浅谈提高铝合金材料性能的热处理

玄宝

摘要：我国当前国民经济的飞速发展，刺激更多的基础行业加快发展步伐。随着国际形势的严峻挑战，重视工业生产及其材料装备的工作任重道远。铝合金作为一种重要的战略合金金属，在航空、航天、船舶、民用建筑、医疗以及军事工业等众多行业中得到广泛应用推广，已经变得不可替代。当前我国对高强铝合金的热处理技术研究距离国际最先进水平尚有进步空间，从业工作者应该积极探讨如何运用热处理技术来提供铝合金的材料性能，实现技术创新，装备突破，为我国的重工业发展提供良好的物质基础。

关键词：铝合金；热处理；材料性能

1 铝合金分类

铝合金是铝金属与添加材料在高温下共同发生作用后形成的金属材质。一般来讲，铝合金的分类原则是可以从不同的角度进行区分。按照生产工艺的不同可以分为铸造铝合金和变形铝合金；按照热处理能力的不同可以分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金；而按照铝合金材料的性能属性又可以分为高塑性铝合金、高强度铝合金、中强度铝合金、热强铝合金和耐蚀铝合金。

2 铝合金的热处理概述

2.1 简述热处理

热处理工序就是实施加热和冷却的操作，通过操作实现对金属产品机械性能的调整和改变。铝合金的热处理，旨在通过特殊处理，是合金的沉淀硬化中通过锻压和铸造手段提高强度和硬度。铝合金的热处理技术，不但能够将加工过程中铝合金的强度和硬度双提高，同时消除可金属自身拥有的内应力，能够使处理后的产品拥有均匀的结构与良好的性能。铝合金的热处理主要有淬火、时效、退火等方式方法。淬火是将铝合金在恒定温度下加热达到一定时间，然后迅速浸入介质中快速冷却的方法。而退火工序，相当于是铝合金的软化处理，通过退火能够提升合金的可塑性能力。

2.2 铝合金热处理特点

经过热处理可提高材料强度和硬度的合金可以称之为可热处理强化合金，与之相对应的不可热处理合金，则是不可通过热处理。非热处理合金，主要是靠冷加工来提供合金在时的材料强度。铝合金铸件如果需要更改其合金组织，需要在某一份热处理规范下，控制在某个温度的加热时间和加热速度，在加热后一定要保持快速冷却的时间把握。通过热处理后的合金，力学性能显著提高，化学性质中耐腐蚀能力也实现突破，加工性能得到改善，合金工件的外形将牢固不易变形。

3 铝合金热处理作用原理分析

铝合金主要通过退火和淬火时效来完成热处理。退火作为一种软化操作工艺能够将材料中的内应力消除至尽，从而使合金变软。结构组织维持平衡状态。淬火属于强化热处理，通过淬火过程，合金的物理特性、机械强度大大增加。

3.1 退火工序

内应力作为严重影响铝合金质量的重要因素，常中表现为内应力不均匀，组织结构不稳定，一旦测得金属内有残留内应力，铝合金的综合性能势必大打折扣，可能直接出现塑性降低、耐蚀性减弱、机械性能损失等状况。退火工艺正好能够消除或者减少这些工艺缺陷。

3.1.1 去应力退火工艺

去应力退火技术主要运用在合金铸件、焊接件、切削加工件、塑性变形工件等工业零部件上。这些零部件表面看并没有什么质量问题，然后有内部的内应力存在导致合金的腐蚀作用极易发生。去应力退火能够实现合金组织及机械性能的稳定性增加。热处理时，晶体的晶格会随着温度升高发生变化，晶格的扭曲能量降低，呈现正常的排列组合状态，也能够有效降低晶格弹性畸变能，通过这样的内部结构变化最终导致金属制件的内应力大大减小。一旦内应力降低，合金工件的外形就不再发生随意变形，尺寸稳定的情况下，工件的强度、硬度也能够保持稳定。

3.1.2 再结晶退火工艺

再结晶退火工艺的使用，主要是需要将工件加热使其再结晶的温度以上再加以缓慢冷却。再结晶退火的目的能够直接促进晶体的晶粒细微化，提高合金的塑性变形作用，有效消除内应力，同时将直接影响并减小合金的硬度。如果能够从正确的技术手段上控制热处理的加热温度、保温时间和加热的速率，就能够获得足够多的细小晶粒。拿同一块合金金属做研究能够得出，热处理的加热温度如果升高，保温时间则相应缩短，这样才能保证合金不会出现一次再结晶。而相反情况下，热处理的加热温度如果降低，保温时间就应该相应延长，只有这样才能保证结晶过程是充分的，再结晶退火的工艺目的才能实现。当然在后者情况下，保温时间也存在限度。如果过长时间保温，合金工件的生产效率直接受到影响，不利于规模生产。

3.1.3 均匀化退火工艺

浇注铝合金的铸件或铸锭时，结晶会在铸件迅速冷却后产生，此时铸件整体组织处于不平衡状态。这种不平衡状态会导致偏析、不平衡共晶体等缺陷产生，严重降低合金的性能，使其强度、硬度和抗腐蚀性能都降低。这种情况下就应该使用均匀化退火工艺。要积极调整控制合金热处理加热的温度，使其无限接近于合金的熔点阀值，在加热一段时间后再慢速冷却。实际上，均匀化退火可以称之为扩散性退火，主要是由于均匀化退火加强了微粒子之间的扩散。均匀化退火工艺下的合金性能主要受到加热温度和保温时间的影响。

3.2 淬火工序

淬火工序就是工业操作中的固溶处理。影响淬火的因素也包含热处理的加热温度，保温时间和冷却温度。一般情况下，如果淬火加热温度值和保温时间取值越大，则强化相溶解的物理过程越充分，晶体的晶格中排列分布合金元素的状态也就是越均匀，晶格中的格局变化后，其空位浓度将相应增加，能较好地促进合金时效作用的提高。

3.3 时效作用

合金热处理的时效作用主要包括自然时效和人工时效，很多时候人工时效就称为回火。有时候铝合金容易在常温下或者淬火时，获得处于不稳定状态的过饱和固溶体，溶体中溶质原子容易被激化，从而使合金容易发生分解和析出过剩溶质微粒子。这时就称为自然时效作用。当然，一般由于温度不会出现高攀现象，析出过程只能持续到初始阶段便会结束。还有的铝合金内部微粒子在进行热处理时开始运动到等到温度达到某数值时才能析出，回火的运行机理就是如此。一般来讲影响同一成分合金的时效强化效果的主要工艺因素包括了时效作用达到的温度和活动时间，固溶处理的加热温度和冷卻速度，以及时效前的塑性变形等。

3.4 回归处理

热处理中还有将已淬火时效得到的铝合金产品再次通过短时加温迅速进入新淬火状态的处理，称之为回归处理。通过回归热处理，能够提高铝合金塑性，这样得到的材料便于冷弯成形或矫正形位公差。

4 结语

随着科学技术的发展，铝合金材料的热处理工艺技术将在不断的研究和探索中得到优化和提升。而热处理技术的不断提升，将有利于逐渐提高铝合金材料的综合性能，从而使铝合金的应用更加广泛，能够在更多领域发挥其自身功用。

参考文献

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[2]张江斌，何克准，李承波，等. 7A09铝合金热精轧板热处理工艺研究[J]. 轻合金加工技术，2018，46（2）.

（作者单位：天津忠旺科技有限公司）