Al-Si-Cu-Mg铸态合金时效强化奇异"双峰"现象形成机理

一直以来，铝合金的时效过程被认为是：欠时效→峰时效→过时效，而申请者在前期研究中发现，Al-Si-Cu-Mg铸态合金时效强化曲线存在双时效峰，产生这种奇异 "双峰"现象的本质目前尚未揭示。本研究结合固态相变理论、固体电子理论、晶体学等理论，针对该合金时效强化"双峰"现象形成机理展开研究，目的是揭示合金元素与铸态组织在合金时效强化过程中的作用机理。重点研究：时效过程中各强化相形貌、体积分数、尺寸及分布的变化规律；合金元素对时效强化相种类及其沉淀序列的影响规律；分析时效强化相在沉淀析出各阶段形核、长大的动力学机制。本研究的科学意义在于系统地研究Al-Si-Cu-Mg铸态合金的时效强化特性，获得时效强化相在沉淀析出各阶段形核、长大动力学原理的基础上，揭示Al-Si-Cu-Mg铸态合金时效强化"双峰"现象形成的本质，从而丰富铸造铝合金时效强化理论，为开发高性能铝合金铸件奠定理论基础

在铸态Al-Si1-Cu-Mg合金时效组织中，可以观察一种细小的点状析出相，不仅均匀地分布在合金的基体中，而且从时效初期开始形成到时候后期，一直存在于合金基体中，初步判定该相为Q’相。Q’相在时效初期（1h）就已形成，当时效6h后，Q’相数量进一步增加，密度增大，而且θ’’相也已形成，合金的硬度达到了第一个峰值。继续时效，θ’’逐渐溶解，密度减小，Q’相转变为Q相，尺寸略有长大，晶格畸变减小，表现为硬度曲线上的谷值。当时效12h时，θ’相逐渐形成，强化作用表现出来，达到第二个硬度峰值。时效14h时，θ’弥散相变得粗大，呈现出过时效现象，硬度值降低。.　 Cu和Mg元素含量在一定范围内，随着含量的增加，合金的布氏硬度明显增加。在Al-10Si-0.5Mg合金中添加了Cu元素之后，Mg2Si相消失，而出现了Al2Cu相和Al1.9Cu1.0Mg4.1Si3.3四元相。且随着Cu含量的增加，θ(Al2Cu)相和四元相逐渐增多。在Al-10Si-1.5Cu合金中添加了Mg元素之后，除了Al相、Si相、Al2Cu相外，同时还形成了Al1.9Cu1.0Mg4.1Si3.3四元相。.　　过共晶Al-Si-Cu-Mg合金的时效硬化曲线也出现了“双峰”现象，时效8h后，曲线上出现了第一个时效峰，时效14h后，时效曲线上出现了第二个时效峰，由此可见，Si元素含量对Al-Si-Cu-Mg合金的时效析出特性影响不大。过共晶Al-Si-Cu-Mg合金双级别时效后，硬化曲线同样出现“双峰”现象。.　　3DAP结果显示Al-Si1-Cu-Mg合金时效初期（2h）基体中形成了CuMgSi及MgSi团簇结构。电子理论计算结果与实验结果相一致，且预测了高强度铸造Al10Si1.5Cu0.5Mg合金中时效初期可能出现的团簇结构等相变行为。通过对该合金TEM组织及形貌的分析结合电子理论计算结果分析表明铸造Al-Si-Cu-Mg合金在时效初期就可能形成富含CuMgSi原子的团簇结构，以及大量的MgSi聚集区。并作为沉淀相的形核基础在时效过程中析出了β’’相及Q’相，强化了合金。随着时效时间的延长β’’相在与Q’相对MgSi原子的竞争中溶解，合金硬度下降。在溶质扩散的过程中与Cu原子结合形成了新的CuMgSi团簇并促进Q’相的形成，导致了第二个时效峰值的出现。