鋁合金熱處理特點(diǎn)與鋼的熱處理有哪些不同？

鋁合金鑄件得熱處理就是選用某一熱處理規范，控制加熱速度升到某一相應溫度下保溫一定時(shí)間以一定得速度冷卻，改變其合金的組織，其主要目的是提高合金的力學(xué)性能，增強耐腐蝕性能，改善加工型能，獲得尺寸的穩定性。

眾所周知，對于含碳量較高的鋼，經(jīng)淬火后立即獲得很高的硬度，而塑性則很低。然而對鋁合金并不然，鋁合金剛淬火后，強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)，強度和硬度會(huì )顯著(zhù)提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時(shí)間增長(cháng)而顯著(zhù)提高的現象，稱(chēng)為時(shí)效。時(shí)效可以在常溫下發(fā)生，稱(chēng)自然時(shí)效，也可以在高于室溫的某一溫度范圍(如100～200℃)內發(fā)生，稱(chēng)人工時(shí)效。

鋁合金的時(shí)效硬化是一個(gè)相當復雜的過(guò)程，它不僅決定于合金的組成、時(shí)效工藝，還取決于合金在生產(chǎn)過(guò)程中縮造成的缺陷，特別是空位、位錯的數量和分布等。目前普遍認為時(shí)效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區的結果。

硬化區的大小和數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，硬化區的數量也就越多，硬化區的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內所固定的空位越多，有利于增加硬化區的數量，減小硬化區的尺寸。

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，大多數可熱處理強化的的鋁合金都符合這一條件。

一:鋁及 鋁合金 熱處理的基本知識

1.鋁及鋁合金熱處理的作用

將鋁及鋁合金材料加熱到一定的溫度并保溫一定時(shí)間以獲得預期的產(chǎn)品組織和性能。

2.鋁及鋁 合金 熱處理的主要方法及其基本作用原理

(1)鋁及鋁合金熱處理的分類(lèi)(如下圖)

鋁及鋁合金熱處理分類(lèi)

(2)鋁及鋁合金熱處理基本作用原理

(1) 退火:產(chǎn)品加熱到一定 溫度 并保溫到一定時(shí)間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過(guò)原子擴散、遷移，使之組織更加均勻、穩定、，內應力消除，可大大提高材料的塑性，但強度會(huì )降低。

①鑄錠均勻化退火:在高溫下長(cháng)期保溫，然后以一定速度(高、中、低、慢)冷卻，使鑄錠化學(xué)成分、組織與性能均勻化，可提高材料塑性20%左右，降低擠壓力20%左右，提高擠壓速度15%左右，同時(shí)使 材料 表面處理質(zhì)量提高。

②中間退火:又稱(chēng)局部退火或工序間退火，是為了提高材料的塑性，消除材料內部加工應力，在較低的溫度下保溫較短的時(shí)間，以利于續繼加工或獲得某種性能的組合。

③完全退火:又稱(chēng)成品退火，是在較高溫度下，保溫一定時(shí)間，以獲得完全再結晶狀態(tài)下的軟化組織，具有很好的 塑性 和較低的強度。

(2)固溶淬火處理:將可熱處理強化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時(shí)間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過(guò)飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過(guò)飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質(zhì)原子隨時(shí)有析出的可能。但此時(shí)材料塑性較高，可進(jìn)行冷加工或矯直工序。

①在線(xiàn)淬火:對于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用擠壓時(shí) 高溫 進(jìn)行固溶，然后用空冷(T5)或用水霧冷卻(T6)進(jìn)行淬火以獲得一定的組織和性能。

②離線(xiàn)淬火:對于一些淬火敏感性高的合金材料必須在專(zhuān)門(mén)的熱處理爐中重新加熱到較高的溫度并保溫一定時(shí)間，然后以不大于15秒的轉移時(shí)間淬入水中或油中，以獲得一定的組織和性能，根據設備不同可分為鹽浴淬火、空氣淬火、立式淬火、臥式淬火。

(3)時(shí)效:經(jīng)固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時(shí)間，不穩定的過(guò)飽和固溶體會(huì )進(jìn)行分解，第二相粒子會(huì )從過(guò)飽和固溶體中析出(或沉淀)，分布在α(AL)鋁晶粒周邊，從而產(chǎn)生強化作用稱(chēng)之為析出(沉淀)強化。

自然時(shí)效:有的合金(如2024等)可在室溫下產(chǎn)生析出強化作用，叫做自然時(shí)效。

人工時(shí)效:有些合金(如7075等)在室溫下析出了強化不明顯，而在較高溫度下的析出強化效果明顯，稱(chēng)為人工時(shí)效。

人工時(shí)效可分為欠時(shí)效和過(guò)時(shí)效。

①欠時(shí)效:為了獲得某種性能，控制較低的時(shí)效溫度和保持較短的時(shí)效時(shí)間。

②過(guò)時(shí)效:為了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長(cháng)的時(shí)間狀態(tài)下進(jìn)行的時(shí)效。

③多級時(shí)效:為了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，將時(shí)效過(guò)程分為幾個(gè)階段進(jìn)行?？煞譃槎A段、三階段時(shí)效

(4) 回歸處理:為了提高塑性，便于冷彎成形或矯正形位公差，將已淬火時(shí)效的產(chǎn)品，在高溫下加溫較短的時(shí)間即可恢復到新淬火狀態(tài)叫回歸處理。

二:鋁合金淬火冷卻速度

鋁合金淬火爐之淬火時(shí)的冷卻速度必須確保過(guò)飽和固溶體被固定下來(lái)不分解。防止強化相析出，降低淬火時(shí)效后的力學(xué)性能。

因此淬火時(shí)的冷卻速度越快越好。但是 冷卻速度越大，淬火制品的殘余應力和殘余變形也越大，因此冷卻速度要根據不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來(lái)確定。

