnMgNiZnTi單個(gè)合計(jì)AlLY120.500.503.84.90.300.91.21.80.100.300.150.050.10余量1.31.3 本課題擬解決的問題本課題擬解決的問題1.3.1 LY12 鋁合金在應(yīng)用中存在的主要問題XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 5 頁 共 32 頁LY12 變形鋁合金由于其比強(qiáng)度高, 在宇航業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了獲得足夠的強(qiáng)度與韌性, 各種航空鋁合金毛坯必須進(jìn)行固溶處理。該系列鋁合金通過淬火時(shí)效, 有大量強(qiáng)化彌散相析出, 使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高13、14。當(dāng) LY12 鋁合金材料從大約 500的高溫快速冷卻到較低溫度時(shí), 在冷卻過程中引入了很大的

17、熱應(yīng)力梯度, 通常構(gòu)件表面呈現(xiàn)壓應(yīng)力而內(nèi)部呈現(xiàn)拉伸應(yīng)力14。鋁合金在淬火過程中,內(nèi)部形成很大的殘余應(yīng)力, 而后續(xù)的機(jī)械加工后會(huì)破壞這些殘余應(yīng)力的平衡態(tài), 所以在加工過程中及成品零件長期使用或存放過程中工件將產(chǎn)生變形。不少構(gòu)件在機(jī)加工后,尺寸的變化不僅難以達(dá)到要求,甚至引起大量報(bào)廢。此外，殘余拉應(yīng)力還會(huì)使構(gòu)件增加應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性,導(dǎo)致早期疲勞失效15。一般情況下，當(dāng)工件剛性大且形狀對稱時(shí), 變形較小，反之, 則變形十分明顯。宇航產(chǎn)品為了減輕重量, 零件的形狀大都為高筋薄壁, 因裝配的需要, 還有部分半環(huán)，這類零件, 變形是非常嚴(yán)重的13。眾所周知，導(dǎo)航系統(tǒng)在當(dāng)今社會(huì)中正在扮演著越來越重要的角

18、色，其中的慣性導(dǎo)航器件是其重要的元件，導(dǎo)航系統(tǒng)一般要求要有很高的精度，我國慣性器件廣泛使用鋁合金，尤其 LY12 應(yīng)用更為廣泛14。構(gòu)件尺寸精度要求的日益提高對 LY12 鋁合金精密構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性也提出了更高的要求，尺寸不穩(wěn)定的問題已經(jīng)極大地影響精密零件的加工精度和使用的可靠性。1.3.2 精密儀表和零件對 LY12 鋁合金尺寸穩(wěn)定性的要求長期以來人們雖然在精加工領(lǐng)域做了許多卓有成效的探索, 精密切削的精度和精密的磨削精度得到不斷地提高，精加工水平也完全能滿足工件的瞬時(shí)精度4, 但這些精度的保證或長期保持是很難的, 而那些精密儀器的精度指標(biāo)只有在長期穩(wěn)定下才有意義。所以, 在現(xiàn)代加工精度和儀

19、表精度的發(fā)展背景之下, LY12 鋁合金的尺一寸穩(wěn)定性問題倍顯突出, 甚至最終會(huì)起決定性作用。鋁合金尺寸不穩(wěn)定的問題已成為其應(yīng)用的制約性技術(shù)環(huán)節(jié)， “野蠻校形”的方法曾被用來解決鋁合金工件的變性問題，這不但增加了校形費(fèi)用，而且曾經(jīng)引起事故3，直接造成了巨大的經(jīng)濟(jì)。實(shí)踐表明 LY12 在不同時(shí)效溫度下進(jìn)行不同時(shí)效時(shí)間的時(shí)效處理可不同程度的消除殘余應(yīng)力16。本課題對不同時(shí)效時(shí)間對鋁合金試件變形的影響進(jìn)行研究,為解決鋁合金構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性問題提供參考。XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 6 頁 共 32 頁1.41.4 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀1.4.1 影響尺寸穩(wěn)定性的因素尺寸穩(wěn)定性是表示材料在熱處理與加工完畢

20、后，在工作環(huán)境下不受外力作用或在低于彈性極限的應(yīng)力作用下抵抗永久變形的能力以及在加工過程中保持尺寸不變的能力。一般認(rèn)為，長期存放過程中金屬尺寸的自發(fā)變化是以下因素的結(jié)果17-19：材料的相與組織狀態(tài)的不穩(wěn)定性；在各種熱加工與冷加工工藝過程中以及在機(jī)械裝配操作時(shí)零件中發(fā)生殘余內(nèi)應(yīng)力的松弛；Paquin 等認(rèn)為性能的不均勻性即各向異性材料導(dǎo)致材料在加熱過程中誘發(fā)殘余應(yīng)力的松弛，也是尺寸不穩(wěn)定性的一個(gè)內(nèi)因。1.4.2 尺寸穩(wěn)定化處理方法尺寸穩(wěn)定化處理的方法一般有機(jī)械法、熱處理法以及磁場處理等，各種方法效果也不盡相同17、20。近年來，國際上還報(bào)告了形變熱處理法，脈沖磁處理法等殘余應(yīng)力消除技術(shù)，但相關(guān)

