鋁合金的熱處理86

1、鋁合金的熱處理81-6【日本】馬場(chǎng)義雄1、前言鋁合金能夠采用冷加工、淬火、時(shí)效和退火等方法，進(jìn)行調(diào)正強(qiáng)度、成型性以及其他性質(zhì)。按著這樣的操作工藝得到所要求的性質(zhì)，把這種操作稱為調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)的分類稱為調(diào)質(zhì)類型。一般來(lái)說(shuō)，鋁變形材料大體分為非熱處理型和熱處理型兩大類別：純鋁（1000系）、Al-Mn系合金（3000系）、Al-Si系合金（4000系）及Al-Mg系合金（5000系）屬于非熱理型合金；Al-Cu-Mg系合金（2000系）、Al-Mg-Si系合金（6000系）及Al-Zn-Mg系合金（7000系）屬于熱處理型合金。非熱處理型合金是由成型制造或軋制、拉伸等冷加工獲得制品，而熱處理型合金

2、是由淬火、時(shí)效等處理得到各自規(guī)定的強(qiáng)度。對(duì)于熱處理型合金，為了獲得比由熱處理所獲得的強(qiáng)度還高的強(qiáng)度，往往采用冷加工。另一方面，對(duì)非熱處理型合金，也可以進(jìn)行像退火、穩(wěn)定化處理的熱處理。本講座主要是關(guān)于對(duì)變形鋁合金熱處理的討論。首先，將調(diào)質(zhì)符號(hào)做以詳細(xì)說(shuō)明，之后，論述結(jié)合處理目的的實(shí)際熱處理工藝和熱處理時(shí)的注意事項(xiàng)等。2、調(diào)質(zhì)符號(hào)的說(shuō)明在現(xiàn)彳T的JIS標(biāo)準(zhǔn)中，把規(guī)定的調(diào)質(zhì)及其符號(hào)列于第1表。符號(hào)H是表示由改變材料冷加工度而調(diào)正機(jī)械性能的標(biāo)記。同一合金如果比較H1n和H2n,例如H14和H24,在JIS標(biāo)準(zhǔn)中表現(xiàn)為同一值。但是實(shí)際上，H14和H24的拉伸強(qiáng)度雖然相同，可是H24的屈服強(qiáng)度稍低，延伸率

3、稍大，成型性也是H24最好。H3n適用于含Mg的3000系及5000系合金。這些合金在冷加工H1n狀態(tài)，如果長(zhǎng)時(shí)間放置，屈服強(qiáng)度就稍有降低，延伸率增加。為了防止這種隨時(shí)間變化的傾向，冷加工后在130170c進(jìn)行熱處理，這稱之為穩(wěn)定化處理。在JIS標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有采用美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)所采用的下述調(diào)質(zhì)類型，這些調(diào)質(zhì)類型即使在我國(guó)使用也很方便【2、31褻I變形忸材的調(diào)段符號(hào)占質(zhì)號(hào)I謂依內(nèi)吞F瓶生產(chǎn)狀態(tài).足沒(méi)存調(diào)貼處理致求的產(chǎn)品.濟(jì)田散會(huì).焦禮執(zhí)態(tài)或鍛也聯(lián)毋等，標(biāo)記此符號(hào)H|加工硬化狀態(tài)|Hin.加工程化狀態(tài)!H20.加工硬化JG進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚淼臓顟B(tài)|3s,加工硬化后法定化姓理的狀名.Ai-Ms合金加工硬

4、化的材料.如果在柿下長(zhǎng)等間放置，J融有下降.伸長(zhǎng)率也增加任歸向?yàn)榱朔乐惯@鐘候向，冷加工之后在約150C的溫度下21行自定化處題.no»2,n«a爐dW磴一=8全硬.n»9超硬乂!昆在內(nèi)傅處司無(wú)遺方時(shí)依金仁的力小，erai,時(shí)效速度慢，要達(dá)到量離強(qiáng)度，禽更很長(zhǎng)時(shí)悶.例；處.7075-W3CQ.裊示在第處理后魁3H:的自然好.r!岐受固防處理和時(shí)效處理身熱處身的在斜1T3,固冷處再后冷加工，并使”2角堀下時(shí)效的材料.與T4材料相比進(jìn)行這料冷加工可提高強(qiáng)度、平整度和尺耳繁煦等.T36,«T3隊(duì)金郁.機(jī)於二.八八外小外，；T4.國(guó)招處理后常溫、萬(wàn)檢延卜奉.|T4