一般合金的淬火對冷卻速度敏感性強的，選擇的冷卻速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷卻速度應在50℃/S以上，而7A04合金對冷卻速度非常敏感，其淬火冷卻速度要求在170℃/S以上。

對于形狀、尺寸大小不同的制品應采用不同的冷卻速度，通常主要靠調整淬火介質(zhì)的溫度來(lái)實(shí)現。對于形狀簡(jiǎn)單、中小型、棒材可用室溫水淬火(水溫一般 L0~35℃)，對于形復雜、壁厚差別較大的型材，可用40~50℃的水淬火。

而對于特別易產(chǎn)生變形的制品，甚至可以將水溫升至75~85℃進(jìn)行淬火。試 驗證明隨著(zhù)水溫升高使其淬火制品的力學(xué)性能和抗蝕性能有所降低。

鋁合金淬火爐之鋁合金常用的淬火介質(zhì)是水。因為水的粘度小、熱容量大，蒸發(fā)熱快，冷卻能力強，而且使用非常方便、經(jīng)濟。

但是它的缺點(diǎn)是在加熱后冷卻能力降低。淬火加熱的制品在水中冷卻可以分為三個(gè)階段:第一階段為膜狀沸騰階段。當熾熱制品與冷水剛接觸時(shí)，在其表面立即形成一層不均勻的過(guò)熱蒸汽薄膜，它很 牢固，導熱性不好，使制品的冷卻速度降低。

第二階段為氣泡沸騰階段。當蒸汽薄膜破壞時(shí)，靠近金屬表面的液體產(chǎn)生劇烈的沸騰，發(fā)生強烈的熱交換。第三階段為 熱量對流階段，冷卻水的循環(huán)，或制品左右擺動(dòng)、或上下移動(dòng)，增加制品表面與水產(chǎn)生對流的熱交換，以提高冷卻速度。

根據上面分析，為了很快突破第一階段，迸一步冷卻，保證淬火制品冷卻均勻，需要在淬火水槽中裝有壓縮空氣管，以便攪拌，同時(shí)制品入水槽后要作適當的擺動(dòng)。

另外為保證水溫不會(huì )升高太多，淬火槽應有足夠的容量(一般應為淬火制品總體積的20倍以上)。而且冷卻水應有循環(huán)裝置。

除了調節水溫來(lái)控制鋁合金淬火爐的淬火冷卻速度外，還可以在冷卻水中加入不同的溶劑來(lái)調節水的冷卻能力。

通常采用聚乙醇水溶液作為冷卻介質(zhì)，同時(shí)還可以調節聚乙醇水溶液濃度來(lái)控制制品淬火的冷卻速度。一般易變形的制品，經(jīng)常用這種聚乙醇水溶液來(lái)淬火。

三:鋁合金型材的風(fēng)冷和水冷淬火有什么不同

鋁合金的淬火為高溫突然降到低溫為淬火， 例如鋼刀刀刃要在水中淬火，才硬和鋒利， 而鋁材的淬火也有水冷淬火，也有風(fēng)冷淬火。

建筑用6063鋁型材即用風(fēng)冷淬火，把淬火后的鋁型材放在時(shí)效爐內時(shí)效一定時(shí)間，鋁型材內部結晶重新排列，機械強度明顯提高。在金屬所有合金中，唯獨只有鋁合金有時(shí)效狀態(tài)。

鋁合金擠壓型材成形溫度為460~500度，一般要求淬火后的溫度為200。通過(guò)高溫擠壓成型，固溶熱處理后(淬火)進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)為風(fēng)冷(T5);通過(guò)高溫擠壓成型過(guò)程冷卻，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)為水冷(T6)。

俗話(huà)說(shuō)的:T5是擠出后風(fēng)冷的。T6是擠出后水冷的，經(jīng)水淬火后硬度就提高了。就這么簡(jiǎn)單。但是鋁材需要拉彎的話(huà)，盡量不要T6的狀態(tài)。

有的人認為T(mén)5與T6的區別僅是冷卻速度的區別,不是風(fēng)冷水冷的區別。風(fēng)冷的冷卻速度夠大,也能達到T6效果,反之,水冷但冷卻速度不夠大也只能是T5的效果!

其實(shí)T6狀態(tài)既可以進(jìn)行在線(xiàn)淬火(水冷或強風(fēng)冷)，也可以進(jìn)行離線(xiàn)淬火(用淬火爐淬火)，但要根據客戶(hù)的要求和產(chǎn)品品種規格來(lái)定。

在實(shí)際生產(chǎn)中，不管采用哪種生產(chǎn)工藝關(guān)鍵是要達到該鋁型材產(chǎn)品的力學(xué)性強度要求。

硬度跟風(fēng)冷速度和水冷速度沒(méi)有多大關(guān)系的。

冷卻效果越好時(shí)效后硬度就會(huì )越好，為什么會(huì )有T5與T6之分，因為T(mén)5風(fēng)冷產(chǎn)品尺寸不會(huì )變形，幾乎所有門(mén)窗之類(lèi)的型材都會(huì )選擇T5，而T6材是水冷厚度比較薄的型材遇水就會(huì )變形，特別是有開(kāi)口的東西很容易遇水就變形。

當然還可以用飄水的形式來(lái)過(guò)水，就是那種噴霧式的過(guò)水方式。產(chǎn)品過(guò)水后的效果當然會(huì )比風(fēng)冷效果要好的多。6063-T5在10-13之間6063-T6可達到13以上。