玄寶

摘要：我國當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，刺激更多的基礎(chǔ)行業(yè)加快發(fā)展步伐。隨著國際形勢的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，重視工業(yè)生產(chǎn)及其材料裝備的工作任重道遠(yuǎn)。鋁合金作為一種重要的戰(zhàn)略合金金屬，在航空、航天、船舶、民用建筑、醫(yī)療以及軍事工業(yè)等眾多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用推廣，已經(jīng)變得不可替代。當(dāng)前我國對高強(qiáng)鋁合金的熱處理技術(shù)研究距離國際最先進(jìn)水平尚有進(jìn)步空間，從業(yè)工作者應(yīng)該積極探討如何運(yùn)用熱處理技術(shù)來提供鋁合金的材料性能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，裝備突破，為我國的重工業(yè)發(fā)展提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

關(guān)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(fā)生作用后形成的金屬材質(zhì)。一般來講，鋁合金的分類原則是可以從不同的角度進(jìn)行區(qū)分。按照生產(chǎn)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(qiáng)化鋁合金和不可熱處理強(qiáng)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(qiáng)度鋁合金、中強(qiáng)度鋁合金、熱強(qiáng)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(shí)施加熱和冷卻的操作，通過操作實(shí)現(xiàn)對金屬產(chǎn)品機(jī)械性能的調(diào)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(qiáng)度和硬度。鋁合金的熱處理技術(shù)，不但能夠?qū)⒓庸み^程中鋁合金的強(qiáng)度和硬度雙提高，同時消除可金屬自身擁有的內(nèi)應(yīng)力，能夠使處理后的產(chǎn)品擁有均勻的結(jié)構(gòu)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(dá)到一定時間，然后迅速浸入介質(zhì)中快速冷卻的方法。而退火工序，相當(dāng)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(diǎn)

經(jīng)過熱處理可提高材料強(qiáng)度和硬度的合金可以稱之為可熱處理強(qiáng)化合金，與之相對應(yīng)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(qiáng)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(guī)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(xué)性能顯著提高，化學(xué)性質(zhì)中耐腐蝕能力也實(shí)現(xiàn)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?qū)⒉牧现械膬?nèi)應(yīng)力消除至盡，從而使合金變軟。結(jié)構(gòu)組織維持平衡狀態(tài)。淬火屬于強(qiáng)化熱處理，通過淬火過程，合金的物理特性、機(jī)械強(qiáng)度大大增加。

3.1 退火工序

內(nèi)應(yīng)力作為嚴(yán)重影響鋁合金質(zhì)量的重要因素，常中表現(xiàn)為內(nèi)應(yīng)力不均勻，組織結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，一旦測得金屬內(nèi)有殘留內(nèi)應(yīng)力，鋁合金的綜合性能勢必大打折扣，可能直接出現(xiàn)塑性降低、耐蝕性減弱、機(jī)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(yīng)力退火工藝

去應(yīng)力退火技術(shù)主要運(yùn)用在合金鑄件、焊接件、切削加工件、塑性變形工件等工業(yè)零部件上。這些零部件表面看并沒有什么質(zhì)量問題，然后有內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力存在導(dǎo)致合金的腐蝕作用極易發(fā)生。去應(yīng)力退火能夠?qū)崿F(xiàn)合金組織及機(jī)械性能的穩(wěn)定性增加。熱處理時，晶體的晶格會隨著溫度升高發(fā)生變化，晶格的扭曲能量降低，呈現(xiàn)正常的排列組合狀態(tài)，也能夠有效降低晶格彈性畸變能，通過這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化最終導(dǎo)致金屬制件的內(nèi)應(yīng)力大大減小。一旦內(nèi)應(yīng)力降低，合金工件的外形就不再發(fā)生隨意變形，尺寸穩(wěn)定的情況下，工件的強(qiáng)度、硬度也能夠保持穩(wěn)定。

3.1.2 再結(jié)晶退火工藝

再結(jié)晶退火工藝的使用，主要是需要將工件加熱使其再結(jié)晶的溫度以上再加以緩慢冷卻。再結(jié)晶退火的目的能夠直接促進(jìn)晶體的晶粒細(xì)微化，提高合金的塑性變形作用，有效消除內(nèi)應(yīng)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(shù)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(xì)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(yīng)縮短，這樣才能保證合金不會出現(xiàn)一次再結(jié)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(yīng)該相應(yīng)延長，只有這樣才能保證結(jié)晶過程是充分的，再結(jié)晶退火的工藝目的才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)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(chǎn)效率直接受到影響，不利于規(guī)模生產(chǎn)。

3.1.3 均勻化退火工藝

澆注鋁合金的鑄件或鑄錠時，結(jié)晶會在鑄件迅速冷卻后產(chǎn)生，此時鑄件整體組織處于不平衡狀態(tài)。這種不平衡狀態(tài)會導(dǎo)致偏析、不平衡共晶體等缺陷產(chǎn)生，嚴(yán)重降低合金的性能，使其強(qiáng)度、硬度和抗腐蝕性能都降低。這種情況下就應(yīng)該使用均勻化退火工藝。要積極調(diào)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(diǎn)閥值，在加熱一段時間后再慢速冷卻。實(shí)際上，均勻化退火可以稱之為擴(kuò)散性退火，主要是由于均勻化退火加強(qiáng)了微粒子之間的擴(kuò)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(yè)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(qiáng)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(tài)也就是越均勻，晶格中的格局變化后，其空位濃度將相應(yīng)增加，能較好地促進(jìn)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(wěn)定狀態(tài)的過飽和固溶體，溶體中溶質(zhì)原子容易被激化，從而使合金容易發(fā)生分解和析出過剩溶質(zhì)微粒子。這時就稱為自然時效作用。當(dāng)然，一般由于溫度不會出現(xiàn)高攀現(xiàn)象，析出過程只能持續(xù)到初始階段便會結(jié)束。還有的鋁合金內(nèi)部微粒子在進(jìn)行熱處理時開始運(yùn)動到等到溫度達(dá)到某數(shù)值時才能析出，回火的運(yùn)行機(jī)理就是如此。一般來講影響同一成分合金的時效強(qiáng)化效果的主要工藝因素包括了時效作用達(dá)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(chǎn)品再次通過短時加溫迅速進(jìn)入新淬火狀態(tài)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(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁合金材料的熱處理工藝技術(shù)將在不斷的研究和探索中得到優(yōu)化和提升。而熱處理技術(shù)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(yīng)用更加廣泛，能夠在更多領(lǐng)域發(fā)揮其自身功用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐勇，靳鵬飛，田亞強(qiáng)，等. 鋁合金局部熱處理技術(shù)及其在板材成形中的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 材料工程，2018，46（5）：44-55.

[2]張江斌，何克準(zhǔn)，李承波，等. 7A09鋁合金熱精軋板熱處理工藝研究[J]. 輕合金加工技術(shù)，2018，46（2）.

（作者單位：天津忠旺科技有限公司）