新時代下的金屬材料熱工藝技術(shù)

楚東龍

【摘要】隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，科學技術(shù)水平的高速發(fā)達，各項工藝對于金屬品質(zhì)的要求也變得越來越高，尤其是航空航天技術(shù)中對于金屬零部件的質(zhì)量要求變得尤為苛刻。這就需要相關(guān)的技術(shù)部門大力發(fā)展金屬材料的研發(fā)工作，促進金屬工藝的發(fā)展。在當下社會，金屬材料的熱處理是對于金屬工藝研發(fā)運用最重要的技術(shù)手段之一。通過對這一工藝技術(shù)的研究，探索出了更多可供選擇的新型金屬材料的應用性能，為航空航天以及其他各相關(guān)領(lǐng)域均做出了突出的貢獻。下面我們就從多方面對金屬材料的熱處理工藝進行分析。

【關(guān)鍵詞】熱處理；新型金屬材料；航空航天領(lǐng)域

1、金屬材料熱處理技術(shù)的發(fā)展史

早在公元前770年到公元前220年，我國偉大的冶煉技術(shù)人員就在廣泛的生產(chǎn)實踐當中發(fā)現(xiàn)了高溫對于金屬材料的影響，并且將這一影響運用到金屬的處理當中。在公元前600年左右，青銅兵器被廣泛的應用到戰(zhàn)爭，之后鍛造工藝不斷發(fā)展，經(jīng)過淬火工藝的鋼鐵兵器被人們所制造。隨著淬火技術(shù)的快速進步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)在淬火過程中冷凝劑對于該項技術(shù)所起到的關(guān)鍵作用，并加以應用。

2、飛機當中運用的合金材料

隨著社會的發(fā)展，飛機已經(jīng)成為了當今生活中主要的交通和運輸工具。因為飛機的制作工藝復雜，結(jié)構(gòu)巨大，所以應用到飛機的合金材料非常廣泛。但是飛機所應用到的合金材料中以鋁合金為最主要的材料，其占據(jù)了飛機機體材料的50%以上，因具有比強度高等優(yōu)點鋁合金作為最主要的機體材料，在飛機結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著十分重要的作用。下面我們就重點的來介紹一下鋁合金的熱處理工藝。

3、鋁合金的熱處理

鋁合金的熱處理工藝是發(fā)展航空工業(yè)首要的前提保障，只有發(fā)展好這一工藝才能更好地保證飛機質(zhì)量的穩(wěn)定與提高。在鋁合金的熱處理工藝中有退火處理，固溶、時效處理等主要的熱處理方式。

3.1 鋁合金的用途

鋁合金的用量非常的廣泛，工業(yè)上的用量僅次于鋼鐵材料，鋁合金可以通過熱處理而獲得良好的機械性能，是目前飛機制造行業(yè)當中應用最廣，使用最多的一種合金材料。通過鋁合金來替代鋼結(jié)構(gòu)能夠有效地降低飛機重量，減少飛機危險事故的發(fā)生。

3.2 鋁合金熱處理的目的

鋁合金進行熱處理的目的是提高其力學性能，消除內(nèi)應力，同時獲取如耐應力腐蝕、耐晶間腐蝕等特殊性能。

3.3 鋁合金熱處理的方式

3.3.1 退火處理

退火處理的目的是消除鋁合金構(gòu)件中加工過程產(chǎn)生的應力，改善其內(nèi)部構(gòu)造，使合金獲得穩(wěn)定的組織和優(yōu)良的工藝塑性。具體的加工工藝為：將合金構(gòu)件加熱為300℃左右，之后對加熱的構(gòu)件進行保溫，時間約為兩個小時左右，然后使得構(gòu)件的溫度冷卻到室溫。這樣會使得合金溶質(zhì)慢慢發(fā)生分解，析出的第二質(zhì)點聚集，從而使得構(gòu)件內(nèi)部的應力得以消除。

