產(chǎn)品詳情
鋁合金熱處理原理
鋁合金鑄件的熱處理就是選用某一熱處理規(guī)范，控制加熱速度升到某一相應(yīng)溫度下保溫一定時(shí)間并以一定得速度冷卻，改變其合金的組織，其主要目的是提高合金的力學(xué)性能，增強(qiáng)耐腐蝕性能，改善加工型能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。
鋁合金熱處理特點(diǎn)
眾所周知，對(duì)于含碳量較高的鋼，經(jīng)淬火后立即獲得很高的硬度，而塑性則很低。然而對(duì)鋁合金并不然，鋁合金剛淬火后，強(qiáng)度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒(méi)有下降，反而有所上升。但這種淬火后的合金，放置一段時(shí)間（如4～6晝夜后），強(qiáng)度和硬度會(huì)顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強(qiáng)度、硬度隨時(shí)間增長(zhǎng)而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時(shí)效。時(shí)效可以在常溫下發(fā)生，稱自然時(shí)效，也可以在高于室溫的某一溫度范圍（如100～200℃）內(nèi)發(fā)生，稱人工時(shí)效。
鋁合金在淬火加熱時(shí)，合金中形成了空位，在淬火時(shí)，由于冷卻快，這些空位來(lái)不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)。這些在過(guò)飽和固溶體內(nèi)的空位大多與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于過(guò)飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。
硬化區(qū)的大小和數(shù)量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區(qū)的數(shù)量也就越多，硬化區(qū)的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減小硬化區(qū)的尺寸。
沉淀硬化合金系的一個(gè)基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加固溶度增加，大多數(shù)可熱處理強(qiáng)化的的鋁合金都符合這一條件。沉淀硬化所要求的溶解度－溫度關(guān)系，可用鋁銅系的Al－4Cu合金說(shuō)明合金時(shí)效的組成和結(jié)構(gòu)的變化。圖3－1鋁銅系富鋁部分的二元相圖，在548℃進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變L→α＋θ（Al2Cu）。銅在α相中的極限溶解度5.65％（548℃），隨著溫度的下降，固溶度急劇減小，室溫下約為0.05％。 金化學(xué)成分的影響
一種合金能否通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化，首先取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的程度。如硅、錳在鋁中的固溶度比較小，且隨溫度變化不大，而鎂、鋅雖然在鋁基固溶體中有較大的固溶度，但它們與鋁形成的化合物的結(jié)構(gòu)與基體差異不大，強(qiáng)化效果甚微。因此，二元鋁－硅、鋁－錳、鋁－鎂、鋁－鋅通常都不采用時(shí)效強(qiáng)化處理。而有些二元合金，如鋁－銅合金，及三元合金或多元合金，如鋁－鎂－硅、鋁－銅－鎂－硅合金等，它們?cè)跓崽幚磉^(guò)程中有溶解度和固態(tài)相變，則可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。
合金的固溶處理工藝影響
為獲得良好的時(shí)效強(qiáng)化效果，在不發(fā)生過(guò)熱、過(guò)燒及晶粒長(zhǎng)大的條件下，淬火加熱溫度高些，保溫時(shí)間長(zhǎng)些，有利于獲得最大過(guò)飽和度的均勻固溶體。另外在淬火冷卻過(guò)程不析出第二相，否則在隨后時(shí)效處理時(shí)，已析出相將起晶核作用，造成局部不均勻析出而降低時(shí)效強(qiáng)化效果。
時(shí)效溫度的影響
在不同溫度時(shí)效時(shí)，析出相的臨界晶核大小、數(shù)量、成分以及聚集長(zhǎng)大的速度不同，若溫度過(guò)低，由于擴(kuò)散困難，G·P區(qū)不易形成，時(shí)效后強(qiáng)度、硬度低，當(dāng)時(shí)效溫度過(guò)高時(shí)，擴(kuò)散易進(jìn)行，過(guò)飽和固溶體中析出相的臨界晶核尺寸大，時(shí)效后強(qiáng)度、硬度偏低，即產(chǎn)生過(guò)時(shí)效。因此，各種合金都有最適宜的時(shí)效溫度。
鋁合金的回歸現(xiàn)象
經(jīng)淬火自然時(shí)效后的鋁合金（如鋁－銅）重新加熱到200～250℃，然后快冷到室溫，則合金強(qiáng)度下降，重新變軟，性能恢復(fù)到剛淬火狀態(tài)；如在室溫下放置，則與新淬火合金一樣，仍能進(jìn)行正常的自然時(shí)效，這種現(xiàn)象稱為回歸現(xiàn)象。關(guān)于回歸現(xiàn)象的解釋是合金在室溫自然時(shí)效時(shí)，形成G·P區(qū)尺寸較小，加熱到較高溫度時(shí)，這些小的G·P區(qū)不再穩(wěn)定而重新溶入固溶體中，此時(shí)將合金快冷到室溫，則合金又恢復(fù)到新淬火狀態(tài)，仍可重新自然時(shí)效。在理論上回歸處理不受處理次數(shù)的限制，但實(shí)際上，回歸處理時(shí)很難使析出相完全重溶，造成以后時(shí)效過(guò)程呈局部析出，使時(shí)效強(qiáng)化效果逐次減弱。同時(shí)在反復(fù)加熱過(guò)程中，固溶體晶粒有越來(lái)越大的趨勢(shì)，這對(duì)性能不利。因此回歸處理僅用于修理飛機(jī)用的鉚釘合金，即可利用這一現(xiàn)象，隨時(shí)進(jìn)行鉚接，而對(duì)其他鋁合金則沒(méi)有使用價(jià)值。
