高强铝合金的热处理技术探究

原 政

（潞安职业技术学院，山西 长治 046204）

引言

同其他种类的航空材料相比，高强度的铝合金材料强度高、成形性好、密度小、成本低且耐蚀性好，所以被广泛地应用到了军工、船舶与航空航天事业建设中。但是由于目前我国研究高强铝合金的人员并没有对热处理技术给予一个准确的标准与定位，这使得大部分的企业在使用此项技术时都是以自身发展经验为依据的，导致制造出的铝合金的质量高低不齐，造成该材料的重要作用无法发挥出来。所以，对该项技术进行深入研究对提升国防实力与综合国力具有重要作用。

1 均匀化

元素构成上看，高强铝合金合金化的元素总量相对较高，制造该材料时，对其进行均匀化的处理，既是处理铝合金材料的初级工序，也是必经工序。对合金材料进行凝固时，常常会有枝晶偏析情况出现，对合金材料均匀化处理，不仅能有效降低甚至消除枝晶组织或者其他类型化学成分分布不均匀，还可以有效地减少或消除对合金进行快速冷却过程中出现内应力，提升合金材料的热塑性。

铝合金材料均匀化处理，保证材料在铸造过程中出现带有非平衡性质并进行二次溶解，降低其溶解时体积分数，提高基体中合金本身固溶度，提升固溶的强度［1］。其中，对高强铝合金进行均匀化处理的时间同其热处理的过程的彻底程度是成正相关的。但是，受到高强度铝合金自身含有合金元素较高的因素影响，对该材料进行均匀化处理时的处理难度也比较大。对此，技术人员可以先改善材料的合金性，尽可能地对采用两极均匀化的方式来对该材料进行处理；并且，采用短时保温可以让合金粒子的析出弥散速度加快，从而使得其综合性能更高。

2 固溶处理

2.1 强化固溶

就目前来看，对合金材料进行强化固溶处理，是提炼材料中过于饱和的固溶体的主要手段。在合金基体中，强化固溶可以让第二相随着温度的降低而下降和合金进行加热处理，当第二相最大化或者是全都融到了合金如熔体中时，再对其保温一段时间，采用此种方式，可以有效地减少第二相溶入到析出这一过程中的冷却时间，这样就能够有效地获取到过饱和的溶质原子和空位［2］。

2.2 合金的高温预析出

采用高温预析出的方式对合金进行处理，可以对合金材料进行进一步的高温加热，以便使得合金能够尽快地达到固溶状态。之后，以达到固溶状态的合金材料为基础，以低于合金固溶加热的条件为依据，对合金材料进行保温，从而实现两步合金固溶。通过此种处理方式，能够有效地改善合金晶内同晶界实际的析出状况，保证在力学性能上材料可以具备较为突出的性能，从而使得合金自身的抗腐蚀性可以得到极大的提升［3］。

2.3 双重淬火

相关研究分析发现，通过双重淬火方式对合金材料进行热处理，不但可以使合金材料快速地达到其单级时效之后的合金强度值要求，还能够达到双级失效之后的强度、塑性与抗腐蚀性的要求［4］。由此可以看出，可以在温度达到了470 ℃的高温下，对合金进行一次10min的保温，以此作为对该材料的1 次淬火；而后，还是在此高温（470 ℃）环境下，再对合金进行10min保温，将此作为2次淬火。

3 时效处理

3.1 单级时效

首先，笔者将GP去（溶质原子团聚区）中溶解温度临界值Tc作为对合金材料进行热处理的一个分界点；而后按照单级时效的基本划分形式来对其进行两种形式划分，具体如下图1 所示。之后，以合金材料进行了时效处理之后具体的组织形式为依据，将单级时效划分为峰值时效、过时效以及欠时效三大种类［5］。其中，欠时效的时效温度相对较低，也就是说，此种时效的时效期要短于其他两种，这是为了更好地保留合金材料自身的合金塑性。与此同时，过时效的各个数值同欠时效正好相反，无论是时效温度还是时效期，都要高于其他两种，这主要是为了有效地提升合金材料的综合性能。

图1 单级时效示意图

3.2 双级时效

单从字面意义上来看便可了解，所谓的双级时效就是通过使用两次不同温度来处理核心材料，具体情况如下图2所示。其中，对合金的第一级处理属于低温的预时效处理，属于对合金材料进行热处理过程中的成核处理阶段，该阶段可以将合金材料处理成密度相对较高的GP区。通常情况下，GP区属于均匀生核，只有GP区已经形成了能够满足需要的大尺寸时，才能够成为时效沉淀相的核心部门，并在极大程度上提升合金组织自身各种化学元素的均匀性。与此同时，当预时效温度高于GP区的溶解温度，而此时GP区在此种情况下还可以稳定存在的时候，可以让其优先成为核，并对其进行相应的转化［6］。

如果对铝合金淬火后加以高温时效，此后实施低温时效，则会让加宽无沉淀变窄。British Aerospace Public Limited Company（英国航空公司）相关专家研究出了新型双极人工实效体制（铝锂合金），利用其处理后会保证合金屈服强度不大于292MPa。Ⅰ级人工实效体制范围为160 ℃～130 ℃（每15min→1 440min），级Ⅱ人工实效体制范围为130 ℃～90 ℃（每60min→4 320min）。

图2 双级时效示意图

4 形变处理

由于对高强合金进行热处理使，需要保证其处于高温环境中，所以，这就极容易导致被处理的原件在处理过程中出现变相或者是塑性变形等方面的问题。

处理Al－Zn－Mg合金时，利用低温形变类型较为合适，然而却对Al－Zn－Mg－Cu缺乏有效性。冷变形逐渐发展使得合金硬度加大。然而由于错位使得η不够平衡。使用高温热处理时将热加工当成固溶处理，此技术对Al－Cu系列合金与Al－Mg－Si系列合金较为有效，但是却不适合Al－Zn－Mg－Cu系列合金。

由于处理高强合金技术的类型和加工方法多种多样，技术人员可以根据现场施工条件和环境的不同来选择不同的处理方法，尤其是当合金材料出现形变时，技术人员一定要及时地发现并快速选择相应的低温或者是高温变形处理手段，有效地防止材料出现冷变形或者是热变形的情况，从而在保证最终处理效果不被影响的前提下，提升合金材料的硬度，使得其能够被更好地使用。

5 结语

通过对当前我国国内热处理高强度铝合金技术的发展情况研究可以发现，高强度铅合金技术水平相对较低，还存在着许多的弊端等待着专业的研究人员和技术人员去解决。对此，我国的相关专业人员在研究此项技术时，应该要不断地吸收和借鉴发达国家的先进技术，并结合我国国内的实际情况，以便保证研究出的先进热处理技术能够满足我国社会发展的需求，从而提升我国国际竞争力。

［1］张显峰.铝合金热处理工艺及组织性能研究［D］.湖南：湖南大学，2012.

［2］赵俊.合金化及回归热处理对7075铝合金组织及性能的影响［D］.河南：郑州大学，2014.

［3］张纪帅.高强铝合金的微观组织与性能调控研究［D］.湖南：中南大学，2014.

［4］陈送义.7085 高强铝合金锻造成形和组织性能研究［D］.湖南：中南大学，2013.

［5］邱书文.关于高强铝合金的热处理技术的研究分析［J］.科协论坛（下半月），2013，8（9）：68－69.

［6］李涛.温成形对高强铝合金组织和性能影响的研究［D］.重庆：西南交通大学，2008.