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1、铝及铝合金的热处理退火及淬火时效是铝合金的基本热处理形式。退火是一种软化处理。其目的是使合金在成分及组织上趋于均匀和稳定,消除加工硬化,恢复合金的塑性。淬火时效则属强化热处理,目的是提高合金的强度,主要应用于可热处理强化的铝合金。第一节退火根据生产需求的不同,铝合金退火分铸锭均匀化退火、坯料退火、中间退火及成品退火几种形式。一、铸锭均匀化退火铸锭在快速冷凝及非平衡结晶条件,必然存在成分及组织上的不均匀,同时也存在很大的内应力。为了改变这种状况,提高铸锭的热加工工艺性,一般需进行均匀化退火。为促使原子扩散,均匀化退火应选择较高的退火温度,但不得超过合金中低熔点共晶熔点,一般均匀化退
2、火温度低于该熔点5~40℃,退火时间多在12~24h之间。二、坯料退火坯料退火是指压力加工过程中第一次冷变形前的退火。目的是为了使坯料得到平衡组织和具有最大的塑性变形能力。例如,铝合金热轧板坯的轧制终了温度为280~330℃,在室温快速冷却后,加工硬化现象不能完全消除。特别是热处理强化的铝合金,在快冷后,再结晶过程未能结束,过饱和固溶体也未及彻底分解,仍保留一部分加工硬化和淬火效应。不经退火直接进行冷轧是有困难的,因此需进行坯料退火。对于非热处理强化的铝合金,如LF3,退火温度为370~470℃,保温1.5~2.5H后空冷,用于冷拉伸管加工的坯料、退火温度应适当高一些,可选上限温
3、度。对于可热处理强化的铝合金,如LY11及LY12,坯料退火温度为390~450℃,保温1~3H,随后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到270℃以下再出炉空冷。三、中间退火中间退火是指冷变形工序之间的退火,其目的是为了消除加工硬化,以利于继续冷加工变形。一般来说,经过坯料退火后的材料,在承受45~85%的冷变形后,如不进行中间退火而继续冷加工将会发生困难。中间退火的工艺制度基本上与坯料退火相同。根据对冷变形程度的要求,中间退火可分为完全退火(总变形量ε≈60~70%),简单退火(ε≤50%)和轻微退火(ε≈30~40%)三种。前两种退火制度与坯料退火一样,后一种为320~350
4、℃加热1.5~2h后空冷。四、成品退火成品退火是根据产品技术条件的要求,给予材料—定的组织和机制性能的最终热处理。成品退火可分为高温退火(生产软制品)和低温退火(生产不同状态的半硬制品)两种。高温退火应保证能获得完全再结晶组织和良好的塑性。在保证材料获得良好的组织及性能条件下,保温时间不宜过长。对于可热处理强化的铝合金,为防止产生空冷淬火效应,应严格控制其冷却速度。低温退火包括消除内应力退火和部分软化退火两种,主要用于纯铝和非热处理强化铝合金。制定低温退火制度是一项很复杂的工作,不仅要考虑退火温度和保温时间,而且要考虑杂质、合金化程度、冷变形量、中间退火温度和热变形温度的影响。制
5、定低温退火制度必须是测出退火温度与机械性能间的变化曲线,然后再根据技术条件规定的性能指标,确定退火温度范围。第二节淬火铝合金的淬火也称固溶处理,即通过高温加热,使金属中以第二相形式存在的合金元素尽可能多的溶入固溶体,随后快速冷却,以抑制第二相的析出,从而获得一种过饱和的以铝为基的α固溶体,为下一步时效处理做好组织上的准备。获取过饱和α固溶体的前提是合金中的第二相在铝中的溶解度应随温度的增加而明显提高,否则,就达不到固溶处理的目的。铝中绝大多数合金元素能够构成具有这一特点的共晶型相图。以Al-Cu合金为例,共晶温度为548℃,铜在铝中的室温溶解度不足0.1%,加热到548℃,其溶解
6、度则提高到5.6%,因此,含铜在5.6%,以下的Al-Cu合金,加热温度超过其固溶线以后,进入α单相区,即第二相CuAl全部溶入基体,淬火后就可获得单一的过饱和α2固溶体。淬火是铝合金的最重要和要求最严格的热处理操作,其中关键的是选择恰当的淬火加热温度和保证足够的淬火冷却速度,并能严格控制炉温和减少淬火变形。淬火温度的选定原则是在确保铝合金不发生过烧或晶粒过分长大的情况下尽可能的提高淬火加热温度,以增加α固溶体的过饱和度及时效处理后的强度。一般铝合金加热炉要求炉温控制精度在±3℃以内,同时炉内空气是强制循环的,以保证炉温的均匀性。铝合金的过烧是由于金属内部低熔点组成物,如二元或多
7、元共晶体发生局部熔化造成的。过烧不仅造成机械性能的降低,同时对合金的抗蚀性也有严重影响。因此,铝合金一旦发生过烧,将无法消除,合金制品应给予报废。铝合金的实际过烧温度主要决定于合金成分、杂质含量,同时与合金加工状态也有关系,经过塑性变形加工的制品其过烧温度高于铸件,变形加工量愈大,非平衡低熔点组成物在加热时愈容易溶入基体,故实际过烧温度升高。铝合金淬火时的冷却速度对合金的时效强化能力及抗蚀性有重大影响,LY12和LC4淬火过程中必须确保α固溶体不发生分解,特别在290~420℃的
