时效时间/天
图3-5-6A1—Cu合金在130C时效硬度及结构变化图
、6063合金的入工时效工艺
6063合金的时效工艺比较成熟，一般选择加热保温温度为170〜220C,保
温l〜8h。
时效温度低则保温时间长，选择较高的时效温度，则保温时间相应缩短。
对丁不同企业来说，时效炉的加热方式、炉子的形状、大小、温差各不相同。
因此选择最佳的时效工艺，最好通过实验来确定。
例如切取一批6063合金挤压制品的时效试样，按温度不同分成若干组，在每一个温度下，乂分为不同的保温时间，进行时效试验。
然后将试样分别测定抗拉强度，不同温度、不同保温时间测得的抗拉强度值列丁表3-5-6中。
最后将表中数据绘成时效硬化曲线。
如图3-5-7所示。
由图可知：
时效温度为180C时，达到6063合金国家标准的抗拉强度的保温时间要4h以上；时效温度为190C时，则需要2.5h以上；时效温度为200C时，则只需要1h就可以了。
目前各个企业多数采用下面三个不同的时效工艺：
1）时效温度180土5C,保温4〜8h;
2）时效温度190土5C,保温3〜6h;
3）时效温度200土5C,保温1.5〜3h。
保温时间的选择应根据铝型材的壁厚和装料的紧密程度来决定。
一般壁厚
1.2mm以下时取下限保温时间，壁厚在5.0mm以上取上限保温时间。
在其中问的壁厚选择上、下限保温时间的适当时间。
如装炉量少，装料稀疏可以选偏下限的保温时间；装炉量多，且摆放致密应选偏上限的保温时间。
从表3-5-6和图3-5-7可知：
时效温度相差10C,同一保温时间下制品的强度相差较大，说明铝合金的时效效果对温度十分敏感，为保证制品性能的均匀性和稳定性，对时效炉的温差要求较严。
一般应在土5C的范围内，最好能控制在土3C。
表3-5-6不同温度、不同保温时间试样的强度值/MPa
显度/C
时间/h
1
1.5
2.O
2.5
3.0
4.0
5.0
6.O
7.0
8.0
160
144
147
150
152
154
156
159
165
170
145
148
150
153
156
158
160
163
168
180
146
151
153
156
159
162
167
171
178
179
190
150
155
161
164
167
169
172
178
180
179
200
160
165
171
178
178
177
176
173
210
163
168
174
178
177
175
01L52.02,5345678
时间/h
图3-5—7时效硬化曲线
四、其他工业铝型材的时效工艺
其他工业铝材的挤压铝合金有一部分是可以自然时效的。
根据不同合金的特点，自然时效的时间长短不同。
一般自然时效的合金，淬火后在室温放置四昼夜均可以达到最大的力学性能，自然时效效果最明显是在24h之内，通常在48h之内可以基本完成时效强化过程。
图3-5-8和网3-5-9可以看出自然时效时间对力学性能的影响。
图3—5—82A11合金机4mm棒材自然时效
保温时间对力学性能的影响
600
350ELMO
0244872192
时效时间外
辞火加灿度］500r,保海酎闾早40min
图3—5—92A12合金巾15mm棒材自然时效
保温时间对力学性能的影响
需要人工时效的合金，淬火后为防止“停放效应”引起时效后力学性能降低的现
象，应尽快将挤压淬火制品进行人工时效。
一般在室温下停放时间不应超过2〜
4ho人工时效工艺最好按上节所介绍的方法，通过试验来确定人工时效工艺。
其他工业铝合金的人工时效工艺可参考表3-5-7。
表3-5-7变形铝合金人工时效工艺
合金
时效温度/c
保温时间/h
合金
时效温度/c
保温时间/h
7A10
120+5
12
6070
165+5
4
7A09
135+5-2
12
2A02,2A16
1654-5
16
7A04
