水淬火温度对al - 4.5%铜的硬度

文摘

沉淀动力学al - 4.5%的铜水淬媒体在0°C, 25°C, 40°C被研究。铝和铜锭作为炉料的原材料被融化在一个倾斜坩埚炉(电)150公斤容量。熔融合金之后,注入金属模具直接从坩埚锅和允许在模具和在环境温度下冷却,固化后的样本从模具中删除。演员样本solutionized一小时在545°C和马弗炉跳进了水在25°C举行了10分钟。降水进行了热处理炉在130°C。过程是重复但与水在0°C, 40°C,蒸馏水在室温下在不同老化时间。淬火状态的硬度和老化后硬度是决定使用洛氏硬度计(模型小时150年纪念ASTM D785)。获得的结果表明,峰值硬度值为23.8时得到八十分钟的样品在水中淬火在0°C。研究了合金可能会发现应用程序在开发汽车零部件产业。

关键字

铝、铜、淬火、水、硬度、降水、温度

介绍

铝和铝合金有许多杰出的属性,导致广泛的应用程序,包括良好的腐蚀和抗氧化性能,高电气和热导率、低密度、高反射率,高韧性,高强度,合理和相对较低的成本。铝是一种轻量级材料密度为2.7克/立方厘米(0.1磅/ in.3)。铝是第三个最丰富的元素(氧和硅)后,在地壳中含量最丰富的金属,占地壳重量的8%质量(1]。纯铝及其合金表面——心立方(FCC)结构,稳定其熔点在657°C (1215°F)。因为FCC结构包含多个滑飞机,这种晶体结构大大有助于良好的铝合金的成形性2]。铝合金显示良好的结合强度和延性。

这些材料的优良的机械性能和相对较低的生产成本使他们非常有吸引力的各种各样的应用程序都从科技的观点。在强度重量的基础上,大多数的铝合金是优于钢但耐磨性,蠕变和疲劳属性通常都是些穷(3]。

像铝,铜是100%可回收利用,没有任何质量损失,来自原始状态和制造产品。体积、铜后第三大回收金属铁和铝。

众所周知,热处理是一种重要的方法来改善铝合金的机械性能(4]。年龄很难使铝合金的热处理包括解决方案活力合金,淬火,然后衰老在室温下(自然衰老)或在高温(人工时效)5]。

沉淀硬化合金可以形成一个相对软状态然后热处理后高得多的强度水平形成操作完成。此外,铝及其合金中无毒,容易回收的结构材料。合金的最终属性不仅由于它的化学成分,但也对其冶金历史(6]。可以使用不同的治疗方法改变合金的性能。从而找到最佳的治疗有一个基本的重要性,以达到所需的属性。合金行业基于系统卓越的抗蠕变强度的优势在升高的温度下(7]。

淬火是一个关键的一步抑制沉淀保留超饱和固溶体,控制变形,减少残余应力在铝合金。淬火媒体常用的铝合金包括盐水溶液、水、和聚合物解决方案(8]。淬火槽的物理性质直接影响淬火的冷却速度。这些属性包括淬火剂的类型、温度、浓度、搅拌水平(8]。这些参数必须控制优化淬火工艺合金微观结构、属性和性能。铝合金的时效硬化基本上是极小的金属合金的强化和均匀分布分散的颗粒沉淀从过饱和固溶体。合金变得困难与时间或年龄发展硬度和强度。

vThe淬火合金的硬度随老化时间的函数。老化的淬火合金在室温下被称为自然衰老而在升高的温度下被称为人工老化。降水固溶体发生在溶质的溶解度随温度降低。第二阶段的沉淀在本质上应该是一致的。时效硬化的目的是创建在热处理合金中的沉淀的微小颗粒的密度矩阵可变形的金属。沉淀粒子作为阻碍位错运动,从而强化热处理的合金。

