铝合金热处理工艺

1、铝合金热处理工艺吕枫 发表发表时间 :3.1 铝合金热处理原理铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范， 控制加热速度升到某一相应温度下保 温一定时间以一定得速度冷却， 改变其合金的组织， 其主要目的是提高合金的力学性 能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。3.1.1 铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然 而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后， 强度与硬度并不立即升高， 至于塑性非但没有 下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如46昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增

2、长而 显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室 温的某一温度范围（如100200C）内发生，称人工时效。3.1.2 铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺， 还 取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、 位错的数量和分布等。目前普 遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及 移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在 一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速

3、了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。 淬火温度越高，空位浓度越大， 硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。 淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的 空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度， 即随温度增加固溶度 增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。 沉淀硬化所要求的溶解度 温度关系，可用铝铜系的 Al 4Cu 合金说明合金时效的组成和结构的变化。图 31 铝铜系富铝部分的二元相图，在 548C进行共晶转变L-a + B( AI2Cu)。铜在a相 中的极限溶

4、解度5.65 %( 548C)，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为 0.05。在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程：3.121形成溶质原子偏聚区G- P (I)区在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效 初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶 质原子偏聚区，称 G- P (I)区。G- P (I)区与基体a保持共格关系，这些聚合 体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。3.1.2.2 G- P区有序化形成 G- P (H) 区随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即

5、形成G-P(n) 区。它与基体a仍保持共格关系，但尺寸较 G- P (I)区大。它可视为中间过渡相， 常用B”表示。它比G- P (I)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大， 因此时效强化作用更大，B”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。3.1.2.3形成过渡相随着时效过程的进一步发展，铜原子在G- P (H )区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1: 2时，形成过渡相B'。由于的点阵常数发生较大的变化，故当其形成 时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此相周围基体的共 格畸变减弱， 对位错运动的阻碍作用亦减小， 表现在合金性能上硬度开始下降。由此 可见，共格畸变的

6、存在是造成合金时效强化的重要因素。 破坏，并有自己独立的晶格， 其畸变也随之消失， 并随时效温度的提高或时间的延长， B相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。 B相聚集长大而变得粗大。铝铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。 但合金的种类 不同，形成的G- P区、过渡相以及最后析出的稳定性各不相同，时效强化效果也不 一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表31。从表中可以看到，不同合金系时效过程亦不完全都经历了上述四个阶段，有的合金不经过G-P(H)区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时间不同， 亦不完全依次经历时

7、 效全过程，例如有的合金在自然时效时只进行到G- P (I)区至G- P (H )区即告终了。在人工时效，若时效温度过高，则可以不经过G- P区，而直接从过饱和固溶体中析出过渡相，合计时效进行的程度，直接关系到时效后合金的结构和性能。表 31 几种铝合金系的时效过程及其析出稳定的强化相3.1.3 影响时效的因素3.1.3.1 从淬火到人工时效之间停留时间的影响研究发现，某些铝合金如 Al MgSi 系合金在室温停留后再进行人工时效，合金的 强度指标达不到最大值，而塑性有所上升。如 ZL101铸造铝合金，淬火后在室温下停 留一天后再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低1020Mpa但塑性要比立刻进行时效的铝合金有所提高。3.1.3.2 合金化学成分的影响一种合金能否通过时效强化， 首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶 度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而镁、 锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度， 但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异 不大，强化效果甚微。因此，二元铝硅、铝锰、铝镁、铝锌通常都不采用时 效强化处理。而有些二元合金，如铝铜合金，及三元合金或多元合金，如铝镁 硅、铝铜镁硅合金等， 它们在热处理过程中有溶解度和固态相变， 则可通过热 处理进行强化。3.1.3.3 合金的固溶处理工艺影响 为获得良好