138+5
16
2A80
170+5
8
7A15
145+5
20
2014
171+5
8
2A50,2B50
150+5
4
6351
180+5
8
2A14
150+5
6
12（厚壁材）
2A17
185+5
16
6A02
155+5
8
2A70
185+5
8
7A12
一级95+5
5（第一阶段）
6101
200+5
6
2级155+5
8（第二阶段）
4A11
160+5
8
2A16
210+5
6
2A90
165+5
8
6061,6063
180+5
5
200+5
l
对于可以进行自然时效或者人工时效的铝合金，采用哪种方法时效应根据其使用要求而定。
一般来说采用自然时效的铝合金，屈服强度稍低，而耐蚀性能较好；采用人工时效的铝合金，其屈服强度较高，而伸长率和耐腐蚀性能降低。
但对Al-Zn-MkCu系合金，如7A04合金则相反，采用人工时效时，合金的耐腐蚀性能反而较自然时效的好些。
五、影晌时效效果的因素
1.合金的化学成分影响
时效强化效果取决于合金组元能否溶于固溶体以及固溶体随温度变化产生脱溶相的性质和脱溶程度。
如铤、硅在铝中的固溶度较小，且随温度变化不大，镁、锌虽然在铝基中有较大的固溶度，但它们与铝形的化合物的结构与铝基体的差异较小，强化效果甚微。
所以Al-MnAl-Si,Al-MgAl-Zn系合金通常都不采用时效强化处理。
而Al—Cu,Al-MoSi和Al-C卜Mg~Si系合金中的（CuAl2）相、MgSi相、S（ARCuMg）目在高温下能溶于固溶体中，溶解度随温度而变化，因而可以通过淬火、时效提高合金的强度。
对于以9（CuAl2）相、Mg
Si相和S（AGCuMg）目为强化相的合金而言，随着CuAk,MgSi和Al,CuMg勺含量增加，时效强化效果逐渐增加。
2.时效温度的影响
从图3-5-7可知，不同时效温度获得最大强度值的保温时间不同或在同一保温时间下的强度值不同。
这是因为在不同温度时效，析出相的临界晶核大小、数量、成分以及富集区长大速度不同。
如温度太低、扩散困难，GP区不易形成
或数量很少，因而时效后的强度低，而时效温度过高时，扩散容易产生，过饱和固溶体析出相粗大，使强度降低，即产生过时效现象。
因此每种合金都有在某一保温时间内最佳的时效温度。
不同的时效温度对时效效果的影响不相同。
应当指出，一定的时效温度必须与一定的时效时间相结合，才能获得满意的强化效果。
时效时间太短，将使合金时效不充分，降低强化效果。
时效时间太长，将会产生过时效，同样降低强化效果，特别是时效温度较高时，这种影响更为明显。
3.淬火到人工时效中问停放时间的影响
从淬火到人工时效中问停放时间，是指挤压制品经风冷或水冷到人工时效开始之间的时间，或挤压制品从淬火炉出来进行淬火后到人工时效开始之间的时问。
不同合金的中间停放时间，都会不同程度地影响时效后的强化效果，这种现象称为“停放效应”。
对于Al-M^Si系合金而言，中间停放时间，根据其化学成分的不同，可以使合金的力学性能降低，也可以使合金的力学性能提高。
如图3-5-10所示，当形成的MgSi含量在1.0%以下时，中间停放时间将引起人工时效后强度增加，MgSi含量高于l%时，将引起人工时效后强度降低。
6063合金的Mg：
Si含量一般在0.8%〜l.1%之间，因此室温停放时间对人工时效后的强度影响不大，甚至还稍有提高。
对于6061合金和硬铝、超硬铝合金如7A04,7075等合金，中间停放时间会使人工时效后的强度降低。
实验证明在4〜30h的范围内影响最大。
因此这类合金最好在淬火后立即进行人工时效。
规定中间停放时间应在4h之内。
有人对6A02合金的中间停放时间进行研究、对型材抗拉强度的影响如图
3—5—11所示。
由图可知：
