铝合金的析出硬化处理

1. 实验目的

1. 了解析出硬化的机制。

2. 学习铝合金析出硬化处理之适当作业步骤。

3. 学习析出硬化效果之量测。

2. 实验设备

中温加热炉、低温加热炉、淬火槽、硬度试验计及金相观察设备。

3. 实验原理

1.析出硬化简介【1~8】：

二十世纪初德国人Alfred Wilm 把含有4%Cu及微量Mg和Mn之铝合金，经高温淬火后，室温放置或于稍高温下恒温处理一段时间，发现此合金有时效硬化现象；即其硬度和强度会随放置（或处理）时间之增长逐渐增加。1930年代Guinier和Preston利用X-Ray绕射法量测出微细析出物的存在，1950年代TEM发明而可直接观察析出粒子，使析出硬化之理论快速进展而逐渐建立。目前已可使某些铝、钛、镁和铜之合金、不锈钢、超合金及麻时效钢等结构材料，利用析出硬化处理大幅提高它们之强硬度。

析出硬化处理的最基本程序至少须包含三个步骤：溶体化处理（solution treatment）、快速淬火（quenching）及时效处理（aging treatment）。溶体化处理是将材料加热至固溶线以上之单相区，持温一适当时间使合金元素全部溶入基地而形成单相固溶体。快速淬火至低温，则材料形成过饱和固溶体。时效处理是要把过饱和固溶体放置于室温或在稍高温恒温加热，使超过溶解度的合金元素或金属间化合物逐渐析出，来产生强硬化的效应。因此，能析出硬化的材料必需具备两项基本的特性：（1）主要合金元素的溶解度须随温度之升高而增加，亦即能在淬火后形成过饱和固溶体。（2）能在室温或稍高温析出微细又密集的非平衡相析出物。

2.热处理型铝合金【3】

铝合金因所含的合金元素及产生的组成结构对热处理的反应不同，一般可粗分成两种类型，热处理型与不能热处理型铝合金；前者是指铝合金之强硬度主要可藉热处理（析出硬化）来增大，后者之强硬度只有利用固溶硬化或加工硬化来增大。属于热处理型之商用铝合金有2000系之Al-Cu-(Mg)，6000系之Al-Mg-Si及7000系之Al-Zn-Mg-(Cu)；其他1000系之纯铝，3000系之Ai-Mn，4000系之Al-Si及5000系之Al-Mg等合金虽亦具有析出硬化所需的第一项特性，但因析出物为粗大之平衡相，而不适合用为析出硬化型铝合金。