铝合金热处理技术

周洋玲

摘要：通过对当前我国高强度铝合金热处理技术的发展情况研究可以发现，高强度铝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。

关键词：高强铝合金；热处理研究；技术

1、均匀化处理

由于高强铝合金具有非常高的合金化元素总量，因此，在铸造铝合金的过程中，均匀化是对其进行初步处理的必经工序。在对合金凝固的过程中，通常会出现枝晶偏析，而对其进行均匀化处理能够降低或者消除枝晶组织及化学成分不均匀性，同时减少或者消除在快速冷却铸锭的过程中所导致的内应力，使其热塑性得到有效改善。对高强铝合金进行均匀化处理可以保证在铸造铝合金的过程中出现的非平衡进行二次溶解，降低二次溶解时的体积分数，使合金塑性得到有效改善，提高在基体中高强铝合金的固溶度，同时使其固溶强度得到提高。均匀化高强度铝合金的时间越长，热处理的过程也就會越彻底。但是，由于高强度铝合金具有非常高的合金元素含量，所以，对高强度铝合金进行均匀化通常会很困难。首先从对合金性能进行改善着手，目前对高强度铝合金进行均匀化的制度有几种。对高强度铝合金进行研究表明，铝合金两极均匀化要比单级均匀化的效果好；短时保温可以确保铝合金晶粒更快的析出弥散，对亚晶粒进行细化，在一定程度上有利于合金综合性能的提高。相比于铝合金低温均匀化，高温均匀化更能加快铝合金中合金元素的溶解进程。

2、固溶处理

2.1铝合金强化固溶

对铝合金进行固溶处理是提炼过饱和固溶体的重要方式。强化固溶在铝合金基体中将第二相能随温度的减少而下降的铝合金进行加热，待其第二相能最大限度或者全部与合金相溶，对其进行一段时间的保温，要比第二相从溶入到析出的冷却速度快，以此来获取过饱和的空位及溶质原子。现阶段，对高强铝合金进行固溶处理的方法有强化固溶与一般固溶两种。所谓强化固溶处理，其实指的是在一定温度下，将其进行一定时间的保温，再通过一定的升温速度进行逐渐升温，再对铝合金保温之后，将其置于室温下进行冷却。若在冷却的过程出现相同的时效制度，那么就能够看到对高强铝合金进行强化固溶的优势。相比于一般固溶方式，强化固溶能够在合金化元素总量不用提高的基础上，对固溶体铝合金的过饱和度进行提高，而且还使没有溶化掉的结晶相得以减少，对铝合金抗断裂性能的改善以及时效析出程度的提高具有重要意义，能够有效提高其综合性能。

2.2铝合金高温预析出处理

所谓高温预析出，其实指的就是先对铝合金进行充分的高温固溶，再在比固溶温度稍低的情况下进行保温，这就是所谓的两步固溶法，以此来使晶内与晶界的析出状况得以改善，保证材料能够有比较优良的力学性能，特别是能够改善铝合金的抗应力腐蚀性能。

2.3双重淬火处理

相关研究表明，通过预先双重淬火的方式对B95铝合金进行热处理，不仅能够使合金达到对其进行单级时效后的合金强度值，而且还可以达到双级时效后的塑性、强度以及抗腐蚀性。也就是说，在470℃的温度下，对其进行10分钟的保温，以作第一次淬火，然后还是在470℃的温度下，再次对其进行10分钟的保温，以作第二次淬火。在短时间内，这种双重淬火处理方式不会导致固溶体晶粒扩张，也不会引起晶粒与金属化合物粘连。第一次淬火可以使合金空位浓度得到很大程度的提高，确保了第二次淬火过程中的活性补溶。

3、时效处理

3.1单级时效

首先，将GP区（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。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。

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，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。如果对铝合金淬火后加以高温时效，此后实施低温时效，则会加宽无沉淀析出带。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292 MPa。Ⅰ级人工实效体制范围为160℃～130℃（每15min→1440min），Ⅱ级人工实效体制范围为130℃～90℃（每60min→4320min）。

4、形变处理

由于对高强合金进行热处理时，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形变等方面的问题。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。

结束语

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。

参考文献

[1]王大伟，王晓燕.现代热处理技术及装备研究[J].科技展望，2016

[2]杨春凤.铝合金热处理设备的发展与关键技术[J].黑龙江科技信息，2016

[3]朱明超，董阳，纪冬冬.铝合金热处理技术[J].硅谷，2016

（作者单位：佛山市鸿金源精密制造有限公司）