5、2.由用戶做丁4處打出科./75.生產(chǎn)時(shí),從蒲二杷當(dāng).的速度冷卻下來(lái).陵后進(jìn)行人工時(shí)效的材料.這料處理適用于悴火量裳j性低為枳，3|TG.24迂?zé)o一人配救*M家.。了在淬火名次高尺寸收度和新整型扭，要進(jìn)行冷加工.如不僅訪兌RG：?jiǎn)T二性靛.還是被6處理勤jT62,.由比戶依I北多的gNT7：在砂M過(guò)昂后，石J0過(guò)達(dá)到*(強(qiáng)度所需安的溫度和時(shí)間的悟況下，進(jìn)行加熱處理從而達(dá)到瞼定化的杈料.目的在于改召抗皮力腐財(cái)裂性能防止然火立變而引起色變牝T8c在曲新處理和A工時(shí)效之間進(jìn)行冷加工的材料!工肥GT8以金下，自加妁£儲(chǔ)*加工的機(jī)N.T9,密溶處戲.人工盯我后內(nèi)邊打冷加工的材料.TX5；：因訪處

6、號(hào)屈.由拉伸蜘改給予L3%永久變形以酒除殘余應(yīng)力的材N.TX5】的X采用上*T3T4T5T8的346,8數(shù)字.大做長(zhǎng)伸矯直的材料用TX510裹示.在拉卸矮直后這打平整步止的樹Z用TX511表示.將殊汕AHill,比HI加工硬化融更”的材料.HjH1I2從對(duì)加工便化或熱處分的程度IM、微相殊憐恥的加工過(guò)程中所積的材料.也是要求令機(jī)械姓法誠(chéng)足或遂行機(jī)為H能H蕤.«321,比832加工硬化國(guó)更少的材料TT6h用沸水汴火的T1T361icJT36處史.T3it於1%冷比工的T3力態(tài)的物料，T8h超T3!進(jìn)行人工時(shí)效的材*LT861：生T3EI送行人工時(shí)效的材料.T72：為改K&力腦注

7、力裂向近行的過(guò)時(shí)效處理力.初科T37同品處犬W.該行7?冷加工的材料.：T37：堂T»9八人I時(shí)處%M；L1）H1n、H2n、H3n的n值采用奇數(shù)1、3、5、7。這些數(shù)字表示0和H12、H12和H14、H14和H16等各自中間的調(diào)質(zhì)狀態(tài)，它表明比JIS標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分類更細(xì)。另外，H19為超硬化狀態(tài)，它是比通常的H18實(shí)行更高的冷加工所得的狀態(tài)。H111、H311、H321比各自的H11、H31、H32承受較輕的加工硬化，即經(jīng)過(guò)拉伸矯直、矯平機(jī)矯正等。H343是改善了含鎂量高的Al-Mg系合金H34的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的符號(hào)。具體的處理方法是因合金而異。但實(shí)際上，在比過(guò)去穩(wěn)定化處理更高的溫