句话说,一般要求过饱和固溶体的降水加强包括精细分散粒子的形成(9]。沉淀粒子成核和生长;溶质原子的扩散到它从矩阵的阶段。它被称为沉淀,因为小颗粒的新阶段称为沉淀(10]。人工老化将完成不仅低于平衡溶线温度低于亚稳态混溶隙称为Guinier-Preston (GP)区溶线。沉淀强化和时效硬化提供了一个最广泛使用的金属合金的强化机制。降水加强过程包括三个基本步骤:

固溶热处理或均化

在这一步中,X1组成的合金加热到温度T1,溶线和固相线温度之间,以溶解和分散均匀的矩阵形成的阶段在凝固和浸泡,直到所有的溶质溶解到X阶段和产生一个统一的固溶体结构。沉淀溶解,任何减少隔离呈现在原始的合金。

淬火

固溶体迅速冷却形成过饱和固溶体。淬火过程背后的基本原理是保持高温均匀合金的固溶体结构均一化温度以下图1。

老化

这是沉淀的过程一致的或不连贯的沉淀物从过饱和固溶体。下面的过饱和固溶体加热溶线温度产生细分散沉淀图2。

造成的强化机制,行业热处理铝合金可以证明使用合金所示图1所示。

沉淀可硬化的铝合金热处理在三步过程:热解决方案治疗、淬火和时效硬化。解决方案治疗旨在溶解可溶性阶段。淬火的目的是保护形成的固溶体迅速冷却到较低的温度,通常室温。时效硬化旨在沉淀强化阶段(3]。过热高于或在溶液中加热温度低于指定范围的治疗和时效硬化的步骤以及淬火不足可能会导致机械性能退化。

硬化是通过控制拒绝从过饱和固溶体铜。铜的溶解度α-Aluminum温度增加而增加的共晶温度约540°C。平衡组织低于共晶温度是一个两阶段混合α-Aluminium和CuAl2金属间化合物阶段。快速淬火温度的解决方案可以防止θ活动缓慢沉淀,形成一个高度过饱和固溶体铜图3。

al - 4.5%铜合金已广泛应用在航空航天和汽车工业12]。这可以归因于高强度重量比,其特点在更高的温度下抗拉强度的增加。

在这项工作中,一个调查已经完成研究水淬火介质的影响在不同的淬火温度对沉淀动力学在al - 4.5%的铜。

材料和方法

材料采购

模式使材料如木材、指甲等,从Akwuke硅砂河煤尘、膨润土、铝锭,铜锭,高温计,钢包坩埚炉、热处理炉、水、蒸馏水、金刚砂纸,腐蚀剂,尼康相机显微镜、硬度试验机。

融化的过程

为每个融化所需的成分是由称量其重量百分比。这是略微超过了在每种情况下电荷后计算,为氧化损失。炉是彻底检查,之后点燃。倾斜的材料融化坩埚炉(电)150公斤容量。炉料的原材料;铝锭,铜锭。冲进炉的材料是重正确根据电荷组成,作为称重误差会使产品的规范,它变成了一个拒绝。第一次冲进铜锭炉因其更高的熔点。虽然铜的熔点,1083°C高于铝,660°C,铝的熔点高到足以导致铜原子扩散的融化。

锭到炉的充电完成轻轻在一个批处理过程中,这有助于消除衬里损伤的可能性以及在炉金属桥形成。熔融合金之后,涌入的金属模具直接从坩埚。它凝固在模具和在环境温度允许一些时间冷静,之后投/样本从模具中删除。演员圆棒磨在车床获得直径20毫米,长度140毫米。每一个酒吧与弓锯切成12块,一块测量20毫米×20毫米。

他们加工所需的形状和尺寸的各种测试用标准规范。

实验的程序

7轮酒吧al - 4.5%的铜合金测量直径20毫米和140毫米长从演员,被切成12块20毫米直径×20毫米盘给了总共84磁盘。第一批12个磁盘放入马弗炉在545°C和允许solutionize一小时然后跳入水中举行25°C,这是为10分钟。的12个磁盘被带出去的淬火硬度和显微组织。剩下的11个磁盘是在130°C降水热处理炉。130°C的选择是先确保一致的降水形成的,因为它是以下两GP1中溶线行,和GP2区。15分钟后出11标本被免职,其硬度和显微组织,紧随其后的是带了三个标本每隔15分钟。其余7标本了每隔20分钟使总老化时间200分钟。为每个这些标本,硬度阅读。

