实验十铝合金最佳固溶时效强化工艺参数的研究
—Al—Si－Cu－Mg－Mn系合金最佳固溶时效强化工艺参数的测定
一、实验目的：
通过Al—Si－Cu－Mg－Mn的成分配制—合金的熔炼—合金的固溶时效—显微组织分析—机械性能测定，最终测得最佳的铝合金固溶与时效温度及热处理时间的工艺参数。
二、原理概述：
从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚焦区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。
具有这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少，如图1所示。
如果将C0成分的合金自A单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线（MN）以下温度（如T3）保温时，β相将从α相中脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C1，这种变化可表示为：α（C0）→α（C1）＋β。
β为平衡相，可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为（α＋β）双相组织，将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度，（如T1）保温足够时间，将获得均匀的单相固溶体α相，这种处理称为固溶处理。
图1固溶处理与时效处理的工艺过程示意图
若将经过固溶处理的C0成分合金急冷，抑制α相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和α相固溶体。
这种过饱和固溶体在室温或在较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶，但脱溶往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚焦区。
这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为沉淀强化或时效强化，是强化合金材料的重要途径之一。
固溶加时效是提高合金强度的一种重要途径，它不同于钢材的强化，钢在淬火后可立即获得很高的硬度和强度。
铝合金淬火后，硬度和强度并不立即升高，但塑性较高，但把这种淬火后的铝合金放置一些时间（4～6天）后，强度和硬度显著提高，而塑性明显降低。
人们把淬火后的铝合金性能随时间而发生显著提高的现象称为时效。
时效可以在室温发生，也可以在高于室温的某一温度范围（100～200℃）内发生。
前者称自然时效，后者称人工时效。
本实验采用Al—Si－Cu－Mg－Mn进行温时效，在不同的温度下等温，然后测定合金的硬度，绘制时效硬化曲线。
Al—Si－Cu－Mg－Mn系合金经熔炼，金属模铸造，固溶时效处理后，合金强度为460～500MPa，同时还具有良好的流动性和优良的铸造性能。
本合金基本成分为9.5％Si、4%Cu、0.5%Mg、0.5％Mn，由于这种合金不像Al－Cu及Al—Zn－Cu高强度铸造铝合金那样受到热裂
的影响，且合金含有硅，具有良好的充填能力和流动性，因而能够生产复杂结构的铸件。
合金中的铜主要是提高合金的强度，镁提供时效硬化，而锰提高合金的高温性能。
这种合金比SAE323耐热合金在高温下具有更高的强度，以及较低的膨胀系数，优良的铸造性能，优良的抗腐蚀性能，这些优点既适合于高强度，同时也适合于高温下应用。
这种合金用于工作条件严格的汽缸、活塞和汽缸头，同时也被用于经表面处理的整体汽缸材料。
它的低生产成本，较好的机械性能、铸造性能，使其在广阔的领域中得到应用。
近年来，在Al-Cu及Al-Zn-Mg系中发展了高强度铸造合金，这些合金在室温下具有高的强度和延伸率的数值，但是这些合金存在则着铸造性能不好，高温性能查的缺点，因此提供优异的铸造性能以及高强度的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn合金的研究就产生了。
三、实验步骤
（一）合金的制备：
1.合金成分的设计：该合金采用普通工业0号纯铝、纯镁、铝-硅、铝-铜、铝-锰中间合金纯金属整体的成分制备出含9.5％Si、4%Cu、0.5%Mg、0.5％Mn其余为Al的合金。
2.所有与铝合金接触的铁质工具等均刷上涂料。
涂料成分为：15％滑石粉、3%水玻璃、82％水。
石墨坩锅、金属铸型应涂刷上85％滑石粉、10％水玻璃、5％水配成的涂料，并且在200℃的炉中烘干备用。
3.将坩锅电炉升温，并将Al及Al－Si、Al－Cu、Al－Mn合金加入到坩锅中，将炉温升温到760℃左右，待合金全部熔化后，用钟罩将镁条压入液态合金中，并进行搅拌。
为减少合金对氢气的吸收合金还要进行除气操作。
用2％的六氯乙烷除气，方法是用金属钟罩将六氯乙烷压入合金底部。
扒渣静置后，在740℃将液态合金浇注到金属模型中，冷却后制成试样备用。
（二）合金的固溶与时效：
本实验的固溶加热温度及保温时间和人工时效的时效温度与时效时间由同学们自己设定，根据同学们自己设定的一系列不同的固溶时效工艺参数的结果，进行金相显微组织分析和力学性能测试，分析找出最佳固溶时效工艺参数，
四、实验设备及材料
熔炼炉，金相显微镜，硬度计，读数显微镜，切割机，抛光机，热电偶，石墨坩锅，纯铝及铝合金等。
五、实验要求：
1、要求在进行本专题实验之前，要首先查阅铝合金制备、强化方面的理论在；资料。
2、依据实验内容，制定出本专题实验的工艺路线，实验方案。
3、通过金相组织分析，机械性能测定，确定最佳的固溶与时效工艺参数。
4、参照公开发表的科技论文格式，写出本次实验的实验论文。
（包括工艺路线、实验数据
及结果分析、金相照片等）。