21、工藝尚不成熟。機(jī)械拉伸(壓縮)法可達(dá) 90左右，不足之處是要求零件形狀簡單，對毛坯材料成分和組織均勻性要求較高，適用范圍狹窄。恒溫時(shí)效法 1035；振動(dòng)消除法 2070；深冷處理法 2583。因此，現(xiàn)有工藝技術(shù)與方法尚無法從根本上消除鋁合金結(jié)構(gòu)件鍛件毛坯中的殘余應(yīng)力。時(shí)效處理法是降低淬火殘余應(yīng)力的傳統(tǒng)方法。由于鋁合金材料對溫度非常敏感, 時(shí)效溫度的提高,必然明顯降低強(qiáng)度指標(biāo),使強(qiáng)化相析出過多, 產(chǎn)生過時(shí)效現(xiàn)象, 因此，淬火后時(shí)效處理通常在較低溫度下進(jìn)行,從而使得消除去應(yīng)力的效果非常有限。1.4.3 殘余應(yīng)力的測試與評(píng)估方法殘余應(yīng)力測試方法是可分為有損檢測與無損檢測兩大類。有損檢測法主要有鉆孔法

22、、環(huán)芯法、剝層法、剖面法與裂紋法。目前應(yīng)用最多的是鉆孔法和環(huán)芯法。無損檢測法主要有 X 射線衍射法，中子衍射法、同步衍射法、超聲波法和磁性法。其中 X 射線衍射法的工程上最為應(yīng)用廣泛，其余方法理論上尚不夠完善，或者相應(yīng)的測試設(shè)備比較稀缺，工程應(yīng)用受到限制17、20。2 2 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)過程2.12.1 實(shí)驗(yàn)所用的基本理論實(shí)驗(yàn)所用的基本理論XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 7 頁 共 32 頁2.1.1 LY12 鋁合金的熱處理強(qiáng)化變形鋁合金經(jīng)固溶處理和時(shí)效提高了強(qiáng)度、增加了硬度，特別如合金2014、2024、6061、7075等，其熱處理強(qiáng)化效果非常顯著。LY12 為鋁銅鎂系中的典型

23、硬鋁合金，合金主要相組成物有8、10（Al） 、S（CuMgAl2） 、（CuAl2） 、MnAl6，其中的強(qiáng)化相主要有 CuAl2、S（CuMgAl2） ，可能的雜質(zhì)相：Mg2Si、AlMnFeSi 或 AlSiMnCuFe、 （FeMnSi）Al6。鋁合金的熱處理就是按照某一熱處理規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，改變合金的組織，其主要目的是提高合金的力學(xué)性能，增強(qiáng)耐腐蝕性能，改善加工型能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。LY12 是可熱處理強(qiáng)化鋁合金，經(jīng)固溶處理、自然時(shí)效或人工時(shí)效后有良好的力學(xué)性能。硬鋁屬變形鋁合金中 Al-Cu-Mg-Mn 系合金，變形鋁合金的主要熱處理形式有退火（均勻化退火、再結(jié)晶退火）淬火

24、時(shí)效兩大類，時(shí)效又可分為人工時(shí)效和自然時(shí)效，對于可熱處理強(qiáng)化的硬鋁 LY12 鋁合金，時(shí)效為最終熱處理形式，退火一般用于生產(chǎn)過程中的中間處理中間退火是保證壓力加工的順利進(jìn)行，最終退火是為了保證使用性能，淬火和時(shí)效主要是用來提高合金工件的使用性能21。硬鋁存在兩點(diǎn)不足8：含銅固溶體和化合物的電極電位都高于晶界，而合金中銅含量較高，合金易產(chǎn)生晶界腐蝕；固溶處理溫度范圍窄，低于該溫度時(shí)固溶不足，會(huì)影響時(shí)效效果，高于該溫度時(shí)可能產(chǎn)生晶界熔化。1）淬火特點(diǎn)該工藝即是通過高溫加熱使鋁合金中的強(qiáng)化相溶入基體，隨后快冷以抑制強(qiáng)化相在冷卻過程中重新析出，以獲得鋁基過飽和固溶體的過程。由于 LY12 合金中可溶相

25、充分固溶的溫度與 （Al）+S（CuMgAl2）+（CuAl2）三元共晶溫度的間隔很窄，淬火溫度與三元共晶點(diǎn)所以合金具有強(qiáng)烈的過燒敏感性8。LY12 合金成分為圖中注有陰影線區(qū)內(nèi)，當(dāng)在 480以下淬火，合金中二元共晶中的 CuAl2相變化很小，而三元共晶中的 S 相和 CuAl2相都有明顯固溶；而在 490淬火，除了三元共晶中的 CuAl2相和 S 相有明顯固溶外，二元共晶中的 CuAl2也開始固溶；當(dāng)在 502淬火，二元共晶中的 CuAl2則有明顯的固溶；合金在 505淬火后，固溶更加充分，主要強(qiáng)化相顯著減少，但合金中出現(xiàn)共晶體和晶界復(fù)熔現(xiàn)象11。合金淬火的目的是獲得過飽和固溶體，以便在隨后

26、的時(shí)效過程中產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。在不發(fā)生過燒及晶粒細(xì)化前提下應(yīng)盡量提高淬火溫度，使XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 8 頁 共 32 頁強(qiáng)化相最大限度地固溶，以獲得最大的時(shí)效強(qiáng)化效果。前蘇聯(lián)對類似我國 LY12 鋁合金牌號(hào)的合金淬火加熱溫度取 495505，主要依據(jù)是合金中的三元共晶(A1)+CuA12+S(CuMgA12)的開始熔化溫度為 507；美國則對該類合金的淬火加熱溫度取為 4936，日本取為 4953，其依據(jù)則是 LY12 合金四元共晶(A1)+CuA12+S(CuMgA12)+Mg2Si 的共晶溫度為 50022。在淬火溫度一定時(shí)，保溫時(shí)間加長，就會(huì)增加銅原子在包鋁層中的擴(kuò)散，使材料抗蝕

