新时代下的金属材料热工艺技术

楚东龙

【摘要】随着现代社会的发展，科学技术水平的高速发达，各项工艺对于金属品质的要求也变得越来越高，尤其是航空航天技术中对于金属零部件的质量要求变得尤为苛刻。这就需要相关的技术部门大力发展金属材料的研发工作，促进金属工艺的发展。在当下社会，金属材料的热处理是对于金属工艺研发运用最重要的技术手段之一。通过对这一工艺技术的研究，探索出了更多可供选择的新型金属材料的应用性能，为航空航天以及其他各相关领域均做出了突出的贡献。下面我们就从多方面对金属材料的热处理工艺进行分析。

【关键词】热处理；新型金属材料；航空航天领域

1、金属材料热处理技术的发展史

早在公元前770年到公元前220年，我国伟大的冶炼技术人员就在广泛的生产实践当中发现了高温对于金属材料的影响，并且将这一影响运用到金属的处理当中。在公元前600年左右，青铜兵器被广泛的应用到战争，之后锻造工艺不断发展，经过淬火工艺的钢铁兵器被人们所制造。随着淬火技术的快速进步，人们逐渐发现在淬火过程中冷凝剂对于该项技术所起到的關键作用，并加以应用。

2、飞机当中运用的合金材料

随着社会的发展，飞机已经成为了当今生活中主要的交通和运输工具。因为飞机的制作工艺复杂，结构巨大，所以应用到飞机的合金材料非常广泛。但是飞机所应用到的合金材料中以铝合金为最主要的材料，其占据了飞机机体材料的50%以上，因具有比强度高等优点铝合金作为最主要的机体材料，在飞机结构中发挥着十分重要的作用。下面我们就重点的来介绍一下铝合金的热处理工艺。

3、铝合金的热处理

铝合金的热处理工艺是发展航空工业首要的前提保障，只有发展好这一工艺才能更好地保证飞机质量的稳定与提高。在铝合金的热处理工艺中有退火处理，固溶、时效处理等主要的热处理方式。

3.1 铝合金的用途

铝合金的用量非常的广泛，工业上的用量仅次于钢铁材料，铝合金可以通过热处理而获得良好的机械性能，是目前飞机制造行业当中应用最广，使用最多的一种合金材料。通过铝合金来替代钢结构能够有效地降低飞机重量，减少飞机危险事故的发生。

3.2 铝合金热处理的目的

铝合金进行热处理的目的是提高其力学性能，消除内应力，同时获取如耐应力腐蚀、耐晶间腐蚀等特殊性能。

3.3 铝合金热处理的方式

3.3.1 退火处理

退火处理的目的是消除铝合金构件中加工过程产生的应力，改善其内部构造，使合金获得稳定的组织和优良的工艺塑性。具体的加工工艺为：将合金构件加热为300℃左右，之后对加热的构件进行保温，时间约为两个小时左右，然后使得构件的温度冷却到室温。这样会使得合金溶质慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而使得构件内部的应力得以消除。

3.3.2 固溶处理

固溶处理也就是俗称的“淬火”，其主要过程是将铝合金构件加热到500℃左右，其保温时间因其材料厚度不同而不同，这一过程可以将合金内部的溶质得到充分地溶解。保温之后将铝合金构件迅速的置于冷却介质（一般为水）中，使得构件急剧的降温，形成双重过饱和的空位和固溶体。

3.3.3 时效处理

时效是经过淬火后的合金形成不稳定组织（亚稳定组织），这种组织力求更为稳定（稳定组织）而进行固溶体分解和析出过剩溶质原子的过程。时效初期由于空位的作用，使溶质原子以极大的速度进行丛聚形成G.P.区，随着提高温度和增加时效时间，G.P.区转变为过渡相，最后形成稳定相。时效处理分为自然时效和人工时效，其中人工时效又可以分为完全时效、不完全时效、过时效和稳定化时效。

3.3.4 淬火转移时间

淬火转移时间是固溶处理炉炉门打开或构件从炉中刚刚露出直至构件全部浸入淬火冷却介质这一过程所用的时间。在铝合金热处理中，这一参数对铝合金热处理后的性能有很大的影响。由于在这一过程中，铝合金中的强化相便开始析出，使得其最终的性能，尤其是耐腐蚀性能有明显不同，因此，在固溶过程中要尽可能缩短淬火延迟时间，并进行严格的控制。

3.4 超硬铝合金的热处理

超硬铝合金以其热处理后高于碳钢的强度和其大大低于碳钢的密度，在航空航天器结构领域扮演着愈发重要的角色。但由于超硬铝合金存在着抗疲劳性能差，对应力集中敏感的特点，因此其热处理工艺需进行更为严格的控制，以获取高强度和耐腐蚀的综合性能。下面，就以航空用7050铝合金紧固件为例，简单介绍其热处理工艺。

总体而言，采用“固溶+人工分级过时效”的方式进行处理。在固溶阶段，使用空气循环加热至475℃左右，依照工件的厚度决定保温时间，但一般不低于50分钟，之后进行水淬，淬火转移时间应尽可能缩短，最大不应超过15秒。由于超硬铝存在着一定的停放效应，故一般在淬后4小时内或48小时后进行人工时效，避免因停放效应导致的性能降低。人工时效分为两个阶段进行，在121℃保温至少4小时，然后在179℃至少保温8小时，以达到所需的力学性能和耐蚀性要求。

通过不同时效时间组合实验的分析，可以得到7050铝合金紧固件力学性能和耐蚀性在不同分级时效工艺组合下有不同数据的结论。首先是其力学性能，7050铝合金紧固件不仅需要较高的强度，同时还要保证热处理后的加工性能。在时效过程中，其抗拉强度、剪切强度随时间的增加呈现先上升后下降的趋势，人工过时效处理使其越过了力学性能的峰值，在得到一定强度的同时增强其塑性，避免在使用过程中出现因变形导致开裂的倾向。而耐腐蚀能力主要通过热处理后的电导率来体现。合金的电导率反应饱和固溶体沉淀脱溶的程度，合金固溶体沉淀脱溶越充分，其电导率越高，其抗腐蚀性越好。因此，在人工分级过时效的工艺选择上，既要保证一定的强度，又要获取到良好的使用性能和耐腐蚀性能，提高其疲劳强度，减小应力腐蚀的敏感性。

4、结语

航空航天技术的高速发展要以高科技含量的材料作为根本的保障，在发展高强度的合金材料的同时必须考虑热处理工艺对合金材料可应用性能的保证。相信只要通过全体技术人员的共同努力，一定会使合金材料热处理技术得到进一步的发展，有更多更好地合金材料应用到航空航天领域，开辟新的篇章。