3.3.2 固溶處理

固溶處理也就是俗稱的“淬火”，其主要過程是將鋁合金構(gòu)件加熱到500℃左右，其保溫時間因其材料厚度不同而不同，這一過程可以將合金內(nèi)部的溶質(zhì)得到充分地溶解。保溫之后將鋁合金構(gòu)件迅速的置于冷卻介質(zhì)（一般為水）中，使得構(gòu)件急劇的降溫，形成雙重過飽和的空位和固溶體。

3.3.3 時效處理

時效是經(jīng)過淬火后的合金形成不穩(wěn)定組織（亞穩(wěn)定組織），這種組織力求更為穩(wěn)定（穩(wěn)定組織）而進行固溶體分解和析出過剩溶質(zhì)原子的過程。時效初期由于空位的作用，使溶質(zhì)原子以極大的速度進行叢聚形成G.P.區(qū)，隨著提高溫度和增加時效時間，G.P.區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡相，最后形成穩(wěn)定相。時效處理分為自然時效和人工時效，其中人工時效又可以分為完全時效、不完全時效、過時效和穩(wěn)定化時效。

3.3.4 淬火轉(zhuǎn)移時間

淬火轉(zhuǎn)移時間是固溶處理爐爐門打開或構(gòu)件從爐中剛剛露出直至構(gòu)件全部浸入淬火冷卻介質(zhì)這一過程所用的時間。在鋁合金熱處理中，這一參數(shù)對鋁合金熱處理后的性能有很大的影響。由于在這一過程中，鋁合金中的強化相便開始析出，使得其最終的性能，尤其是耐腐蝕性能有明顯不同，因此，在固溶過程中要盡可能縮短淬火延遲時間，并進行嚴格的控制。

3.4 超硬鋁合金的熱處理

超硬鋁合金以其熱處理后高于碳鋼的強度和其大大低于碳鋼的密度，在航空航天器結(jié)構(gòu)領(lǐng)域扮演著愈發(fā)重要的角色。但由于超硬鋁合金存在著抗疲勞性能差，對應力集中敏感的特點，因此其熱處理工藝需進行更為嚴格的控制，以獲取高強度和耐腐蝕的綜合性能。下面，就以航空用7050鋁合金緊固件為例，簡單介紹其熱處理工藝。

總體而言，采用“固溶+人工分級過時效”的方式進行處理。在固溶階段，使用空氣循環(huán)加熱至475℃左右，依照工件的厚度決定保溫時間，但一般不低于50分鐘，之后進行水淬，淬火轉(zhuǎn)移時間應盡可能縮短，最大不應超過15秒。由于超硬鋁存在著一定的停放效應，故一般在淬后4小時內(nèi)或48小時后進行人工時效，避免因停放效應導致的性能降低。人工時效分為兩個階段進行，在121℃保溫至少4小時，然后在179℃至少保溫8小時，以達到所需的力學性能和耐蝕性要求。

通過不同時效時間組合實驗的分析，可以得到7050鋁合金緊固件力學性能和耐蝕性在不同分級時效工藝組合下有不同數(shù)據(jù)的結(jié)論。首先是其力學性能，7050鋁合金緊固件不僅需要較高的強度，同時還要保證熱處理后的加工性能。在時效過程中，其抗拉強度、剪切強度隨時間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，人工過時效處理使其越過了力學性能的峰值，在得到一定強度的同時增強其塑性，避免在使用過程中出現(xiàn)因變形導致開裂的傾向。而耐腐蝕能力主要通過熱處理后的電導率來體現(xiàn)。合金的電導率反應飽和固溶體沉淀脫溶的程度，合金固溶體沉淀脫溶越充分，其電導率越高，其抗腐蝕性越好。因此，在人工分級過時效的工藝選擇上，既要保證一定的強度，又要獲取到良好的使用性能和耐腐蝕性能，提高其疲勞強度，減小應力腐蝕的敏感性。

4、結(jié)語

航空航天技術(shù)的高速發(fā)展要以高科技含量的材料作為根本的保障，在發(fā)展高強度的合金材料的同時必須考慮熱處理工藝對合金材料可應用性能的保證。相信只要通過全體技術(shù)人員的共同努力，一定會使合金材料熱處理技術(shù)得到進一步的發(fā)展，有更多更好地合金材料應用到航空航天領(lǐng)域，開辟新的篇章。