27、性能變壞。因此在保證強(qiáng)化相充分固溶前提下，應(yīng)盡量縮短保溫時(shí)間。固溶保溫時(shí)間與固溶加熱溫度是緊密相關(guān)的，在一定的加熱溫度下，保溫時(shí)間取決于強(qiáng)化相的溶解速度，并與合金的本性材料的種類組織狀態(tài)加熱條件加熱介質(zhì)以及裝爐量等因素有關(guān)。淬火速度愈快15： 一方面使銅、鎂、硅、鋅等硬化溶質(zhì)最大限度地溶入鋁等固溶體中得到強(qiáng)化, 強(qiáng)度損失愈小，抗腐蝕性能也愈好，對于 LY12 合金，最低抗蝕性能的淬火速度（合金內(nèi)未發(fā)生普遍分解的情況下）為 14 攝氏度/秒左右；另一方面使冷卻過程中材料內(nèi)部的熱梯度愈大, 從而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也愈大。2）時(shí)效特點(diǎn)時(shí)效處理即過飽和固溶體在室溫下放置一段時(shí)間或加熱到一定溫度保溫一定時(shí)間

28、后，基體中析出新相的過程。剛淬火完的變形鋁合金試樣，由于其固溶強(qiáng)化效果有限，其機(jī)械強(qiáng)度并不高，綜合性能也較差，要想獲得高強(qiáng)度，良好的綜合性能，必須配以時(shí)效強(qiáng)化處理。合金元素在鋁中要有較大的極限溶解度，其溶解度隨溫度的降低而急劇減小，時(shí)效過程中形成均勻、彌散分布的共格或半共格過渡相，在基體中能形成較強(qiáng)烈的應(yīng)變場，對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增強(qiáng)，從而提高合金的強(qiáng)度。時(shí)效時(shí)第二相脫溶符合固態(tài)相變的階次規(guī)則，即通常發(fā)生在平衡脫溶相出現(xiàn)之前會(huì)出現(xiàn)一種或兩種亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通常X射線及電子顯微鏡研究證明，脫溶的一般順序如下12：偏聚區(qū)（或稱GP區(qū)）過渡相（亞穩(wěn)相）平衡相 對于鋁-銅- 鎂系合金目前認(rèn)為脫溶序列如下為11

29、G.P.區(qū)S（Al2CuMg）預(yù)脫溶期脫溶期XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 9 頁 共 32 頁S（Al2CuMg）,在自然時(shí)效時(shí)形成 G.P.區(qū),G.P.區(qū)形成速度與自然時(shí)效強(qiáng)化值均要大于含銅量相同的 Al-Cu 合金,可以認(rèn)為，Al-Cu-Mg 系合金中的 G.P.區(qū)是由富集在110晶面上的鎂原子和銅原子群所組成，銅和鎂原子預(yù)先形成某種偶，這種原子偶以釘扎位錯(cuò)的機(jī)制使合金強(qiáng)化。LY12 合金在高溫下時(shí)效產(chǎn)生過渡相S ，此相在基體021晶面上與基體共格,平衡相 S 形成使共格性消失而導(dǎo)致過時(shí)效11。合金元素的另一強(qiáng)化作用是通過熱處理實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的，但由于鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，故鋁合金的熱處理強(qiáng)化方

30、式與鋼不同。鋁合金可以熱處理強(qiáng)化，主要是由于鋁合金在鋁中的固溶度較大且隨溫度降低而急劇減小。對于 LY12 鋁合金，時(shí)效為最終熱處理形式，它決定著合金的最終性能，時(shí)效制度的制定的好壞直接決定合金的性能的優(yōu)劣。變形合金中的硬鋁以 CuAl2和 Al2CuMg 為主要強(qiáng)化相，故一般采用自然時(shí)效，但對于服役溫度超過 150時(shí)為保證合金的組織和性能的穩(wěn)定性，一般采用人工時(shí)效，不同的時(shí)效制度下，一般有如下結(jié)論：人工時(shí)效比自然時(shí)效強(qiáng)化效果低，而且時(shí)效溫度愈高，時(shí)效強(qiáng)化速度愈快，最終時(shí)效強(qiáng)化效果愈低11、21、23。圖 2.1 Al-Cu-Mg 系合金固態(tài)相分布 Al-X 垂直截面82.1.2 金相試樣的制

31、備1）截取XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 10 頁 共 32 頁經(jīng)過一系列熱處理工藝后的機(jī)械零件，其內(nèi)部的金相組織是比較均勻的，可以截取任一截面的試樣，但有時(shí)也應(yīng)注意零件的表層情況如氧化，脫碳等。軟的金屬材料一般采用手鋸切割。金相試樣的形狀，其尺寸不宜過大或過小。2）磨光與拋光磨光是為了消除取樣時(shí)產(chǎn)生的變形層。磨光一般有兩種，一種是手工磨光，一種用機(jī)械設(shè)備來磨光。在磨光的過程中要注意以下內(nèi)容：每更換細(xì)一號(hào)砂紙時(shí)，磨面磨削的方向應(yīng)該與前一號(hào)砂紙磨痕方向成90o或45o；磨光較軟的試樣時(shí)，一般在干砂紙上涂以石蠟煤油等滑潤劑；過舊的砂紙不宜使用應(yīng)及時(shí)更換新砂紙；伴隨著磨光的每一步操作，必須相應(yīng)地進(jìn)行