1）停放时间很短（1h以内），由丁在停放时间内自然时效产生的小尺寸GP区，在人工时效温度下不稳定而重新溶丁固溶体，形核率降低，人工时效后的型材组织内存在粗大过渡相，因而使型材抗拉强度不高。
2）当停放时间在2〜3h之内，可获得最佳的时效效果。
因为此时获得了尺
寸适当的GP区，它在人工时效开始时稳定，形核率高。
人工时效时，Mg和Si
的原子继续向硅偏聚团上迁移，大量的稳定晶核继续成长，形成弥散的MgSi强化相，同时CuAl2相也参加时效，型材性能达到峰值。
3）如果停放时间过长，合金内产生大量的大尺寸偏聚团，使固溶体内溶质原子浓度降低，人工时效过程中，大丁临界尺寸的GP区重新溶丁固溶体而大量共格析出产物粗大，形成了较大的MgSi相粒子，使型材性能降低。
A1020.40.60.8L01.2L4
w（Siy%
图3—5—11停放时间对型材抗拉强度影响图24h引起抗拉强度的变化
400
图3—5—10A1-Mg-Si合金淬火后存放
六、分级时效与形变时效
1.分级时效
近年来随着工业铝材的应用Et益广泛，20世纪70年代研究开发的一种新的时效方法，分级时效已越来越多被采用。
分级时效乂称阶段时效。
它是把淬火后的制品放在不同温度下进行两次以上加热保温的一种时效方法。
在分级时效时，一般都是第一阶段采用较低的温度，促使过饱和固溶体内形成大量弥散的GP区作为向中间相过渡的核心，随着GP区密度的增加，也等丁加大了中间相的弥散度。
第二阶段采用较高的温度时效，促使在较低温度下形成的GP区继续
长大，得到密度较大的中间相，引起制品充分强化。
分级时效与单级时效相比，可以缩短时效时间，并且可以改善超硬铝合金Al—Zn-MgffiAl-Zn—M厂Cu系合金的显微结构，可以保持力学性能不变的情况下，显著提高合金的耐应力腐蚀能力、疲劳强度和断裂韧度。
分级时效工艺一般都是第一阶段温度较低，要保证形成GP区在短时间内完
成。
第二阶段的时效温度较高，促使GP区向中间相转变，以获得较高的强度和其他良好的性能。
几种超硬铝合金的分级时效工艺见表3-5-8。
表3-5-8几种铝合金的分级时效工艺
合金
时效温度/c
时效时间/h
合金
时效温度/c
时效时间/h
7A05,7A06
1级115〜125
1级155〜160
3〜5
3〜5
7005
1级95〜105
2级150〜155
6〜8
12〜l6
7003
1级95〜100
2级155〜160
5
8
7475
1级110〜130
2级150〜180
6〜12
12〜30
7A03
1级115〜125
2级160〜170
2〜4
3〜5
7075
1级115〜125
2级160〜170
1级3〜5
2级15〜18
3.形变时效
形变时效是把时效硬化和加工硬化结合起来的一种新的热处理方法。
也称低
温形变热处理。
通常的处理方式有：
1）淬火一一冷变形一一人工时效
2）淬火——自然时效——冷变形——人工时效
3）淬火一一人工时效（短时）一一冷变形一一人工时效
形变时效由丁把时效硬化与加工硬化结合起来，增加了合金中的位错与空位，在固溶体中形成了稳定的业结构，因而提高了铝合金的强度和耐蚀性。
对丁不同的合金可以试用不同的低温形变热处理工艺组合。
低温形变使合金
中形成较多的位错网络，使脱溶相形核更广泛和均匀，利丁合金强度提高。
合金淬火后，经过冷变形再加热到时效温度后，脱溶与回复过程同时发生，脱溶过程因冷变形而加速，脱溶相质点更加弥散。
冷变形使合金产生大量的位错塞积与缠结，有利丁溶质原子的聚集和强化相的形核和析出，使得时效过程加速。
形变时效由丁淬火和人工时效之间要进行一次冷变形，对丁铝型材来说是不太适用的，因此主要用于板材、管材和棒材。
如2A12合金板材淬火后采用小于30%的冷变形，再人工时效，可以提高抗拉强度，在150C的温度下抗拉强度可提高13%〜18%。
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