8、度范圍內(nèi)180275C,保溫一定時(shí)間冷卻到室溫后，強(qiáng)度下降（因?yàn)楸冗^(guò)去的穩(wěn)定化溫度高，所以強(qiáng)度下降），為了彌補(bǔ)強(qiáng)度損失，進(jìn)行10%以上的冷加工。還有，為了防止強(qiáng)度隨時(shí)間變化，再在130c左右加熱處理數(shù)小時(shí)。2）相當(dāng)?shù)臒崽幚矸?hào)T的調(diào)質(zhì)類型表示如下：W:為淬火后室溫時(shí)效的不穩(wěn)定狀態(tài)，通常在W后標(biāo)出時(shí)效時(shí)間。T1:從高溫加工冷卻，經(jīng)室溫時(shí)效達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。T7:淬火后，在比得到最高強(qiáng)度所必需的時(shí)效溫度更高的溫度下和比所必需的時(shí)效時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行穩(wěn)定化處理的狀態(tài)。與T6相比犧牲了部分強(qiáng)度。例如，7075-T73改善了7075合金的抗應(yīng)力腐蝕性能（特別是壁厚方向的）。T76是為了防止剝落腐蝕而進(jìn)行的

9、熱處理。介于中間的符號(hào)是T736。T9:經(jīng)淬火、時(shí)效之后進(jìn)行冷加工的材料。在9的后面附加數(shù)字往往表示冷加工程度。T10:經(jīng)T5處理后，再進(jìn)行加工硬化的材料。3）此外，對(duì)用T3、T4、T6、T8等表示的熱處理材料，再進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理，也用這種熱處理符號(hào)、。TX51:淬火后經(jīng)13%的永久變形的拉伸矯直而消除殘余應(yīng)力的材料。只做拉伸矯直時(shí)，采用TX510表示。拉伸矯直后又進(jìn)行曲度矯正，而給予微量加工時(shí)，用TX511符號(hào)表示。最近對(duì)飛機(jī)也逐漸采用T73510、T73511五位數(shù)字符號(hào)表示。TX52:淬火后經(jīng)15%永久變形的壓縮矯正，以消除殘余應(yīng)力的材料，多用于表示鍛件。TX53:淬火后經(jīng)急劇的溫度

10、變化品熱變形來(lái)消除殘余應(yīng)力的材料。3、提高強(qiáng)度的熱處理3.1 固溶和淬火處理固溶處理是使起主要硬化作用的合金成分固溶在基體中，隨后進(jìn)行淬火和時(shí)效達(dá)到必要硬化的處理。典型的時(shí)效硬化型鋁合金的固溶溫度和溶化溫度范圍列于表2。從表中明顯地看出，固溶溫度的上限接近熔化溫度的下限，所以必須十分注意控制固溶溫度。表2典型白金的固溶處理箍英那令化溫度范圍一一,UU一-1含£：_W端化需曲也需:(2-4311LlX-J%。二，T訃力H如一：.；如1952i'541S43-6136(161582-6-196U66Fil-5437175:&4,；i7j；x46(*?'477*62

11、57i79一-143,、T*U1_1&-Mgk102爐«M!»-»一.II.因?yàn)楣倘芴幚硎且怨滔嚅g元素的擴(kuò)散為基礎(chǔ)，所以溫度越高越有利，可是,如果超過(guò)規(guī)定的最高溫度就有共晶熔化和由此引起材料的物理性能變壞的危險(xiǎn)。另外，過(guò)分地加熱往往會(huì)使材料表面產(chǎn)生重氣泡。如果固溶處理溫度比規(guī)定的最低值還低，固溶就不完全，也就得不到最高的機(jī)械性能，第1圖是2014-T4和T6材料的機(jī)械性能隨固溶溫度而發(fā)生相應(yīng)變化的研究結(jié)果，可見獲得穩(wěn)定強(qiáng)度的溫度范圍比較窄。第3表是變形材料進(jìn)行固溶處理時(shí)所必需的加熱保溫時(shí)間。最短的保溫時(shí)間是由材料所要求的機(jī)械性能來(lái)定，斷面厚度一增加，保溫時(shí)