32、一次清潔。拋光是為了拋掉磨面上的痕跡和消除磨面上的形變擾動(dòng)層。拋光的基本方法有機(jī)械拋光，化學(xué)拋光和電解拋光。機(jī)械拋光是普遍廣泛應(yīng)用的方法。機(jī)械拋光都是采用兩個(gè)步驟即試樣經(jīng)磨光后首先粗拋，最后是細(xì)拋。拋光時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：試樣拿牢執(zhí)平與拋光織物接觸，壓力要適當(dāng)；在拋光時(shí)要將試樣逆著拋光盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而自身轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也要由拋光盤邊到中心往復(fù)移動(dòng)；拋光時(shí)要不斷地添灑磨料和潤滑液；拋光操作，要注意做好清潔工作。3）金相試樣顯微組織的顯示 顯示組織的方法很多，根據(jù)對拋光表面改變的情況，歸納為光學(xué)法，化學(xué)法和物理法。其中化學(xué)法顯示組織的操作方法有二：浸入法和擦拭浸蝕法。很軟的或浸蝕時(shí)間較長的金屬材料，推薦用浸

33、入法；浸蝕時(shí)拋光面上易形成膜或固體沉積物的金屬材料以及浸蝕時(shí)間短暫的金屬材料，推薦用擦拭法。浸蝕操作要注意的是：金相試樣拋光后，要立即進(jìn)行浸蝕；浸蝕后應(yīng)快速用水沖洗，中止繼續(xù)浸蝕作用，緊接著以最快的速度用酒精漂洗和熱風(fēng)吹干；當(dāng)試樣浸蝕不足，浸蝕得太淺時(shí)，最好重新拋光后再浸蝕，當(dāng)試樣過浸蝕或浸蝕得太深時(shí)，必須拋光后再浸蝕，必要時(shí)還要回到細(xì)砂紙上磨光。2.1.3 硬度的測定硬度試驗(yàn)是材料機(jī)械性能試樣中最簡單、迅速和易于實(shí)踐的方法，是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、確定合理的加工工藝的主要手段之一，我國已經(jīng)建立了常用的硬度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)，因此硬度測試在生產(chǎn)和科研中都得到了廣泛的應(yīng)用，硬度是指材料抵抗硬物體壓入其表面的能力

34、。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 11 頁 共 32 頁之一。實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。部分硬度換算公式（來源：中國塑膠五金網(wǎng)）:肖氏硬度(HS)=布式硬度(BHN)/10+12；肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15；布式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV)；洛式硬度(HRC)=布式硬度(BHN)/10-3。一般硬度越高，耐磨性和抗壓性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。對于洛氏硬度HRB，強(qiáng)度與其換算公式為（來源：中國塑膠五金網(wǎng)）：抗拉強(qiáng)度(MPa)=26500/（130-HRB） ( HRB90)，

35、HRB6065 對應(yīng)于強(qiáng)度為 383403MPa。通過測定合金的硬度值鑒定熱處理狀態(tài)是否正確。洛氏硬度操作簡單、測量迅速，是最常用的硬度檢測方法之一。我國在測定鋁合金的硬度檢測中，開發(fā)的洛氏標(biāo)尺有 HRB、HRE、HRH、HRF 和 HR15T24。硬度測試應(yīng)該注意25：試樣應(yīng)有一定的大小和厚度，能保證試樣點(diǎn)的均勻分布，保證兩相鄰壓痕中心之間的距離不小于壓痕直徑的 4 倍，或至少為 2；壓痕中心至邊緣的距離不小于壓痕直徑的 2.5 倍，至少為 1。洛氏硬度試樣試樣或試驗(yàn)層的厚度不小于殘余壓痕深度的 10 倍；使用球壓頭試驗(yàn)時(shí)，其厚度應(yīng)不小于殘余壓痕深度的 15 倍，試驗(yàn)后，試樣背面不應(yīng)出現(xiàn)明顯

36、的變形痕跡。2.22.2 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程2.2.1 試樣的準(zhǔn)備在熱處理前用帶鋸將棒材的試樣鋸好。然后按照圖2.1零件圖把試樣加工好。此試樣的特點(diǎn)是可以比較有規(guī)律地把殘余應(yīng)力的差別拉開，便于測量和尋找規(guī)律，測量所得的硬度具有代表性，可以顯示出熱處理前后試樣硬度的變化，用于評(píng)定尺寸穩(wěn)定特性具有精度高、測量簡單、尺寸變化敏感等特點(diǎn)，是一種有效地方法。本課題是研究時(shí)效時(shí)間對殘余變形的影響，為了能得到所需的數(shù)據(jù)，我們計(jì)劃準(zhǔn)備5個(gè)相同的試樣，對5個(gè)試樣進(jìn)行相應(yīng)的處理，根據(jù)所測的結(jié)果去確定最佳時(shí)效制度。表 2.1 硬度計(jì)允許的示值重復(fù)性和示值誤差（部分） （摘自 GB/T 230.2-2002）洛氏硬度標(biāo)

37、尺標(biāo)準(zhǔn)塊的硬度范圍示值允許誤差洛氏單位B20 HRB45 HRB45 HRB80 HRB士 4 H RB士 3 HRBXX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 12 頁 共 32 頁80 HRB100 HRB士 3 HRB2.2.2 熱處理工藝根據(jù)本課題的要求即研究時(shí)效時(shí)間對尺寸穩(wěn)定性的影響，考慮 LY12 鋁合金熱處理處理的特點(diǎn)，對 5 個(gè) LY12 鋁合金試樣先進(jìn)行相同固溶工藝接著不同時(shí)效工藝處理，在每一個(gè)階段測量出相應(yīng)的尺寸和硬度。1）固溶處理本課題研究的是時(shí)效工藝對殘余變形的影響，因此 5 個(gè)試樣應(yīng)采取相同的固溶處理制度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)試樣的特點(diǎn)，考慮所擁有的設(shè)備情況，根據(jù)生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，我們所確定的固

