淺談提高鋁合金材料性能的熱處理

玄寶

摘要：我國當前國民經濟的飛速發展，刺激更多的基礎行業加快發展步伐。隨著國際形勢的嚴峻挑戰，重視工業生產及其材料裝備的工作任重道遠。鋁合金作為一種重要的戰略合金金屬，在航空、航天、船舶、民用建筑、醫療以及軍事工業等眾多行業中得到廣泛應用推廣，已經變得不可替代。當前我國對高強鋁合金的熱處理技術研究距離國際最先進水平尚有進步空間，從業工作者應該積極探討如何運用熱處理技術來提供鋁合金的材料性能，實現技術創新，裝備突破，為我國的重工業發展提供良好的物質基礎。

關鍵詞：鋁合金；熱處理；材料性能

1 鋁合金分類

鋁合金是鋁金屬與添加材料在高溫下共同發生作用后形成的金屬材質。一般來講，鋁合金的分類原則是可以從不同的角度進行區分。按照生產工藝的不同可以分為鑄造鋁合金和變形鋁合金；按照熱處理能力的不同可以分為可熱處理強化鋁合金和不可熱處理強化鋁合金；而按照鋁合金材料的性能屬性又可以分為高塑性鋁合金、高強度鋁合金、中強度鋁合金、熱強鋁合金和耐蝕鋁合金。

2 鋁合金的熱處理概述

2.1 簡述熱處理

熱處理工序就是實施加熱和冷卻的操作，通過操作實現對金屬產品機械性能的調整和改變。鋁合金的熱處理，旨在通過特殊處理，是合金的沉淀硬化中通過鍛壓和鑄造手段提高強度和硬度。鋁合金的熱處理技術，不但能夠將加工過程中鋁合金的強度和硬度雙提高，同時消除可金屬自身擁有的內應力，能夠使處理后的產品擁有均勻的結構與良好的性能。鋁合金的熱處理主要有淬火、時效、退火等方式方法。淬火是將鋁合金在恒定溫度下加熱達到一定時間，然后迅速浸入介質中快速冷卻的方法。而退火工序，相當于是鋁合金的軟化處理，通過退火能夠提升合金的可塑性能力。

2.2 鋁合金熱處理特點

經過熱處理可提高材料強度和硬度的合金可以稱之為可熱處理強化合金，與之相對應的不可熱處理合金，則是不可通過熱處理。非熱處理合金，主要是靠冷加工來提供合金在時的材料強度。鋁合金鑄件如果需要更改其合金組織，需要在某一份熱處理規范下，控制在某個溫度的加熱時間和加熱速度，在加熱后一定要保持快速冷卻的時間把握。通過熱處理后的合金，力學性能顯著提高，化學性質中耐腐蝕能力也實現突破，加工性能得到改善，合金工件的外形將牢固不易變形。

3 鋁合金熱處理作用原理分析

鋁合金主要通過退火和淬火時效來完成熱處理。退火作為一種軟化操作工藝能夠將材料中的內應力消除至盡，從而使合金變軟。結構組織維持平衡狀態。淬火屬于強化熱處理，通過淬火過程，合金的物理特性、機械強度大大增加。

3.1 退火工序

內應力作為嚴重影響鋁合金質量的重要因素，常中表現為內應力不均勻，組織結構不穩定，一旦測得金屬內有殘留內應力，鋁合金的綜合性能勢必大打折扣，可能直接出現塑性降低、耐蝕性減弱、機械性能損失等狀況。退火工藝正好能夠消除或者減少這些工藝缺陷。

3.1.1 去應力退火工藝

去應力退火技術主要運用在合金鑄件、焊接件、切削加工件、塑性變形工件等工業零部件上。這些零部件表面看并沒有什么質量問題，然后有內部的內應力存在導致合金的腐蝕作用極易發生。去應力退火能夠實現合金組織及機械性能的穩定性增加。熱處理時，晶體的晶格會隨著溫度升高發生變化，晶格的扭曲能量降低，呈現正常的排列組合狀態，也能夠有效降低晶格彈性畸變能，通過這樣的內部結構變化最終導致金屬制件的內應力大大減小。一旦內應力降低，合金工件的外形就不再發生隨意變形，尺寸穩定的情況下，工件的強度、硬度也能夠保持穩定。

