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    Al-Cu合金的时效过程是过饱和α固溶体脱溶的过程,也是发生一系列脱溶结构的出现、消失或形核及长大的过程。Al-Cu合金的脱溶结构包括GP区、平衡相(θ相)、θ″相和θ′相等。
    时效处理的组织变化,主要过程是由不平衡的α固溶体转变为平衡组织(CuAl2也称θ相),这一过程是通过原子扩散实现的。加热温度较高时,原子有足够的能量迁移,此时θ相就可以直接从α固溶体中直接析出。如果加热温度较低,原子活动能力差,θ相从α固溶体中析出将变得困难。通过实验验证,温度较低时,θ相析出过程是分阶段来完成的(如图1-2所示),即经过中间过渡最终形成平衡的θ相。
     
    图1.2 Al-Cu合金时效过程的晶体结构变化[48]
    a)    淬火获得的单相α固溶体,铜原子散乱分布于基体
    b)    时效初期,形成保持共格界面的GP区
    c)    时效后期,析出半共格界面的平衡相(θ″或θ′相)
    d)    高温时效过程中,析出的非共格界面平衡相
    第一阶段:第二相质点形成的准备阶段,此阶段主要进行的是固溶体原子点阵的重新组合。由于此过程的点阵畸变程度较大,所以提高了合金的机械性能和降低了合金的导电性,同时合金的其他性能也发生了变化。
    第二阶段:Al-Cu合金中的铜原子开始集中在某些区域,形成一个富铜区。由于这一产物是由法国科学家纪尼叶和英国科学家普林斯顿发现的,因此这种溶质原子富集区被命名为GP区。不同合金系的GP区形状也不相同,但GP区都与合金基体保持共格界面,并且在基体中的密度很高,尺寸极小[49,50]。实验证明,此阶段合金的强度较高。
    第三阶段:随着时效时间的延长,尤其是时效温度的提高,中间过渡相将形成其他形式。Al-Cu合金中,此阶段的产物是θ″或θ′相。θ″相与铝基体仍然保持共格界面,但它的尺寸要比GP区大。θ′相与铝基体的共格界面已部分打破,这种相的尺寸比θ″相更大。
    第四阶段:时效温度继续升高和时效时间继续加长,中间过渡相将转变为稳定的析出相θ,即CuAl2化合物。此时,稳定的θ相与基体保持的共格界面已完全打破(非共格界面)。
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