38、溶工藝為 4851h, 水冷至室溫。固溶處理的設(shè)備:箱式電阻爐 SXZ-2.5-12。2）人工時(shí)效處理為了得到時(shí)效時(shí)間與 LY12 合金試樣殘余變形的影響，我們對 5 個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣采用相同的時(shí)效溫度不同時(shí)效時(shí)間處理，同樣根據(jù)實(shí)驗(yàn)試樣的特點(diǎn)，考慮所擁有的設(shè)備情況，根據(jù)生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，對 5 個(gè)試樣我們制定的人工時(shí)效時(shí)效制度分別為：1901h、1904h、1908h、19012h、19040h 時(shí)效，人工時(shí)效處理的設(shè)備:箱式電阻爐 SXZ-2.5-12。2.2.3 尺寸的測量由于本課題研究的是變形問題，尺寸的測量顯得非常重要。為了能成功的完成實(shí)驗(yàn)。我們計(jì)劃測量的尺寸有三個(gè)：圖 2.1 中缺口 AB 的

39、尺寸；圖 2.1 中偏心圓的內(nèi)徑；圖 2.1 中試樣的外徑。測量方式：每次固溶處理完成后測量一次，時(shí)效完成后再測量一次，為了能減小誤差的影響，每個(gè)位置每次測量時(shí)測量三次，取其平均值。測量工具為測量精度為 0.02的游標(biāo)卡尺。XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 13 頁 共 32 頁 圖 2.2 試樣形狀尺寸圖 2.2.4 硬度測試實(shí)踐表明，工件內(nèi)部應(yīng)力的改變會(huì)引起工件硬度的改變，為了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)結(jié)果的令人信服，硬度在一定程度上反映了材料的應(yīng)力狀態(tài)。我們在測量變形尺寸的同時(shí)，對試樣同時(shí)進(jìn)行硬度測試。文獻(xiàn)26也說明了只要排除組織和強(qiáng)度的影響，通過測試硬度用來評(píng)價(jià)殘余應(yīng)力是有可能的。試驗(yàn)將采用型號(hào)

40、為HR/150A 硬度計(jì)來測量硬度，所用壓頭為直徑為 1.588mm(1/16 英寸)的淬硬的鋼球，加壓至 980.7N(合 100kgf)，加載時(shí)間 30s。對位置 C1、C2、C3、C4、C5出進(jìn)行硬度測試，考慮到原材料的不均勻性，我們在每一個(gè)位置按硬度測試規(guī)范至少測量 5 次硬度，在測得的硬度值中選出 3 個(gè)具有代表性硬度值作為試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均值。2.2.5 金相試驗(yàn)在熱處理工程中試樣增加的殘余應(yīng)力包括組織應(yīng)力和熱處理應(yīng)力，為了確定哪種應(yīng)力是引起試樣變形的主要因素，本試驗(yàn)對各種狀態(tài)下 LY12 合金試樣進(jìn)行了金相觀察, 研究熱處理之后材料析出相的形態(tài)和分布及熱處理前后組織的改變。

41、金相實(shí)驗(yàn)步驟包括：取樣、磨制、腐蝕、照相。1）取樣XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 14 頁 共 32 頁根據(jù)取樣的一般原則，本試驗(yàn)選擇觀察與缺口平行的側(cè)面進(jìn)行金相觀察，形狀為三角形，尺寸以方便試樣的磨光與拋光及金相的觀察為宜。截取方式：用手鋸在 5 個(gè)試樣上的相同部位截取相同的金相試樣。2）磨光與拋光根據(jù)試樣磨光和拋光的基本原則與注意事項(xiàng)依次用由粗到細(xì)的砂紙進(jìn)行磨樣，磨光與拋光的過程中要注意清洗工作。3）腐蝕本試驗(yàn)按 190mlH2O:5mlHNO3:3mlHCl:2mlHF 比例25配成腐蝕液，把拋光面向下浸入盛有浸蝕劑溶液的玻璃皿中，不斷擺動(dòng)，注意但不要擦傷表面，40s 后取出，然后立即流

42、水沖洗，再用酒精漂洗，然后用熱風(fēng)吹干，這樣就可在顯微鏡下觀察。4）照相把腐蝕后的試樣用橡皮泥固定好后，放在顯微鏡的載物臺(tái)上，分別在不同的放大倍數(shù)下觀察選取晶界顯示明顯、合金相清晰、層次感強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行拍照。3 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.13.1 熱處理工藝與殘余變形的關(guān)系熱處理工藝與殘余變形的關(guān)系在機(jī)械制造工藝中，熱處理是提高工件內(nèi)在質(zhì)量，延長其使用壽命的重要手段。檢驗(yàn)熱處理質(zhì)量的主要依據(jù)是硬度和金相組織，化學(xué)熱處理時(shí)再加上滲層的性能，但是實(shí)際上有許多工件，雖然熱處理后硬度、金相等性能都符合要求，但卻往往會(huì)因?yàn)楣ぜ淖冃味鴮?dǎo)致報(bào)廢。熱處理變形的種類通常有3種：外形變形、體積變形和微小變

43、形。其中外形變形是復(fù)雜應(yīng)力綜合作用的結(jié)果，類型如桿類的扭曲、彎曲、翹曲等；體積變形是由于組織轉(zhuǎn)變引起的，如工件的脹大或縮小，伸長或縮短；微小變形是比較常見的，這通常是由于隨時(shí)間的推移組織狀態(tài)或應(yīng)力松弛引起的，在淬火、低溫回火、深冷處理的工藝中。表3.1為經(jīng)過固溶處理和人工時(shí)效處理后LY12鋁合金試樣外徑、偏心圓內(nèi)徑及缺口的變形量，根據(jù)尺寸的變化量，我們來討論一下具體的熱處理制度與殘余變形的關(guān)系。把實(shí)驗(yàn)所測得到的尺寸數(shù)據(jù)經(jīng)過Origin軟件處理，并結(jié)合不同熱處理參數(shù)進(jìn)行分析，就可推斷出尺寸與熱處理制度的關(guān)系。表 3.1 熱處理前后試樣各部分尺寸的變化量（單位：）XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 1