12、間就要加長(zhǎng)。用空氣爐加熱時(shí)如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就增加高溫氧化的危險(xiǎn)。在鹽浴爐或在爐氣進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)的空氣爐內(nèi)，保溫時(shí)間即使為表中所給出數(shù)據(jù)的數(shù)倍也是安全的。包鋁制品的保溫時(shí)間希望控制在能達(dá)到所要求的機(jī)械性能的最低限度。如果保溫時(shí)間一長(zhǎng)，母材的合金成分就會(huì)擴(kuò)散到包鋁層中，而有損于抗蝕性。表3壓力加工材料的固溶處理保溫時(shí)間每度«米保溫時(shí)間.分鹽桁爐空氣爐41小JU大«小*人0-410152。2!0.43-0.50102U2（；3u0.53*0.81152525350.84-1.60203U304C1.63-2，25533f452.31-318-6.3535

13、45506（：6.38-12.74555607（；12.95*25.46070州10025.42-38.J090J00120no38.12-50.8；CE115150hG50.82-63.5）2013Gl?0U0G3.52-76.2150KO21022。76.22-88.9it5J-72K23。88.92-101.6*0xHOL702mj表4隹合金壓力加工甘料的最大淬火兵移時(shí)間力度.殳米球人時(shí)間，&<0.450.43-0.7670.8J-2.2910?2.3115圖1固溶處理溫度對(duì)2014-T4、2014-T6的機(jī)械性能的影響人的彳：京Jxr13耳博今手均興Uii4.T'

14、/分圖27075.606及7N01合金淬火速度和所得強(qiáng)度的關(guān)系為了把固溶狀態(tài)保持到室溫，必須從固溶溫度急速冷卻，并在冷卻過(guò)程中，不發(fā)生合金元素的析出。由于合金材料不同，在冷卻過(guò)程中，有的容易析出，有的不發(fā)生析出，我們把這種性質(zhì)稱為淬透性。7075、6061及7178等合金的淬火速度與所獲得強(qiáng)度關(guān)系的例子示于圖2中。以7075為首，2014、2017、2024及7178等高強(qiáng)度合金的淬透性都差，所以實(shí)際淬火操作必須特別迅速，并且必須全部浸入足夠的水中或循環(huán)水中。在淬火完了取出被淬材料時(shí)，水溫希望不超過(guò)38Co浸水淬火最大轉(zhuǎn)移時(shí)間由表4給出。淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間是指從爐門打開或淬火材料始端露出鹽浴到末端浸

15、入水中的時(shí)間。淬透性比7N01合金或6061合金好得多的6063合金，即使在空氣中冷卻，強(qiáng)度下降得也不多，所以，可實(shí)現(xiàn)所謂的擠壓熱處理（后面敘述）。3.2 時(shí)效和析出處理眾所周知，已固溶處理的材料從過(guò)飽和固溶體狀態(tài)發(fā)生析出，在此過(guò)程中材料的強(qiáng)度增高。析出時(shí)效溫度為室溫的稱之為自然時(shí)效或低溫時(shí)效，析出時(shí)效溫度為高溫的稱之為人工時(shí)效或高溫時(shí)效。在室溫時(shí)效時(shí)，時(shí)效速度慢，不容易達(dá)到強(qiáng)度最大值，而在高溫時(shí)效時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值后發(fā)生軟化，把這種現(xiàn)象稱之為過(guò)時(shí)效。圖3是2014和6061合金高溫時(shí)效曲線，要根據(jù)淬火溫度和時(shí)間的影響了解淬火后強(qiáng)度的變化。在表5中列出了實(shí)用合金析出處理的條件。在一般情況下，A

16、l-Zn-Mg系合金的高溫時(shí)效溫度比Al-Cu-Mg系和Al-Mg-Si系合金的低。時(shí)依時(shí)間37天后進(jìn)行高溫時(shí)效比固溶淬火時(shí)妓時(shí)間圖32024、6061合金板材的人工時(shí)效條件與強(qiáng)度的關(guān)系在實(shí)用合金中，當(dāng)在低溫，即在室溫時(shí)效時(shí)，低溫時(shí)效作為第一段時(shí)效，再繼續(xù)進(jìn)行高溫時(shí)效，把高溫時(shí)效階段作為第二階段時(shí)效。一般把這種時(shí)效過(guò)程稱之為二階段時(shí)效。工業(yè)生產(chǎn)中也正在采用這種時(shí)效方法。在圖4中列出了7N01合金的實(shí)例。Al-Zn-Mg系合金固溶處理溫度低，而且淬火時(shí)的冷卻速度對(duì)強(qiáng)度的影響小，室溫下的時(shí)效硬化效果好，所以作為焊接結(jié)構(gòu)材料被廣泛使用，可是，對(duì)高于室溫時(shí)效的材料來(lái)說(shuō)，先在室溫放置后立即進(jìn)行高溫時(shí)效的

