铝合金综合热处理.doc

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1、铝合金综合热处理高革编　译　高云震　校73—6一、提高强度　　到目前为止，强化铝合金的热处理是一般的热处理，同时也是很重要的。这里主要从生产的观点出发，介绍有关提高变形铝合金材料强度的热处理方案。　　通常，在时效硬化处理方面，铝-铜系的杜拉铝等首先出现并进行固溶热处理和淬火热处理。其次，铝-镁-硅系合金(6063)和铝-锌-镁系合金(7N01)利用它们的良好的“淬火性”，在热加工后直接进行淬火处理，在很多情况下不特意重新进行固溶热处理。特别是，挤压制品这种倾向较强，也有挤压热处理的说法。如果前者是正规的热处理，而后者就是

2、合理化的简易热处理，在提高生产率上大量使用。　　因此，作为综合热处理方案，首先按次序说明提高强度的正规热处理过程，然后介绍在合理化热处理过程中根据合金种类可能强化的适当程度。1.固溶热处理和淬火处理　　固溶热处理是把作为硬化的主要合金成分固溶在基体中，然后用淬火、回火(时效)进行硬化的必要热处理。　　图1示出以铝-铜合金为例的平衡状态图。在溶解度线以上的高温(A)下溶质原子铜大体完全固溶，而在溶解度线以下的温度(B)或(C)之下铜原子析出。当从(A)点开始快速冷却时能获得(A)的状态，不是(B)、(C)的状态，可使铜过饱

3、和固溶。在这种场合下为了形成(A)的状态进行加热使溶质固溶，这种处理称为固溶热处理。然后进行快速冷却，使(A)的状态在常温也保持下来，这种处理称为淬火。固溶热处理成为淬火的前提，因而通常也是包括淬火的热处理。　　　　图1　铝-铜合金的部分状态图　　代表性的时效硬化铝合金的固溶热处理温度和熔化温度范围列于表1。由表1中可看出固溶热处理温度的上限接近于熔化温度范围的下限，由此对固溶热处理温度的控制必须充分的注意。　　固溶热处理以在固相间元素扩散为基础，因此只有温度高时有利，但是，如果超过规定的最高温度，共晶体就溶化，从而合金

4、物理性能下降。此外，过度的加热能使金属表面剧烈地产生气孔。如果温度比规定的最小值还低，就不能达到完全固溶化，也不能获得最大的机械性能。图2示出固溶热处理温度对2014-T4及2014-T6材料机械性能的影响，由图2可知，获得稳定强度的温度范围小。表2列出变形材料固溶热处理时必须保持的加热时间。最短的保持时间取决于能获得对材料要求的机械性能，因此断面的厚度增加，保持时间就要增长。　　　　图2　固溶热处理温度对2014-T4，2014-T6机械性能的影响　　　　当用空气炉加热时，保持时间过长，就会有增加高温氧化的危险。当用盐

5、浴炉或用气体介质调整适当的空气炉时，保持时间为表2中示出的数量的几倍也是安全的。对包复金属的制品在保证获得所要求的机械性能前提下，保持时间要求在最短限度内。如果保持时间比此限度长，基体合金成分就向包复的金属层扩散，抗腐性受到损失。　　为了使固溶热处理状态在室温下固定下来，必须由固溶热处理温度开始快速冷却，在冷却过程中不使合金元素产生析出。由于材料不同，在冷却过程中，有的容易产生析出，有的不容易，这样的性质称为淬火性。例如，图3示出7075，6061及7N01合金的淬火速度与获得的强度的关系。　　　　图3　7075，606

6、1及7N01合金的淬火速度与获得的强度的关系　　对7075，2014，2017，2024及7178等高强度合金来说，由于淬火性不良，因此实际淬火的操作要快，并且必须在水量充分或循环的水中进行全浸淬火。当淬火结束取出被处理的材料时水温最好不超过38℃。浸渍淬火的最慢时间示于表3。　　　　　　淬火转移时间就是从炉门打开时或淬火料的前端从盐浴里出现时开始，到该料的末端浸渍在淬火水糟内终了时为止。7N01合金或淬火性比6061合金更优越的6063合金在空气中冷却时强度下降较少，即能进行挤压热处理。　　　　图4　硬化成分的固溶限度

7、　　控制这些处理的重要性在于固溶热处理温度，保持时间及在淬火的情况下从(A)开始冷却的速度。如果固溶热处理温度(A)在溶解度线和固相线之间，则要适当地加以区别，但是很多情况下溶质原子也具有固溶以外的意义，一般采用比固相线大约低50℃的温度。各种成分的溶解度曲线示于图4，从图中可知，有很大的差别。　　淬火的冷却速度根据淬火敏感性在工业上也分别采用水中淬火、加入应变防止剂的水淬火、温水淬火、油淬火、喷雾淬火及空气淬火等。淬火用快速冷却法上面已经介绍，而淬火敏感性迟钝的材料用相当缓慢的冷却方法也有效。按照淬火的敏感性有相对的方

8、法，一般快速冷却采用水冷。2.时效和析出的处理　　众所周知，固溶热处理过的材料，以时间和温度为主要因素，从过饱和固溶状态产生析出，在此过程中材料的强度增加。这种现象称为时效现象，它是继固溶热处理的重要的过程。　　一般在室温下引起的时效叫做自然时效，在高温下引起的时效叫做人工时效。前者也称为低温时效，后者也称为高温时效