44、5 頁 共 32 頁尺寸變化量試樣編號(hào)處理狀態(tài)缺口外徑偏心圓內(nèi)徑4851h 固溶0.110.12-0.0511901h 時(shí)效0.100.13-0.034851h 固溶0.430.070.1421904h 時(shí)效0.400.110.084851h 固溶0.190.450.4731908h 時(shí)效0.160.480.404851h 固溶0.17-0.05-0.61419012h 時(shí)效0.13-0.21-0.244851h 固溶0.230.030.09519040h 時(shí)效0.170.030.113.1.1 固溶處理對試樣尺寸的影響如表 3.1 所示，LY12 鋁合金試樣經(jīng)過 4851h 固溶處理后，缺口

45、的尺寸都呈增大的趨勢，外徑和偏心圓內(nèi)徑也大多呈增大的趨勢，且缺口的尺寸變化的百分率最大。說明經(jīng)過固溶處理，LY12 鋁合金試樣發(fā)生了變形，且表現(xiàn)出增大的趨勢。3.1.2 時(shí)效處理對試樣尺寸的影響如表 3.2 和表 3.3 所示，固溶處理時(shí)已經(jīng)變形的 LY12 鋁合金試樣分別經(jīng)過1901h、1904h、1908h、19012h、19040h 人工時(shí)效后尺寸有所恢復(fù)：時(shí)效后各部位的尺寸雖然仍然比原始尺寸較大，但是比起剛剛經(jīng)過固溶處理后的尺寸來說有所減小，且改變量與時(shí)效時(shí)間有關(guān)。在 LY12 鋁合金試樣各位置上，尺寸的恢復(fù)量又有所不同。缺口在人工時(shí)效后與剛固溶后的尺寸相比有所減小，時(shí)效過程中缺口處的

46、尺寸有所恢復(fù),且時(shí)效時(shí)間的越長缺口尺寸的恢復(fù)量也越大。如圖 3.1 和表 3.2 所示：19040h 人工時(shí)效后缺口尺寸恢復(fù)的最多，達(dá)到 0.0533；1901h 和 1904h 人工時(shí)效后，缺口尺寸與剛固溶后相比基本上沒有變化，所示的平均值可能只是測量時(shí)的誤差；1908h 和 19012h 人工時(shí)效后，缺口尺寸有較為明顯的恢復(fù)。對于外徑和XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 16 頁 共 32 頁偏心圓內(nèi)徑，與固溶后相比人工時(shí)效后的尺寸有的增加，有的減小，尺寸變化沒有顯示出特定的規(guī)律。3.1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析通常把沒有外力或外力矩作用而在物體內(nèi)部依然存在并自身保持平衡的應(yīng)力叫做內(nèi)應(yīng)力。所有工程材料

47、及其構(gòu)件，在其成型、熱處理、機(jī)械加工以及裝配等工藝過程中，都不同程度地產(chǎn)生殘余應(yīng)力。嚴(yán)格地講，完全沒有內(nèi)應(yīng)力的固體并不存在。眾所周知尺寸變化主要取決于殘余內(nèi)應(yīng)力的松弛，而在工件的加熱和冷卻過程中，由于眾多因素使一個(gè)工件的各部分變化不均勻，工件在熱處理中往往存在非常大的殘余應(yīng)力場，在使用過程及存放中受到外力、溫度等因素作用時(shí)殘余應(yīng)力將發(fā)生松馳與再分布，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力將得到釋放，殘余應(yīng)力重新分布直至達(dá)到內(nèi)力平衡，從而導(dǎo)致構(gòu)件變形，破壞了構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性。固溶處理時(shí)，試樣在加熱時(shí)，受熱時(shí)發(fā)生膨脹。剛開始加熱時(shí)，試樣的表層加熱快，溫度高，膨脹量較大，心部加熱慢，溫度低，膨脹量較小，表層受到內(nèi)層的約

48、束，受到壓應(yīng)力，與表層相反，內(nèi)層受到拉應(yīng)力；當(dāng)表層溫度升高到足以發(fā)生塑性變形時(shí)，表層優(yōu)先于心部產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)內(nèi)外熱應(yīng)力反向，心部受到壓應(yīng)力開始膨脹，最后的膨脹量將會(huì)超過表層。工件整體達(dá)到爐溫時(shí)，應(yīng)力基本松弛，但由于前一階段心部的膨脹量超過了表層，心部的膨脹量仍然大于表層。冷卻時(shí)，表層先冷卻，將收縮，心部溫度仍然很高，將會(huì)阻止表層收縮，此時(shí)表層受拉應(yīng)力，心部受到壓應(yīng)力，因此心部的自然長度比外層長。構(gòu)件在加熱和冷卻過程中，由于物體幾何形狀復(fù)雜不對稱等因素，構(gòu)件各部分的熱傳導(dǎo)狀態(tài)不同，構(gòu)件的溫度場不均勻，致使構(gòu)件內(nèi)各部分的彈性模量、熱膨脹系數(shù)等等各不相同，從而構(gòu)件所產(chǎn)生的塑性變形也是不均勻的。此