17、材料強(qiáng)度更高。表5典型合金的析出條件合金徹度七時(shí)間.小時(shí)«M2014171*1K»*122017童»曲1S8-19392117室962219191M6061171T耽7.5T.56殿7075116-12722£Lt7m*T6T4T6T4T62T67079室量停堂5天，話后由101211時(shí)蚊V小時(shí)翹V已異圖4相當(dāng)7N01合金的室溫預(yù)時(shí)效效果一方面是在Al-Mg-Si系合金的情況下，如圖5所示，當(dāng)Mg2Si含量大于一定值時(shí)，比淬火后在室溫下放置一段時(shí)間再進(jìn)行高溫時(shí)效，比淬火后立即進(jìn)行高溫時(shí)效的強(qiáng)度要高?？墒牵?dāng)Mg2Si含量在大約0.9%以下時(shí)，進(jìn)行預(yù)時(shí)效的

18、強(qiáng)度好。因而，6061合金最好不進(jìn)行室溫預(yù)時(shí)效，而6063合金剛好相反。圖5Al-Mg-Si系合金成分與預(yù)時(shí)效效果的關(guān)系另一方面是對(duì)Al-Cu-Mg系的2024等合金，室溫時(shí)效所形成的GP區(qū)在200c加熱1分鐘就恢復(fù)到新淬火狀態(tài)。因此，由于時(shí)效硬化所造成的強(qiáng)化了的機(jī)械性能又恢復(fù)到了固溶后的軟化狀態(tài)。這時(shí)可進(jìn)行復(fù)雜的成型加工，之后放置于室溫下，就發(fā)生再時(shí)效硬化。3.3 擠壓熱處理占現(xiàn)有鋁擠壓材料大部分的6063合金和近年來(lái)顯露頭角的7N01合金等大多數(shù)是用擠壓熱處理方式生產(chǎn)的。擠壓熱處理是利用合金元素在擠壓時(shí)可固溶的道理。但是此方法成功與否主要取決于合金的類型和鑄錠熱處理等。在圖6中以圖解的形式

19、示出了擠壓加工中的溫度分布。一般來(lái)說(shuō)，擠壓溫度都低于合金的固溶極限溫度。可是由于加工過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量使模子附近溫度升高，因此也可能使析出物重新固溶。為此，擠壓之前鑄錠的均勻化處理是理所當(dāng)然的。而在其冷卻過(guò)程中，形成粗大的析出物，這是不好的方面。另外，為達(dá)到擠壓溫度必須要快速加熱。表6示出了6063鑄錠于560c均勻化處理后以不同速度冷卻到室溫，經(jīng)感應(yīng)加熱后于480c擠壓的棒材時(shí)效后的機(jī)械性能。鑄錠均勻化處理后隨爐冷卻，由于析出物過(guò)大，擠壓時(shí)不能充分重新固溶，所以時(shí)效后的強(qiáng)度是低的*68063臺(tái)金拉力林村的拉伸性證和鑄錠均勺化加熱后的冷卻速堂的關(guān)系“襄均勻化歿瑾演FH；的W&處理1利我