硬度试验

硬度进行样品的类型是洛氏硬度试验,因为它给出了一个快速直读的硬度值。的洛氏硬度试验机(150小时)模型试样放置在机器和硬度计压头(钢球)被带进接触准备下试样表面的初始负载100 n和1371 n的原始负荷给定总负荷1471 n。雷竞技网页版现在开始按钮被按下,阅读会自动显示在屏幕上。对于每一个试样,三个压痕,和平均值。象征人力资源补充的一封信(B或C),表示所使用的硬度标度。这个测试中使用的规模是C规模使价值在HRC。

结果和讨论

洛氏硬度试验

从结果中表1淬火状态有一个硬度值12.2高压。在这之后,硬度值增加,达到峰值硬度值八十分钟23.8高压。这可能归因于足够的时间从而合金的原子系统的扩散,导致沉淀析出硬化达到所需的临界尺寸和分布发生。因此,好的好分散形成沉淀。这些沉淀物被有效地阻碍位错运动,因此,观察到的增加硬度值。随着老化时间的增加,就像观察到一百分钟和一百二十分钟之间,硬度值降低可能是由于转换的沉淀粗沉淀为老化的进展。这些优良的合金的沉淀将阻碍位错运动的合金系统,因此,硬化合金图4。也,因为温度的系统例如0°C,合金的原子的扩散速度过于缓慢,因为温度影响扩散速率确凿的作品Ilangovan和Sellamuthu12]。

表1。样品在水中淬火硬度试验结果在0°C。

洛氏硬度试验的结果为样品在水中淬火25ºC中给出表2和情节图5。试样的洛氏硬度值在淬火状态的状态是4.6。最大的洛氏硬度值16.07得到一小时二十分钟即八十分钟获得了最低的硬度值为6.1时15分钟。经过15分钟的老化,硬度的材料增加,达到最大值16.07八十分钟。之后,又继续减少从一百分钟到二百分钟。行业在二元合金,降水序列可以表示为:过饱和固溶体-•GP区•θ”——•θ”——•θ(Al2Cu)。在这些合金中,在室温下观察硬化是由于局部浓度的铜原子形成Guinier-Preston区域,指定医生(1)原子没有足够的时间来分散潜在的成核点,从而θ沉淀不形式,因此,降低硬度值。当沉淀变得太粗鄙不堪,他们太分散,有效地阻碍位错运动,和硬度降低。在八十分钟,它达到了一个峰值的16.07;又减少了这一次后,达到最低的硬度值为7.3二百分钟。被盛指出,最大硬度值,它被称为老龄化高峰点或T6脾气,与沉淀达到临界尺寸和分布。合金的细分散沉淀的形成是precipitationhardening的目的的过程。合金中的细沉淀阻碍位错运动,迫使混乱穿过沉淀粒子或周围。 By restricting the dislocation movement during deformation, the hardness of the alloy is improved. Optimal mechanical properties are achieved by growing the θ" phase as large as possible without beginning to form the intermediate θ’ phase. The observed decrease in hardness value after the peak hardness value of 16.07 at eighty minutes is likely due to the formation of intermediate ‘θ’ phase which caused recrystallization, softening, and a decrease in hardness; this is known as over-aging. Therefore, as was noted by Ilangovan and Sellamuthu [12]。硬度随老化时间增加到一定极限取决于合金的成分和老化温度。

