鋁合金熱處理技術

周洋玲

摘要：通過對當前我國高強度鋁合金熱處理技術的發展情況研究可以發現，高強度鋁合金技術水平相對較低，還存在著許多的弊端等待著專業的研究人員和技術人員去解決。

關鍵詞：高強鋁合金；熱處理研究；技術

1、均勻化處理

由于高強鋁合金具有非常高的合金化元素總量，因此，在鑄造鋁合金的過程中，均勻化是對其進行初步處理的必經工序。在對合金凝固的過程中，通常會出現枝晶偏析，而對其進行均勻化處理能夠降低或者消除枝晶組織及化學成分不均勻性，同時減少或者消除在快速冷卻鑄錠的過程中所導致的內應力，使其熱塑性得到有效改善。對高強鋁合金進行均勻化處理可以保證在鑄造鋁合金的過程中出現的非平衡進行二次溶解，降低二次溶解時的體積分數，使合金塑性得到有效改善，提高在基體中高強鋁合金的固溶度，同時使其固溶強度得到提高。均勻化高強度鋁合金的時間越長，熱處理的過程也就會越徹底。但是，由于高強度鋁合金具有非常高的合金元素含量，所以，對高強度鋁合金進行均勻化通常會很困難。首先從對合金性能進行改善著手，目前對高強度鋁合金進行均勻化的制度有幾種。對高強度鋁合金進行研究表明，鋁合金兩極均勻化要比單級均勻化的效果好；短時保溫可以確保鋁合金晶粒更快的析出彌散，對亞晶粒進行細化，在一定程度上有利于合金綜合性能的提高。相比于鋁合金低溫均勻化，高溫均勻化更能加快鋁合金中合金元素的溶解進程。

2、固溶處理

2.1鋁合金強化固溶

對鋁合金進行固溶處理是提煉過飽和固溶體的重要方式。強化固溶在鋁合金基體中將第二相能隨溫度的減少而下降的鋁合金進行加熱，待其第二相能最大限度或者全部與合金相溶，對其進行一段時間的保溫，要比第二相從溶入到析出的冷卻速度快，以此來獲取過飽和的空位及溶質原子。現階段，對高強鋁合金進行固溶處理的方法有強化固溶與一般固溶兩種。所謂強化固溶處理，其實指的是在一定溫度下，將其進行一定時間的保溫，再通過一定的升溫速度進行逐漸升溫，再對鋁合金保溫之后，將其置于室溫下進行冷卻。若在冷卻的過程出現相同的時效制度，那么就能夠看到對高強鋁合金進行強化固溶的優勢。相比于一般固溶方式，強化固溶能夠在合金化元素總量不用提高的基礎上，對固溶體鋁合金的過飽和度進行提高，而且還使沒有溶化掉的結晶相得以減少，對鋁合金抗斷裂性能的改善以及時效析出程度的提高具有重要意義，能夠有效提高其綜合性能。

2.2鋁合金高溫預析出處理

所謂高溫預析出，其實指的就是先對鋁合金進行充分的高溫固溶，再在比固溶溫度稍低的情況下進行保溫，這就是所謂的兩步固溶法，以此來使晶內與晶界的析出狀況得以改善，保證材料能夠有比較優良的力學性能，特別是能夠改善鋁合金的抗應力腐蝕性能。

2.3雙重淬火處理

相關研究表明，通過預先雙重淬火的方式對B95鋁合金進行熱處理，不僅能夠使合金達到對其進行單級時效后的合金強度值，而且還可以達到雙級時效后的塑性、強度以及抗腐蝕性。也就是說，在470℃的溫度下，對其進行10分鐘的保溫，以作第一次淬火，然后還是在470℃的溫度下，再次對其進行10分鐘的保溫，以作第二次淬火。在短時間內，這種雙重淬火處理方式不會導致固溶體晶粒擴張，也不會引起晶粒與金屬化合物粘連。第一次淬火可以使合金空位濃度得到很大程度的提高，確保了第二次淬火過程中的活性補溶。

3、時效處理

3.1單級時效

首先，將GP區（溶質原子團聚區）中溶解溫度臨界值Tc作為對合金材料進行熱處理的一個分界點；而后按照單級時效的基本劃分形式來對其進行兩種形式劃分（具體如下圖1所示）；之后，以合金材料進行了時效處理之后具體的組織形式為依據，將單級時效劃分為峰值時效、過時效以及欠時效三大種類。其中，欠時效的時效溫度相對較低，也就是說，此種時效的時效期要短于其他兩種，這是為了更好地保留合金材料自身的合金塑性。與此同時，過時效的各個數值同欠時效正好相反，無論是時效溫度還是時效期，都要高于其他兩種，這主要是為了有效地提升合金材料的綜合性能。

3.2雙級時效

單從字面意義上來看便可了解，所謂的雙級時效就是通過使用兩次不同溫度來處理核心材料（具體情況如下圖2所示）；其中，對合金的第一級處理屬于低溫的預時效處理，屬于對合金材料進行熱處理過程中的成核處理階段，該階段可以將合金材料處理成密度相對較高的GP區。通常情況下，GP區屬于均勻生核，只有GP區已經形成了能夠滿足需要的大尺寸時，才能夠成為時效沉淀相的核心，并在極大程度上提升合金組織自身各種化學元素的均勻性。與此同時，當預時效溫度高于GP區的溶解溫度，而此時GP區在此種情況下還可以穩定存在的時候，可以讓其優先成為核，并對其進行相應的轉化。如果對鋁合金淬火后加以高溫時效，此后實施低溫時效，則會加寬無沉淀析出帶。British Aerospace Public Limited Company（英國航空公司）相關專家研究出了新型雙極人工實效體制（鋁鋰合金），利用其處理后會保證合金屈服強度不大于292 MPa。Ⅰ級人工實效體制范圍為160℃～130℃（每15min→1440min），Ⅱ級人工實效體制范圍為130℃～90℃（每60min→4320min）。

4、形變處理

由于對高強合金進行熱處理時，需要保證其處于高溫環境中，所以，這就極容易導致被處理的原件在處理過程中出現變相或者是塑性形變等方面的問題。處理Al-Zn-Mg合金時，利用低溫形變類型較為合適，然而卻對Al-Zn-Mg-Cu缺乏有效性。冷變形逐漸發展使得合金硬度加大。然而由于錯位使得η不夠平衡。使用高溫熱處理時將熱加工當成固溶處理，此技術對Al-Cu系列合金與Al-Mg-Si系列合金較為有效，但是卻不適合Al-Zn-Mg-Cu系列合金。由于處理高強合金技術的類型和加工方法多種多樣，技術人員可以根據現場施工條件和環境的不同來選擇不同的處理方法，尤其是當合金材料出現形變時，技術人員一定要及時地發現并快速選擇相應的低溫或者是高溫變形處理手段，有效地防止材料出現冷變形或者是熱變形的情況，從而在保證最終處理效果不被影響的前提下，提升合金材料的硬度，使得其能夠被更好地使用。

結束語

同其他種類的航空材料相比，高強度的鋁合金材料強度高、成形性好、密度小、成本低且耐蝕性好，所以被廣泛地應用到了軍工、船舶與航空航天事業建設中。但是由于目前我國研究高強鋁合金的人員并沒有對熱處理技術給予一個準確的標準與定位，這使得大部分的企業在使用此項技術時都是以自身發展經驗為依據的，導致制造出的鋁合金的質量高低不齊，造成該材料的重要作用無法發揮出來。所以，對該項技術進行深入研究對提升國防實力與綜合國力具有重要作用。

參考文獻

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（作者單位：佛山市鴻金源精密制造有限公司）