20、黑盤公斤飛£憂國(guó)4引黃公斤,奄知仲長(zhǎng)事%59017加熱格L2U.6M4*冷我；6.耳15.2丸(6001分Jibo1，16小時(shí)1習(xí)J22.5ia.3560T加熱后JL4J)U.7叫6空冷彩也1人6.415.428.0<45OD小時(shí)!160(-述小時(shí)17.923.01914560e加熱國(guó)無(wú)3.210.83。.4爐冷5.714.630.6(zoc/小時(shí)11取n*儲(chǔ)J11.4饋*7?2,0賽77N(H臺(tái)企排出型甘的內(nèi)伸性沛'偏立足古均勻化處理的X系鑄埃均為化處理有f4651，K小時(shí).吃氣冷RJ«林長(zhǎng)中無(wú)f除碌母攜僑選材的揖康處理瑚激逑皮公斤，卷米抗拉強(qiáng)IQ公斤/碇牖

21、聯(lián)強(qiáng)收公斤，氣好城拉強(qiáng)度公斤公然仲R率%T,躋HdR書退、”時(shí)效)26.a42.1IS19,H324418丁，陣火篇室盅、“時(shí)露2U943.-114132/16T/徘囪:人工、5()、時(shí)效/25,04S.014M；3tM17T,停火筋人1、時(shí)修，35.2死11127.S37.?17表7示出的是7N01合金擠壓型材的拉伸性能和鑄錠是否進(jìn)行均勻化處理的關(guān)系。鑄錠經(jīng)465C8小時(shí)均勻化處理，在430c擠壓后室溫時(shí)效1個(gè)月，或在擠出空冷后于120c經(jīng)24小時(shí)時(shí)效處理的強(qiáng)度與不進(jìn)行鑄錠均勻化處理的相比，其強(qiáng)度都增加約10公斤/毫米2。把擠壓材料在465c固溶處理后，即使做相同的時(shí)效處理，這種傾向也不改變

22、。這是由于7N01合金中含的Cu、Mn、Zn等過(guò)渡族元素在鑄錠均勻化處理過(guò)程中彌散地析出，有助于擠壓織構(gòu)組織的形成而獲得強(qiáng)化。這就是一般所熟悉的擠壓效應(yīng)。圖6擠壓熱處理與溫度分布6063合金或7N01合金擠壓出來(lái)采用在靜止成流動(dòng)的空氣中(風(fēng)冷)就可進(jìn)行充分地淬火，所以就省去了擠壓后的固溶處理工序，這從經(jīng)濟(jì)上看不用說(shuō)是有利的可是帶來(lái)了合金淬透性的問(wèn)題。對(duì)6061合金或淬透性更差的2017、2024等合金出模后要立即進(jìn)入水中，不進(jìn)行所謂的模淬火(DieQUench)處理，就得不到強(qiáng)度。這種模淬火處理的材料，比正規(guī)固溶處理材料的晶粒細(xì)小，有更多的擠壓織構(gòu)組織，如果淬火進(jìn)行得均勻充分，強(qiáng)度就優(yōu)異。圖7

23、是6063合金擠壓熱處理過(guò)程的實(shí)例。6063合金在500c擠壓后，在450-200C之間以約1C/秒的速度冷卻，可得到相當(dāng)局的強(qiáng)度。然而，6061合金不用510C/秒以上的速度冷卻，強(qiáng)度就明顯下降。在450-200C之間的冷卻速度如果緩慢，在冷卻過(guò)程中Mg2Si相就呈大斑點(diǎn)析出來(lái)，對(duì)隨后的時(shí)效硬化便不起作用。起主要作用的Mg2Si相越多，再有Cr、Mn、Zn等過(guò)渡族元素的添加量越多，在冷卻過(guò)程中Mg2Si的粗大析出物也就越多，所謂的淬透性也就越不好。腦觸標(biāo)度時(shí)制.分口*««藍(lán)W出熔圖76063合金的擠壓熱處理周期4、改善加工性能的熱處理鑄錠的熱處理12.121鋁合金鑄錠是由

