鋁及鋁合金的熱處理

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1、鋁及鋁合金的熱處理退火及淬火時(shí)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(fù)合金的塑性。淬火時(shí)效則屬?gòu)?qiáng)化熱處理,目的是提高合金的強(qiáng)度,主要應(yīng)用于可熱處理強(qiáng)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(shí)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(jìn)行均勻化退火。為促使原子擴(kuò)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(diǎn)共晶熔點(diǎn),一般均勻化退

2、火溫度低于該熔點(diǎn)5~40℃,退火時(shí)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(qiáng)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(jìn)行冷軋是有困難的,因此需進(jìn)行坯料退火。對(duì)于非熱處理強(qiáng)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(dāng)高一些,可選上限溫

3、度。對(duì)于可熱處理強(qiáng)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(jìn)行中間退火而繼續(xù)冷加工將會(huì)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(duì)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(jiǎn)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(jī)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(shí)間不宜過長(zhǎng)。對(duì)于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金,為防止產(chǎn)生空冷淬火效應(yīng),應(yīng)嚴(yán)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(qiáng)化鋁合金。制定低溫退火制度是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作,不僅要考慮退火溫度和保溫時(shí)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(cè)出退火溫度與機(jī)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(biāo),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(shí)效處理做好組織上的準(zhǔn)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(dá)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(diǎn)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(jìn)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(yán)格的熱處理操作,其中關(guān)鍵的是選擇恰當(dāng)?shù)拇慊鸺訜釡囟群捅ＷC足夠的淬火冷卻速度,并能嚴(yán)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(zhǎng)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(shí)效處理后的強(qiáng)度。一般鋁合金加熱爐要求爐溫控制精度在±3℃以內(nèi),同時(shí)爐內(nèi)空氣是強(qiáng)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(diǎn)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(jī)械性能的降低,同時(shí)對(duì)合金的抗蝕性也有嚴(yán)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(bào)廢。鋁合金的實(shí)際過燒溫度主要決定于合金成分、雜質(zhì)含量,同時(shí)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(diǎn)組成物在加熱時(shí)愈容易溶入基體,故實(shí)際過燒溫度升高。鋁合金淬火時(shí)的冷卻速度對(duì)合金的時(shí)效強(qiáng)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