關于鋁合金熱處理工藝的分析

萬茹濤

摘 要：隨著當前航天技術的飛速發展，很多的制造技術得到了較好的發展，其中鋁合金（超塑性）結構是飛行器設計中極其重要的技術，本文首先分析了國內外對鋁合金熱處理工藝的研究現狀，同時闡述了鋁合金熱處理工藝，最后總結了鋁合金熱處理工藝問題的解決途徑。

關鍵詞：鋁合金 熱處理工藝 研究現狀 解決措施

中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0103-02

隨著現代航空業、汽車行業的高速發展，鋁合金材料得到了較好的應用，通過利用先進的工藝能夠有效地改善鋁合金的性能，目前，我國改善鋁合金性能的途徑主要包括：調整元素含量（組元比值）、使用特殊的工藝、減少Fe、Si等雜質的含量、添加結晶抑制劑、熱工藝處理技術等，本文主要分析的是中間形變熱處理工藝（ITMT）和最終形變熱處理（FIMT）工藝技術。

1 國內外對鋁合金熱處理工藝的研究現狀

1.1 國內外對中間形變熱處理工藝（ITMT）的研究現狀

國外對鋁合金中間形變熱處理工藝（ITMT）的開發和研究主要集中在7000系的鋁合金，熱處理主要包括優化結晶分數、改進結晶粒的尺寸等。對早期的AA7075型的鋁合金處理，采用的是冷軋和再結晶退火兩者相結合的工藝，通過深沖、單軸拉伸發現，這類工藝能夠提升7075板材的性能。采取擠壓AA7000系列的板材，進行冷軋和再結晶處理技術，能夠減少結構內的體積分數，提升板材的性能。

國內的中間形變熱處理工藝（ITMT），主要是通過利用超塑預處理工藝，能夠促使鋁合金的橫向、縱向晶粒達到30μm，將鋁合金的性能提升了25.8%，針對其他系列的鋁合金，熱處理工藝也有所涉及，過時效溫度和終扎溫度能夠提升鋁合金的結晶性能，高過時效溫度還能有效地細化晶粒，提高鋁合金的抗拉強度、屈服強度。

1.2 國內外對最終形變熱處理（FIMT）工藝研究現狀

同中間形變熱處理工藝（ITMT）比較類似，最終形變熱處理（FIMT）工藝也應用在沉淀強化型號的鋁合金中，例如：AL-LI系列的鋁合金、7000系列、2000系列。

國外對最終形變熱處理（FIMT）工藝研究主要是針對不同厚度、不同純度的鋁合金，國外學者研究了固溶后變形的鋁合金2024系列和7A04系列，實驗之后發現最終形變熱處理（FIMT）工藝能夠加速時效影響，對2024系列的鋁合金強度提升效果顯著，但是對7A04系列的鋁合金沒有明顯的效果，反而降低了7A04的延伸率，通過分析得知，主要是因為大的冷形變所帶來的高密度加劇了相的粗化。

通過本文上述分析能夠得知，中間形變熱處理工藝（ITMT）在確保強度的基礎上，提升了鋁合金的塑性，最終形變熱處理（FIMT）工藝雖然能夠提升鋁合金的強度，但是對導致鋁合金失去一部分塑性。

2 鋁合金熱處理工藝

本文闡述的鋁合金熱處理工藝主要是為最終形變熱處理（FIMT）工藝技術、中間形變熱處理工藝（ITMT）技術兩類，具體如下。

2.1 中間形變熱處理工藝（ITMT）

中間形變熱處理工藝（ITMT）是在機械熱處理工藝的基礎上，將變形和熱處理結合的工藝技術，其目的是為了提升鋁合金的性能。同中間形變熱處理工藝技術不同的是，這類技術適用于T6、7451等系列的鋁合金處理。

通過使用中間形變熱處理工藝（ITMT）技術，能夠使得7075系列的鋁合金尺寸達到30μm、15μm，可以將厚度為25.4mm板材的延伸率提高52.3%.在國內相關學者的探討下，研發出塑性預處理技術，利用過時效方式，對固溶淬火后的材料實施預處理，在中溫環境下變形，最后進行結晶處理。這類工藝技術將7075系列的鋁合金晶粒細化到了10μm之下，提升了該系列鋁合金的超塑性、延伸率。

2.2 最終形變熱處理（FIMT）工藝技術

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術最大的特點是將形變和時效強化工藝相結合，目前使用最普遍的工藝流程有兩種；（1）淬火—自然時效—變形—再時效處理，如圖1（a）所示；（2）淬火—變形—時效，如圖1（b）所示。

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術在使用過程中，會出現大量的位錯現象，主要是因為鋁合金中的原子（溶質）會產生一些低壓穩定氣團，氣團出現釘扎作用時，會影響位錯的移動性，在此基礎上就能夠提升鋁合金的強度，變形產生的位錯缺陷，能夠加速時效的分析速度，促使析出的相分布均勻。

利用沉淀熱化反應，首先需要加熱、快速冷卻，形成一種過飽和的固溶體，這類工藝為固溶熱處理工藝。采取這類工藝的目的是為了將合金的硬化元素融入固溶中，此工藝還包括將合金加熱到足夠溫度，確保溫度長時間保溫，接著在水中快速冷卻。簡單而言，提升鋁合金的強度、硬度熱處理工藝，主要包括：（1）在固溶熱處理工藝中，實現可溶相溶解；（2）淬火，在此工藝環節形成過飽和的固溶液；（3）在自然時效、人工時效（沉淀熱處理時效）中，確保溶質原子沉淀析出。

3 鋁合金熱處理工藝問題的解決途徑

雖說熱處理工藝技術得到了普遍的應用且應用效果也比較顯著，但不可否認的是，相比西方發達國家，我國的熱處理工藝技術的理論還存在著較大的缺陷，在工業生產的應用中還需要理論支持、實驗驗證，因此，相關的科技人員必須要加強對熱處理工藝機理的研究力度。例如：國外學者就建立了熱處理工藝技術在不同系列鋁合金中的使用，將時效性、析出預設時間、應變、再結晶抑制劑等融入在模型內，最終模型預測的結晶尺寸、實驗結果誤差較小。國內可以借鑒此方法，不斷地完善熱處理工藝技術，提升我國熱處理工藝技術水平。

與此同時，針對熱處理工藝技術在7000系列鋁合金中的使用，析出階段產生的相（S），可以在調整成分的基礎上進行改善。在7075系列的鋁合金中使用熱處理工藝技術，能夠實現大晶粒、小晶粒共存的現象，這類現象能夠改變鋁合金材料的塑性。

通過本文的分析能夠得知，熱處理工藝技術對鋁合金材料的力學、疲勞性、抗腐蝕性等方面影響均存在著較大的差異，為了減少這類差異，擴展熱處理工藝的使用范圍，需要不斷地完善熱處理工藝的機理，探索出一套能夠適用于不同系列的鋁合金熱處理技術。

4 結語

綜上所述，鋁合金的熱處理工藝能夠在提升晶粒塑性的基礎上，改善鋁合金板材的延伸率，以提升鋁合金的韌性。同其他的鋁合金處理技術相比較，熱處理技術的工藝比較簡單，適用面較廣。但是熱處理工藝中的ITMT工藝加工周期較長，不適用于工業化生產，雖說FTMT工藝技術的效果顯著，但是工藝難度較大。這就要求相關的學者、專家不斷地研究熱處理工藝，發揮鋁合金材料的優勢，促進鋁合金熱處理技術更好地應用在工業化生產中。

參考文獻

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