24、半連續(xù)鑄造法生產(chǎn)的，所說(shuō)的熱加工之前的均勻化處理，一股是指鑄錠在高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加熱保溫處理。均勻化處理的目的是使合金成分和組織均勻化，使固溶體中過(guò)飽和的成分析出，消除內(nèi)應(yīng)力等，從而改善鑄錠的加工性能。提高最終制品的深沖性和細(xì)化晶粒，在工業(yè)上已廣泛采用這種方法。表8示出了典型的鋁合金鑄錠均勻化處理?xiàng)l件。但是從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，寧肯提高加熱溫度來(lái)縮短保溫時(shí)間。一般在質(zhì)量允許的加些速度范圍內(nèi)進(jìn)行快速加熱。均勻化熱處理的溫度誤差范圍要控制在+0C以內(nèi)，溫度過(guò)低，會(huì)使最終退火材料的加工性能下降和使晶粒粗大，所以得必須加以注意。溫度過(guò)高或加熱速度過(guò)快，就可能發(fā)生共晶熔解。在表9中示出了加熱速度對(duì)各種合金共

25、品熔解的影響。1）對(duì)熱加工性能的影響一般情況下，鋁合金由于進(jìn)行均勻化熱處理，可以改善加工性能，從而提高了生產(chǎn)率和降低了成本，這在工業(yè)上是非常重要的。例如，對(duì)Al-4.5%Mg-Mn-Cr系的5083合金來(lái)說(shuō)，為了改善熱軋成熱擠性能，希望在550c以下進(jìn)行充分的均勻化處理，在第10表中給出了均勻化熱處理對(duì)5083合金臨界擠壓速度的影響。但是，擠壓性能的改善主要與固溶的Mn和Cr的析出有關(guān)。表8轉(zhuǎn)探均勻化條件例舉合金加熱型度C保溫時(shí)間小R合金1L加始B度r保退時(shí)間合金加總海度V保溫時(shí)閭10日0600*54。6«碼530580*1。50R34305204】0)070500-5400T1收3

26、470704-105«648。4r1。1050520-5601*101470540*TO606352<l-5fiO410HOT52056。4-101iNoi5Z056。，10606150054。4-1。2014480一5】04-125005500-5404-10呵500*5404102017480-5104-'laSC鉉4-107075440T7。6-2J2024<80'510421一挑4如5204一】。71784毓一47。6-24300315706W6-451824M52Q4707N0I79141。W63C06TNOI5083埼勾化陋加熱速度.1AB1口

27、月即X?*12小時(shí)r-jan*.J.580亡其12小時(shí)-XxX一IJ90X：箕12小時(shí)2XXXxX.520t,x12小時(shí)2XXXXX產(chǎn)j加熱遂度對(duì)各種合金共晶熔解的影璃*1、A160C/分，B27C/分，C11C/分，D1.4C/分。*2、共晶熔解范圍；XX共晶急劇溶解；X共晶少量熔解；共品不熔支1J狀書5C83臺(tái)金領(lǐng)加射，卜理*飛*徙的影響4.7米份6.7米;分8.3咒分原情造狀意5流匕x4+&J536(*24小時(shí)另外，Al-Mg-Si系的6063合金是目前大量使用的擠壓合金，改善它的擠壓性能，是一個(gè)重要問(wèn)題。為此，一般可進(jìn)行稱之為HO處理的鑄錠預(yù)加熱處理。圖8示出了6063合金鑄錠

28、在560c均勻化處理后，用不同速度冷卻到室溫，之后在480c再加熱進(jìn)行擠壓的情況下，均勻化熱處理后的冷卻速度對(duì)擠壓速度和強(qiáng)度的影響。冷卻速度越慢，擠壓性能越好，強(qiáng)度越低，所以冷卻速度必須控制在200500C/小時(shí)的范圍內(nèi)。2）對(duì)冉結(jié)晶的影響一般在工業(yè)用純鋁和Al-Mn系合金中，在不進(jìn)行均勻化熱處理就進(jìn)行加工的情況下，熱加工組織粗大，并且在最終退火的板材上也形成粗大的再結(jié)晶組織。如果要承受深沖那樣的塑性變形，就容易產(chǎn)生流線痕紋和表面桔皮現(xiàn)象等那樣的缺陷。在Al-Mn系的3003合金中這種傾向特別明顯。為了改進(jìn)這種傾向，通常進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的均勻化熱處理。也就是通過(guò)高溫均勻化處理（550625c24小時(shí)

