關(guān)于高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝的分析

郝先芃 鄒超 張萌

摘 要：高強(qiáng)鋁合金具備強(qiáng)度高、密度小、成本低、耐腐蝕等諸多特點(diǎn)，在航天、航空、軍事以及船舶等領(lǐng)域有著大量的運(yùn)用。熱處理對鋁合金的性能有直接性的影響基于此，本文就高強(qiáng)鋁合金的熱處理工藝進(jìn)行深入地研究。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋁合金;熱處理;強(qiáng)度高

1? 引言

所謂“高強(qiáng)鋁合金”，主要是指以“鋁、鋅、鎂、銅、鋁”合金為系列的超硬高強(qiáng)鋁合金，7XXX系鋁合金就屬于高強(qiáng)鋁合金。純鋁的強(qiáng)度較低、密度不高;鋁材料在航空航天中的運(yùn)用需要合金化。

2? 熱處理工藝簡介

熱處理，指的是金屬在固態(tài)下，通過加熱、冷卻、保溫等環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)變材料外表或者內(nèi)部的化學(xué)組織、成分，取得所需性能的加工技術(shù)。在20世紀(jì)以后，金屬物理的快速發(fā)展及新興技術(shù)的廣泛使用，推動金屬熱處理工藝的迅速進(jìn)步。從1900年以來，在工業(yè)加工中開始采用轉(zhuǎn)筒爐實(shí)施氣體滲碳;1930年后開始使用露點(diǎn)電位差計(jì)，使得爐內(nèi)氣氛的碳勢處于可控狀態(tài)，其后又出現(xiàn)了氧探頭、二氧化碳紅外儀等方法;60年代，熱處理工藝借助了等離子場的效用，出現(xiàn)了離子滲碳、滲氮等新技術(shù);電子、激光束技術(shù)的使用，形成了全新的熱處理技術(shù)。

3? 高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝

3.1 均勻化處理

正常狀況下，高強(qiáng)鋁合金通常包含大量的合金化元素，所以需要對其開展均勻化處理。通過均勻化處理以后，高強(qiáng)鋁合金可以有效避免合金在凝固過程中出現(xiàn)枝晶偏析的問題，確保內(nèi)部化學(xué)組織、成分的不均勻性能夠完全消除或者大幅度降低，同時可以有效限制冷卻過程出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，從而加強(qiáng)其熱塑性。除此以外，對高強(qiáng)鋁合金實(shí)施均勻化處理還可以在很大程度上減少第二相體積分?jǐn)?shù)，提升合金元素的固溶度，從而加強(qiáng)整體固溶強(qiáng)度。在均勻化處理的具體環(huán)節(jié)，持續(xù)時間越久、均勻也就越徹底，合金就會有更高的強(qiáng)度。

3.2 固溶處理

第一，強(qiáng)化固溶。從當(dāng)前情況來看，對合金材料開展強(qiáng)化固溶處理，是提煉材料當(dāng)中過度飽和的固溶體的重要途徑。在合金基體中，強(qiáng)化固溶能夠使得第二相跟隨溫度的下降而減少及合金實(shí)施加熱處理;在第二相最大化又或完全進(jìn)入到合金如熔體當(dāng)中時，將其保溫些許時間，采取這種形式，能夠有效地縮減第二相溶入至析出所需要的冷卻時間，如此就可以有效地取得過于飽和的溶質(zhì)原子和空位。

第二，合金的高溫預(yù)析出。采取高溫預(yù)析出的形式針對合金加以處理，能夠?qū)辖鸩牧蠈?shí)施更加深入的高溫加熱，有利于確保合金能夠以最短的時間實(shí)現(xiàn)固溶狀態(tài)。其后，以實(shí)現(xiàn)固溶狀態(tài)的合金材料為前提，以小于合金固溶加熱溫度的條件為基礎(chǔ)，對合金材料加以保溫，進(jìn)而達(dá)到兩步合金固溶。采用這類處理形式，可以有效地轉(zhuǎn)變合金晶內(nèi)同晶界具體的析出情況，確保在力學(xué)性能方面材料能夠有比較強(qiáng)的性能，進(jìn)而在一定程度上增強(qiáng)合金本身的抗腐蝕性。

第三，雙重淬火。根據(jù)有關(guān)研究可知，采取雙重淬火形式對合金材料開展熱處理，不僅能夠讓合金材料以較短的時間實(shí)現(xiàn)其單級時效以后的合金強(qiáng)度值需求，還可以實(shí)現(xiàn)雙級失效后的強(qiáng)度、耐腐蝕性以及塑性等需求。因此可知，能夠在溫度滿足470℃的高溫條件下，對合金材料進(jìn)行10分鐘的保溫，將此當(dāng)作對合金材料的2次淬火;接著，還是在470℃的高溫條件下，再對合金材料進(jìn)行10分鐘的保溫，將此作為2次淬火。

3.3 冷處理

相關(guān)研究表明：對鋁合金進(jìn)行高低溫循環(huán)處理（深冷處理），可以大大增鋁合金的塑性以及強(qiáng)度，同時在固溶與時效過程中進(jìn)行能夠取得更好的成效，然而力學(xué)性能對于循環(huán)的次數(shù)與溫度差并不是非常的敏感。此是因?yàn)樯罾涮幚憝h(huán)節(jié)形成很多的蜷線位錯、位錯胞以及位錯環(huán)等，并且已有的晶粒被細(xì)分成大量的亞晶，其互相纏結(jié)、互相作用，在很大程度上提高了組織架構(gòu)的平穩(wěn)性，同樣加強(qiáng)了材料的力學(xué)性能。如果先時效處理再加以循環(huán)處理，那么出現(xiàn)位錯時就已經(jīng)存在二相粒子，其產(chǎn)生互相作用以前位錯需移動相應(yīng)的距離，所以作用比較薄弱，強(qiáng)度提升并不明顯。

3.4 形變熱處理

所謂“形變熱處理”，主要是指可以將熱處理與塑性變形相互結(jié)合的處理工藝。此類處理方法的目標(biāo)在于讓合金精細(xì)架構(gòu)與合金過渡沉淀相分布有較大的優(yōu)化，以產(chǎn)生更高的韌性、耐蝕性以及強(qiáng)度等。當(dāng)前，可用于高強(qiáng)鋁合金的形變熱處理方法有很多，比如：低溫形變、高溫形變、中間形變、最終形變等等。其中，對Al-Cu-Mg高強(qiáng)度鋁合金進(jìn)行形變熱處理時，采取低溫形變熱處理能夠取得較好的效果，然而此形式有礙于Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)合金處理。增加高強(qiáng)鋁合金的冷變形量，加快其沉淀的速率，確保合金的硬度有所加強(qiáng)。但是，合金在發(fā)生冷變形后，合金的時效強(qiáng)度有所下降，造成此類問題的原因主要是相存在不均勻的現(xiàn)象。

4? 結(jié)論

綜上所述，高強(qiáng)鋁合金是極其重要的金屬材料，在各行各業(yè)中有著大量的運(yùn)用。對于高強(qiáng)鋁合金熱處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題，應(yīng)當(dāng)深入分析問題的根本成因，積極改進(jìn)高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝，從而加強(qiáng)高強(qiáng)鋁合金的性能。

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