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1、鋁及鋁合金的熱處理退火及淬火時效是鋁合金的基本熱處理形式。退火是一種軟化處理。其目的是使合金在成分及組織上趨于均勻和穩(wěn)定,消除加工硬化,恢復合金的塑性。淬火時效則屬強化熱處理,目的是提高合金的強度,主要應(yīng)用于可熱處理強化的鋁合金。第一節(jié)退火根據(jù)生產(chǎn)需求的不同,鋁合金退火分鑄錠均勻化退火、坯料退火、中間退火及成品退火幾種形式。一、鑄錠均勻化退火鑄錠在快速冷凝及非平衡結(jié)晶條件,必然存在成分及組織上的不均勻,同時也存在很大的內(nèi)應(yīng)力。為了改變這種狀況,提高鑄錠的熱加工工藝性,一般需進行均勻化退火。為促使原子擴散,均勻化退火應(yīng)選擇較高的退火溫度,但不得超過合金中低熔點共晶熔點,一般均勻化退
2、火溫度低于該熔點5~40℃,退火時間多在12~24h之間。二、坯料退火坯料退火是指壓力加工過程中第一次冷變形前的退火。目的是為了使坯料得到平衡組織和具有最大的塑性變形能力。例如,鋁合金熱軋板坯的軋制終了溫度為280~330℃,在室溫快速冷卻后,加工硬化現(xiàn)象不能完全消除。特別是熱處理強化的鋁合金,在快冷后,再結(jié)晶過程未能結(jié)束,過飽和固溶體也未及徹底分解,仍保留一部分加工硬化和淬火效應(yīng)。不經(jīng)退火直接進行冷軋是有困難的,因此需進行坯料退火。對于非熱處理強化的鋁合金,如LF3,退火溫度為370~470℃,保溫1.5~2.5H后空冷,用于冷拉伸管加工的坯料、退火溫度應(yīng)適當高一些,可選上限溫
3、度。對于可熱處理強化的鋁合金,如LY11及LY12,坯料退火溫度為390~450℃,保溫1~3H,隨后在爐中以不大于30℃/h的速度冷卻到270℃以下再出爐空冷。三、中間退火中間退火是指冷變形工序之間的退火,其目的是為了消除加工硬化,以利于繼續(xù)冷加工變形。一般來說,經(jīng)過坯料退火后的材料,在承受45~85%的冷變形后,如不進行中間退火而繼續(xù)冷加工將會發(fā)生困難。中間退火的工藝制度基本上與坯料退火相同。根據(jù)對冷變形程度的要求,中間退火可分為完全退火(總變形量ε≈60~70%),簡單退火(ε≤50%)和輕微退火(ε≈30~40%)三種。前兩種退火制度與坯料退火一樣,后一種為320~350
4、℃加熱1.5~2h后空冷。四、成品退火成品退火是根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)條件的要求,給予材料—定的組織和機制性能的最終熱處理。成品退火可分為高溫退火(生產(chǎn)軟制品)和低溫退火(生產(chǎn)不同狀態(tài)的半硬制品)兩種。高溫退火應(yīng)保證能獲得完全再結(jié)晶組織和良好的塑性。在保證材料獲得良好的組織及性能條件下,保溫時間不宜過長。對于可熱處理強化的鋁合金,為防止產(chǎn)生空冷淬火效應(yīng),應(yīng)嚴格控制其冷卻速度。低溫退火包括消除內(nèi)應(yīng)力退火和部分軟化退火兩種,主要用于純鋁和非熱處理強化鋁合金。制定低溫退火制度是一項很復雜的工作,不僅要考慮退火溫度和保溫時間,而且要考慮雜質(zhì)、合金化程度、冷變形量、中間退火溫度和熱變形溫度的影響。制
5、定低溫退火制度必須是測出退火溫度與機械性能間的變化曲線,然后再根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的性能指標,確定退火溫度范圍。第二節(jié)淬火鋁合金的淬火也稱固溶處理,即通過高溫加熱,使金屬中以第二相形式存在的合金元素盡可能多的溶入固溶體,隨后快速冷卻,以抑制第二相的析出,從而獲得一種過飽和的以鋁為基的α固溶體,為下一步時效處理做好組織上的準備。獲取過飽和α固溶體的前提是合金中的第二相在鋁中的溶解度應(yīng)隨溫度的增加而明顯提高,否則,就達不到固溶處理的目的。鋁中絕大多數(shù)合金元素能夠構(gòu)成具有這一特點的共晶型相圖。以Al-Cu合金為例,共晶溫度為548℃,銅在鋁中的室溫溶解度不足0.1%,加熱到548℃,其溶解
6、度則提高到5.6%,因此,含銅在5.6%,以下的Al-Cu合金,加熱溫度超過其固溶線以后,進入α單相區(qū),即第二相CuAl全部溶入基體,淬火后就可獲得單一的過飽和α2固溶體。淬火是鋁合金的最重要和要求最嚴格的熱處理操作,其中關(guān)鍵的是選擇恰當?shù)拇慊鸺訜釡囟群捅ＷC足夠的淬火冷卻速度,并能嚴格控制爐溫和減少淬火變形。淬火溫度的選定原則是在確保鋁合金不發(fā)生過燒或晶粒過分長大的情況下盡可能的提高淬火加熱溫度,以增加α固溶體的過飽和度及時效處理后的強度。一般鋁合金加熱爐要求爐溫控制精度在±3℃以內(nèi),同時爐內(nèi)空氣是強制循環(huán)的,以保證爐溫的均勻性。鋁合金的過燒是由于金屬內(nèi)部低熔點組成物,如二元或多
7、元共晶體發(fā)生局部熔化造成的。過燒不僅造成機械性能的降低,同時對合金的抗蝕性也有嚴重影響。因此,鋁合金一旦發(fā)生過燒,將無法消除,合金制品應(yīng)給予報廢。鋁合金的實際過燒溫度主要決定于合金成分、雜質(zhì)含量,同時與合金加工狀態(tài)也有關(guān)系,經(jīng)過塑性變形加工的制品其過燒溫度高于鑄件,變形加工量愈大,非平衡低熔點組成物在加熱時愈容易溶入基體,故實際過燒溫度升高。鋁合金淬火時的冷卻速度對合金的時效強化能力及抗蝕性有重大影響,LY12和LC4淬火過程中必須確保α固溶體不發(fā)生分解,特別在290~420℃的
