SiC_p2024Al复合材料的时效硬化行为
颗粒增强铝基复合材料除具有比强度、比刚度高，耐磨性和耐热性好，热膨胀系数低，导热、导电性能优越外，还在于增强体种类多，基体合金可选择范围宽，复合材料各向同性，尺寸稳定性好，可热处理强化，并且能够采用铝合金传统工艺方法制备和二次加工、成本低、易于实现批量和大规模生产。
在可以通过时效处理强化的铝合金中，加人增强相形成的复合材料，明显地改变了基体材料的时效强化特性。研究陶瓷颗粒增强铝基复合材料的时效硬化行为已经有老干年了。人工时效过程的机制可以认为是由陶瓷增强体附近提高了的位错密度造成的，这要归因于陶瓷颗粒与基体之间热膨胀系数的巨大差别。更高密度的位错不但有助于溶质原子的扩散，而且可以作为形核核心，因此导致形核过程加快。
众所周知，固溶处理后淬火产生的过量空位浓度，在过饱和固溶体的分解中扮演了重要的角色。快速淬火得到的更高的空位浓度将加速G.P.区铝合金中亚稳脱溶物的形成。本文将讨论SKV2024A1复合材料及2024铝合金的时效硬化行为，并对其显微组织进行分析。
1实验方法实验中使用的材料为以2024铝合金为基体，SK：颗粒为增强体（平均尺寸为1pm），体积分数为40%，通过压铸法制备的复合材料，铝合金为2024.为测硬度，我们将复合材料及铝合金都切成3mm厚的片。所有的试样都进行固溶处理，固溶温度为495尤，固溶时间为lh.固溶后进行水淬。为分析2024铝合金及SiCp/2024Al复合材料的时效硬化过程，将固溶淬火后的试样分别在130 160，190和220t进行时效。
采用山东莱州HBV-30A型布维硬度计测试材料的布氏硬度，所加载荷为30kg，加载时间为30S.每个硬度值至少是5次测量的平均值，每次测量之前都在4金相砂纸上轻磨。微观组织结构的观察在PhilipsCM-12透射电镜和HitachiH-800型透射电镜上进行。离子减薄机的工作条件为：4kV+1mA；基体合金采用电解双喷的方式减薄，电解液为：33%HN03精作为冷却液，温度为-20SC，操作电压为20V. 2实验结果及分析2.1时效分析对和2024铝合金时效各状态的硬度值进行了测试，作出时效硬化曲线如所不0本文联系人，李晓玲，硕士研究生，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，Tel：（0451）-6412164——价阶“虹收放撕抓60740' SKV2024A和2024铝合金的时效硬化曲线t时效由我们可以得到SiCp/2024复合材料的最佳时效工艺为丨60弋/10h，2024铝合金的最佳时效工艺为190T/10h.在各个温度下复合材料的硬度值都明显高于基体合金的硬度值。在相同的温度下，复合材料达到峰时效的时间要提前于基体合金。在160弋的温度下，复合材料在较短的时间就可以达到最高的硬度值大约是289-292HB，而未强化的铝合金则需要较长的时间才能达到最高的硬度值大约是126~128HB.同样在160丈时效条件下，复合材料在10h即达到峰硬度值，与之相比，未强化的铝合金则需要14h才可以达到峰硬度值。
可见SiC颗粒的加人并未从根本上改变SiCp/2024复合材料基体合金的时效沉淀过程，但颗粒的加人明显促进了SiCp/2024复合材料的时效动力学过程，且铝基复合材料的时效硬化过程与基体合金存在不同步的现象。一方面，SiC颗粒的加人使复合材料较基体合金a有更高的硬度。
另一方面，在复合材料基体中，增加的晶界等缺陷为脱溶提供了更多的形核位置，使析出相尺寸细小，数量增多，因此在时效开始后硬度上升速度较快，在更短的时间内达到峰时效，即复合材料的峰时效将会提前于基体合金峰时效出现。
2.2显微组织分析（a）和（b）分别为2024铝合金经160T：时效2h和10h的透射电镜照片。（c）、（d）和（e）分别为SiCp/2024复合材料160时效2h、10h和100h的透射电镜照片。
从（a）和（b）可以看到2024铝合金在2h时效时未观察到有析出相，而在2024铝合金10h时效的组织照片中，可以看到在晶界处有少量析出相的出现。从（c）中可以看到在SiCp/ 2024复合材料中经过2h时效就可以观察到有一定数量的s‘析出相，此时的析出相比较分散，且比较细小。（d）为SiCp/2024复合材料经过10h时效后透射电镜照片，可以看到析出相比2h时效时明显增多了，且析出相的分布比较密集，但尺寸没有明显的改变。在（e）中可看到复合材料经过100h的时效后，析出相的尺寸有所增加，但长大的程度并不明显。
从（c）和（a）比较，SiCp/2024复合材料在2h的时效后就有析出，而2024基体合金却未有析出相的出现，从（b）和（d）可以看到同样为10h的时效，复合材料在晶内有非常明显的析出，而在基体合金中只在晶界处才有少量的析出相。可见在复合材料中由于增强体的加人，增大了非均匀形核的几率，促进了基体中强化相的形核和析出。
对于复合材料的时效硬化机制，曾有人提出一种残余应力机制，该观点认为，在SiCp/Al复合材料中由于颗粒周围所存在的淬火残余应力场可加速溶质原子的扩散，因此对沉淀强化相的形核与长大过程同样有促进作用。以往还有研究表明，由于颗粒的加人，复合材料的时效过程被加速，其原因是颗粒与基体的热膨胀系数差异很大，导致基体位错等缺陷密度增加，然而复合材料中高密度位错是加速了析出相的形核过程还是加速了长大过程，抑或是两个过程都被加速了，目前这方面的研究报道较少。还有观点认为在复合材料中由于增强体的加人，使得增强体和基体之间的界面增多，从而增加了形核的场所，促进了析出。从以上的观点可以得出在SiCp/ 2024A1中由于颗粒的加人，确实促进了时效的进行并且促进了析出相的形核，但究竟是那一种时效硬化机制在起作用，抑或是几种机制同时作用，还有待于进一步的研究。
3结论与基体2024合金相比，SiCP/2024Al复合材料的峰时效时间提前，且峰时效时的硬度值明显高于基体合金。
SiCP/2024Al复合材料中由于颗粒增强体的加人，促进了基体合金中强化相的析出。