49、外各部分的加熱和冷卻不均勻，加熱和冷卻速度也不同。因而當(dāng)出現(xiàn)有完全相變終了的部分和相變尚未進(jìn)行的部分時(shí)，兩者便顯現(xiàn)出體積變化的差異。在具體組織結(jié)構(gòu)的濃度差時(shí)，則因相變和沉淀析出等，所引起的體積變化的程度也不同。試樣的組織變化引起的組織應(yīng)力也可能引起試樣的變形。單純由熱應(yīng)力或組織應(yīng)力引起的變形的情況在生產(chǎn)中幾乎不會(huì)發(fā)生，本試樣的變形可能是兩中應(yīng)力共同作用的結(jié)果。表 3.2 時(shí)效處理后試樣各部分尺寸的恢復(fù)量（單位：）XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 17 頁 共 32 頁恢復(fù)量時(shí)效時(shí)間（h）缺口外徑偏心圓內(nèi)徑10.01330.00670.020040.02670.0333-0.060080.0333

50、0.0267-0.0733120.0333-0.16000.3667400.05330.00000.0133表 3.3 時(shí)效處理后試樣缺口尺寸的恢復(fù)量（單位：）恢復(fù)量時(shí)效時(shí)間（h）123平均值10.040.000.000.013340.000.000.080.026780.10-0.020.020.0333120.060.000.040.0333400.120.020.020.0533圖 3.1時(shí)效時(shí)間- 缺口尺寸恢復(fù)量曲線由于本試樣形狀的特點(diǎn)，靠近缺口處的部分由于比較薄，固溶處理時(shí)加熱和XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 18 頁 共 32 頁冷卻過程中，表層與心部的差別較小，固溶后的相應(yīng)位置處

51、殘余應(yīng)力也較小。與此相反，距離缺口較遠(yuǎn)的部分由于較厚，加熱和冷卻時(shí)表層與心部差別較大，固溶后殘余的應(yīng)力較大。因此，LY12 合金試樣固溶處理發(fā)生膨脹尺寸變大時(shí)，距離缺口較遠(yuǎn)的部分因內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，變形也將比較大，缺口附近的部分殘余應(yīng)力較小而相應(yīng)的變形也較小，對缺口的尺寸變化貢獻(xiàn)較小。距離缺口較遠(yuǎn)的部分的尺寸變化集中在缺口處體現(xiàn)出來，因此缺口處的尺寸變化最為明顯。相應(yīng)的偏心圓內(nèi)徑和試樣的外徑由于測量的范圍遍布整個(gè)試樣，對于外徑和內(nèi)徑來說各部分的變形不均勻的程度較大，同固溶一樣的道理，偏心圓內(nèi)徑和外徑由于測量的位置分布在整個(gè)試樣上，尺從而相互影響，導(dǎo)致其尺寸變化率很小，而且無明顯的規(guī)律性，如表

52、3.2 所示。在人工時(shí)效過程中，由于固溶處理中快速冷卻而引起的各種不均勻的變化在時(shí)效時(shí)都會(huì)得到或多或少的改善。如固溶中快冷時(shí)來不及分解而被強(qiáng)行“凍結(jié)”到室溫的過飽和固溶體，這些過飽和固溶體并不穩(wěn)定，在時(shí)效時(shí)將會(huì)析出，轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的固溶體或中間相。如固溶時(shí) LY12 合金中得到的單相過飽和 固溶體并不穩(wěn)定，加熱時(shí)會(huì)析出 相（CuAl2） ，只要時(shí)效時(shí)間足夠，轉(zhuǎn)變將會(huì)很充分。由于時(shí)效溫度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固溶溫度，冷卻時(shí)又是在空氣中進(jìn)行，由于熱脹冷縮不均勻引起的熱應(yīng)力也大大降低，而且在固溶快冷時(shí)殘留于試樣中的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)或多或少的松弛，這與時(shí)效時(shí)間有關(guān)，時(shí)效時(shí)間越長，應(yīng)力松弛的程度也越大，故圖 3.1 上的

53、曲線上相應(yīng)較長時(shí)間人工時(shí)效后缺口尺寸的恢復(fù)量也越大，在本試驗(yàn)中人工時(shí)效 40h 時(shí)，缺口量恢復(fù)量最大。3.23.2 熱處理工藝與硬度的關(guān)系熱處理工藝與硬度的關(guān)系3.2.1 固溶處理對試樣硬度的影響如圖 3.2 所示圖（a）-（e）為固溶處理后 5 個(gè) LY12 鋁合金試樣的硬度分布，從圖（a）-（e）可以看出，固溶處理后，試樣上不同位置處的硬度值并不相等，且差別較大。比較 5 個(gè)試樣上的硬度分布圖，我們可以確定一點(diǎn)：固溶處理后LY12 試樣的硬度變化趨勢基本上表現(xiàn)為從 C1 到 C5 硬度值依次增大，少數(shù)有所波動(dòng),且固溶后 LY12 合金試樣硬度值基本上在 HRB6010 范圍內(nèi)。XX 大學(xué)

54、XX 屆畢業(yè)論文第 19 頁 共 32 頁（a）（f）（g）（b）（h）（c）XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 20 頁 共 32 頁（d）（i）（e）（j）圖 3.2（a）-（e）分別為編號(hào) 1-5 的試樣固溶處理后的硬度值， （f）-（j）為編號(hào)為 1-5 分別在 1901h、1904h、1908h、19012h、19040h 人工時(shí)效后的硬度。3.2.2 時(shí)效處理對試樣硬度的影響如圖 3.2 所示圖（f）-（j）分別為在 1901h、1904h、1908h、19012h、19040h 人工時(shí)效后 5 個(gè) LY12 鋁合金試樣的硬度分布。從（f）-（j）上我們可以看出在短時(shí)間（如 1h、4h