表2。样品在水中淬火硬度试验结果在25°C。

样品在水中淬火硬度试验结果在40°C中给出表3和策划图6。在水中淬火,被沈观察,可以减少冷却率提高水温。沉淀的形成一个最佳的大小和分布将更加快速在更高的温度,硬度峰值发生在较短的时间随着老化温度的增加。从表3,这是明显的峰值硬度18.9实现高压老化时间45分钟。然而,形成的沉淀量随温度增加而降低(过饱和度下降)和峰值硬度的大小减少。40岁一个ƒ€¹‚¡C,表3相比,峰值硬度较低,水温较低的地方。这是符合Kadhim的工作,它是指出,水温的增加降低了water-quenched合金的硬度。水的淬火特点显著改变通过加热水(http://www.croucher.us/water-quenching)。同时,预期在给定老化温度、溶质含量越高,越快将达到峰值硬度,因为过度饱和会更大,因此扩散将更快。增加水的温度会导致重大损失在硬度和拉伸性能部分是后来特别是热处理淬灭越敏感的2000岁和7000系列合金(http://www.croucher.us/water-quenching)。

3所示。样品在水中淬火硬度试验结果在40摄氏度。

洛氏硬度测试的结果在蒸馏水提出了淬火样品表4和策划图7。在淬火试样的硬度值是12.55高压状态。最大洛氏硬度值21.16高压得到最低的硬度为一百四十分钟,12.4高压得到二百分钟的价值。长时间达到峰值硬度可能是因为延迟形成精细分散沉淀沉淀硬化合金体系中负责过程和可能归因于铜原子扩散速率低的蒸馏水。铜合金系统中原子的浓度逐渐下降(13),观察到析出硬化被延迟,导致铜靠面积和峰值硬度较大的老化时间。所有的热处理条件下,微观硬度与老化时间增加一个峰值,然后随老化时间延长。这可以解释为CuAl2的进化与老化时间沉淀,沉淀之间的交互和混乱。水淬火样品通常显示峰值硬度在后期衰老的时间,这可以归因于从贱金属铜原子的扩散到国际米兰-金属地区的合金从而减少铜析出硬化所需浓度。水淬火样品产生更多的混乱。

表4。淬火硬度测试结果为样本indistilled水。

结论

沉淀动力学al - 4.5%的铜水淬媒体在0°C, 25°C, 40°C被研究。水在0°C和25°C记录峰值硬度值相同的老化后一个小时二十分钟,虽然水在0°C最高硬度值为23.8。样品在水中淬火在40°C的老化时间越短其硬度值45分钟。蒸馏水0°C有淬火样品达到峰值硬度的老化时间后一小时50分钟。因此,水的温度和状态存在影响行业合金的沉淀动力学在水淬火硬度值显示在样品开发研究[14]。

引用

1. Shakhashiri。化学的:铝科学有趣的威斯康辛大学组织。2008。
2. 坎贝尔FC。冶金和工程合金的元素。ASM Int。2008。
3. Nwajagu有限公司铸造理论和实践。ABC出版商埃努古。
4. Shabestari SG Shahri f .修改的影响,凝固条件和热处理对A356铝合金的显微组织和力学性能。J Sci母校呢。2004;39:2023 - 2032。
5. :P, et al .热处理对力学性能的影响和thixocast A356铝合金的断裂行为。J Sci母校呢。2004;39:1653 - 1658。
6. 考夫曼詹和Rooy EL。铝合金铸造、属性、过程和应用程序。ASM国际》2004。
7. Polmear IJ。铝alloys-a世纪的时效硬化、材料论坛。2004。
8. 巴特勒裘槎T和d .聚合物淬火的铝铸件在26日国家SAMPE研讨会。1981。
9. 材料信息社会。ASM手册:热处理。俄亥俄州:ASM国际》1991。
10. 声称ZD。工程材料的性质和属性。纽约:约翰·威利和儿子Inc.1959
11. 史密斯WF。材料科学与工程的原则。麦格劳希尔公司。
12. Ilangoran年代,et al。老化时间对力学性能的影响4.5砂型铸造铝铜合金。IJRET j . 2014; 3:57 - 61。
13. 阿苏t的时效硬化行为的研究基地4.5立方/ Zrsio4组合在不同淬火介质,掌握科技论文,物理与材料科学学院,塔帕尔大学,帕蒂亚拉。2007。
14. 托坦通用电气和麦肯齐DS。铝淬火技术:一个回顾。板牙Sci论坛。2000;331:589 - 594。