3.1.2 再結晶退火工藝

再結晶退火工藝的使用，主要是需要將工件加熱使其再結晶的溫度以上再加以緩慢冷卻。再結晶退火的目的能夠直接促進晶體的晶粒細微化，提高合金的塑性變形作用，有效消除內應力，同時將直接影響并減小合金的硬度。如果能夠從正確的技術手段上控制熱處理的加熱溫度、保溫時間和加熱的速率，就能夠獲得足夠多的細小晶粒。拿同一塊合金金屬做研究能夠得出，熱處理的加熱溫度如果升高，保溫時間則相應縮短，這樣才能保證合金不會出現一次再結晶。而相反情況下，熱處理的加熱溫度如果降低，保溫時間就應該相應延長，只有這樣才能保證結晶過程是充分的，再結晶退火的工藝目的才能實現。當然在后者情況下，保溫時間也存在限度。如果過長時間保溫，合金工件的生產效率直接受到影響，不利于規模生產。

3.1.3 均勻化退火工藝

澆注鋁合金的鑄件或鑄錠時，結晶會在鑄件迅速冷卻后產生，此時鑄件整體組織處于不平衡狀態。這種不平衡狀態會導致偏析、不平衡共晶體等缺陷產生，嚴重降低合金的性能，使其強度、硬度和抗腐蝕性能都降低。這種情況下就應該使用均勻化退火工藝。要積極調整控制合金熱處理加熱的溫度，使其無限接近于合金的熔點閥值，在加熱一段時間后再慢速冷卻。實際上，均勻化退火可以稱之為擴散性退火，主要是由于均勻化退火加強了微粒子之間的擴散。均勻化退火工藝下的合金性能主要受到加熱溫度和保溫時間的影響。

3.2 淬火工序

淬火工序就是工業操作中的固溶處理。影響淬火的因素也包含熱處理的加熱溫度，保溫時間和冷卻溫度。一般情況下，如果淬火加熱溫度值和保溫時間取值越大，則強化相溶解的物理過程越充分，晶體的晶格中排列分布合金元素的狀態也就是越均勻，晶格中的格局變化后，其空位濃度將相應增加，能較好地促進合金時效作用的提高。

3.3 時效作用

合金熱處理的時效作用主要包括自然時效和人工時效，很多時候人工時效就稱為回火。有時候鋁合金容易在常溫下或者淬火時，獲得處于不穩定狀態的過飽和固溶體，溶體中溶質原子容易被激化，從而使合金容易發生分解和析出過剩溶質微粒子。這時就稱為自然時效作用。當然，一般由于溫度不會出現高攀現象，析出過程只能持續到初始階段便會結束。還有的鋁合金內部微粒子在進行熱處理時開始運動到等到溫度達到某數值時才能析出，回火的運行機理就是如此。一般來講影響同一成分合金的時效強化效果的主要工藝因素包括了時效作用達到的溫度和活動時間，固溶處理的加熱溫度和冷卻速度，以及時效前的塑性變形等。

3.4 回歸處理

熱處理中還有將已淬火時效得到的鋁合金產品再次通過短時加溫迅速進入新淬火狀態的處理，稱之為回歸處理。通過回歸熱處理，能夠提高鋁合金塑性，這樣得到的材料便于冷彎成形或矯正形位公差。

4 結語

隨著科學技術的發展，鋁合金材料的熱處理工藝技術將在不斷的研究和探索中得到優化和提升。而熱處理技術的不斷提升，將有利于逐漸提高鋁合金材料的綜合性能，從而使鋁合金的應用更加廣泛，能夠在更多領域發揮其自身功用。

參考文獻

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（作者單位：天津忠旺科技有限公司）