55、、8h、12h）人工時(shí)效后，試樣上的硬度也表現(xiàn)出從 C1 處到 C5 處硬度值依次增大的變化趨勢。但在較長時(shí)間（如 40h）人工時(shí)效后，試樣上的硬度分布發(fā)生了較大的變化，硬度峰值大約出現(xiàn)在 C2 與 C3 之間的某一位置處。時(shí)效硬度值基本上在 HRB8010 范圍內(nèi)。分別對比圖 3.2 中的圖（a）與（f） 、 （b）與（g） 、 （c）與（h） 、 （d）與（i）和（e）與（j） ，可以看出以下幾點(diǎn)：與固溶處理相比相比，人工時(shí)效后XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 21 頁 共 32 頁的 LY12 鋁合金試樣的硬度有所增加；在 190人工時(shí)效 1h、4h、8h、12h 后LY12 鋁合金試樣上

56、硬度的變化趨勢與固溶處理相同，最大硬度大約出現(xiàn)在 C5 附近；在 190人工時(shí)效 40h 后 LY12 鋁合金試樣上的硬度變化趨勢與固溶處理不同，最大硬度出現(xiàn)在 C2、C3 附近，圖 3.3 中的（a）-（e）表示的是試樣上相同位置在不同人工時(shí)效時(shí)間后的硬度隨時(shí)間的變化曲線。比較（a）-（e）5 條曲線，可以看出以下幾點(diǎn)硬度變化趨勢：隨人工時(shí)效時(shí)間的延長，LY12 合金試樣的硬度值初期呈現(xiàn)出增大的趨勢；在某一確定時(shí)間試樣上的硬度值達(dá)到峰值，圖 3.3 曲線上大約在人工時(shí)效 8h 后，試樣的硬度達(dá)到最大值；峰值后，隨時(shí)效時(shí)間的繼續(xù)增加，硬度開始減?。蝗斯r(shí)效時(shí)間繼續(xù)延長，硬度曲線呈現(xiàn)出波動(dòng)的特征

57、，或增大或減小，很難確定其變化趨勢。3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析硬度由于原理不同可分為壓入硬度和回彈硬度，但無論哪種硬度的測定值，都要受到影響。對于壓入硬度，殘余應(yīng)力要影響到壓入部分周圍的塑性變形從而使壓入硬度值的測定值有所變動(dòng)。文獻(xiàn)27在用硬度法評(píng)價(jià)殘余熱應(yīng)力時(shí)對維氏硬度分別用了下列兩種關(guān)系式進(jìn)行了回歸處理： r=kHV+H0 ; r=ecHV ; 式中k、H0、c均為常數(shù)。本文中 2.1.3 所論述的各種硬度之間的換算關(guān)系表明，各種類型硬度值都成正相關(guān)，公式抗拉強(qiáng)度(MPa)=26500/（130-HRB）表明抗拉強(qiáng)XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 22 頁 共 32 頁圖3.3（a）-（e）分

58、別為試樣上C1、C2、C3、C4、C5處的硬度隨人工時(shí)效時(shí)間的變化曲線（a）（b）（c）（d）（e）XX 大學(xué) XX 屆畢業(yè)論文第 23 頁 共 32 頁度與洛氏硬度 HRB 的值也成簡單的正相關(guān)。這些都證明，金屬材料的各種硬度之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。可以這么說殘余應(yīng)力越大，相應(yīng)的硬度也就越大。前面 3.1.3 中的試驗(yàn)結(jié)果分析已經(jīng)說明了在固溶過程中，加熱和冷卻后，LY12 合金試樣上距離缺口越遠(yuǎn)的部位殘余熱應(yīng)力越大，缺口附近的位置的殘余熱應(yīng)力則較小。故圖 3.2 中 LY12 鋁合金試樣固溶處理后的硬度分布曲線（a）-（e）表現(xiàn)出同一試樣上固溶處理后的硬度變化趨勢基本上表

59、現(xiàn)為從 C1 到 C5 硬度值依次增大，相應(yīng)的試驗(yàn)試樣上從缺口到距離缺口最遠(yuǎn)的位置殘余應(yīng)力的變化也是逐漸增大的趨勢。同樣 3.1.3 中也說明了時(shí)效過程中，殘余應(yīng)力會(huì)不同程度的松弛，且與時(shí)間有關(guān)，故圖 3.2 中（f）-（j）系列硬度與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系曲線顯示出了時(shí)效時(shí)間長短不同，單個(gè)試樣上的硬度分布也會(huì)不同。固溶處理后，全部銅原子溶入鋁基體內(nèi)，成為單相過飽和 固溶體，由于 相中銅原子溶解度提高而引起了固溶強(qiáng)化。在隨后的時(shí)效過程中從基體中析出的 G.P.區(qū)及各種過渡相（Al-Cu 合金中的 、）由于尺寸小，彌散度高，本身又不易變形，加在基體中造成點(diǎn)陣畸變，因此增加了合金的塑性變形抗力，提高了強(qiáng)度

60、與硬度，實(shí)現(xiàn)了沉淀硬化。故圖 3.2 中的曲線（a）與（f） 、 （b）與（g） 、 （c）與（h） 、 （d）與（i）和（e）與（j）分別對比呈現(xiàn)出人工時(shí)效后的LY12 鋁合金試樣的硬度值高于固溶處理的硬度值。隨后的室溫和固溶線的溫度范圍內(nèi)人工時(shí)效中隨著溫度的升高或隨著時(shí)間的延長，這些沉淀相會(huì)連續(xù)在的析出28。這個(gè)沉淀相析出階段沉淀相析出順序一般為：過飽和固溶體G.P.區(qū)(Al2Cu)。隨著時(shí)效的進(jìn)行，合金中主要析出相將從 G.P.區(qū)過渡到中間相和穩(wěn)定相析出階段。當(dāng)合金材料處于中間相析出階段時(shí)，多數(shù)情況下都具有最高的強(qiáng)度29。這些中間相有如下特征30：G.P.區(qū)點(diǎn)陣產(chǎn)生彈性收縮，與周圍基體形