29、）使鑄錠內(nèi)的組織均勻，并由連續(xù)的析出處理（400550cM48小時(shí)）使固溶的Mn以Al6Mn的形式析出，再結(jié)晶組織可以細(xì)化。法停速度r-r中/共弱閨三隼式作事,*奈*之I%I閡以！%I圖86063合金均勻化處理后的冷卻速度、擠壓速度和時(shí)效處理（160CX16小時(shí)）后的強(qiáng)度之間的關(guān)系3）對(duì)各向異性的影響在工業(yè)純鋁板材的各種性能中，最重要的是成型性，該性能最容易受鑄錠熱處理以及隨熱壓延的影響。因?yàn)殍T錠中所含的Fe、Si,雜質(zhì)的固溶、析出對(duì)材料的各向異性、冉結(jié)晶行為有很大的影響。在圖9中示出了鑄錠均勻化熱處理溫度與最終板材的導(dǎo)電率、各向異性、深沖性能的關(guān)系。冷軋板都出現(xiàn)10%以上的45°制

30、耳，但是在360c退火后45°制耳現(xiàn)象減少，鑄錠經(jīng)400c均勻化熱處理的制品，相反，出現(xiàn)90°制耳。另一方面，經(jīng)450c以下均勻化熱處理的材料深沖時(shí)的臨界深沖系數(shù)其值是比較低的。深沖倒耳率，%于加璃電導(dǎo)率41心）90*45*極限深沖系粒憶*D.兌）圖9鑄錠預(yù)加熱對(duì)工業(yè)純度鋁退火板材的深沖制耳率和臨界深沖系數(shù)的影響。試樣是把厚度為25毫米鑄錠預(yù)加熱后冷軋到1毫米厚，在360c進(jìn)行退火最終熱處理關(guān)于純鋁、Al-Mn、Al-Mg系等非熱處理型合金，通過(guò)冷加工而得到加工硬化或由硬化后的退火處理獲得所規(guī)定的性能。一般來(lái)說(shuō)，最終退火或冷軋的中間退火都是在分批式退火爐中進(jìn)行處理的。但是，

31、在最近研制了如圖10所示那樣的快速連續(xù)熱處理爐作為退火爐和淬火爐而開始被使用，代替了以前的分批式處理爐。加熱方式是從爐頂和爐床吹熱風(fēng)，使鋁板浮動(dòng)于熱氣流中并不斷地移動(dòng)。采用這種爐子進(jìn)行熱處理，與在分批式爐中進(jìn)行退火軟化的情況相比，具有細(xì)品組織。提高了表面質(zhì)量、減少了變形和彎曲，每卷的質(zhì)量還能稍加調(diào)整。5、防止晶間腐蝕、應(yīng)應(yīng)力腐蝕開裂的熱處理強(qiáng)度比較好的鋁合金，在大氣中或海水中產(chǎn)生品間腐蝕，同時(shí)也有與應(yīng)力腐蝕開裂有關(guān)的故。2000系、7000系及含3%Mg以上的500系合金容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。熱處理對(duì)鋁合金的晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂的影響，特別是從固溶處理溫度往下冷卻的速度和隨后的時(shí)效處理的影響

32、是很明顯的。冷卻速度的影響作焊接結(jié)構(gòu)材料使用的Al-Zn-Mg系合金，在固溶處理后的冷卻速度慢時(shí)，應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性低，但是，如前面所介紹的那樣，該系合金即使冷卻速度慢，淬火效果也很好，第11表給出了Al-4%Zn-2%Mg合金的應(yīng)力腐蝕開裂壽命和冷卻速度的關(guān)系。從此表中可知，冷卻速度越慢，抗應(yīng)力腐蝕性能就越好。這往往用緩慢冷卻而造成的晶界析出物粗大和PFZ(無(wú)析出區(qū))的幅度增加相結(jié)合的理由來(lái)說(shuō)明，但尚未定論。另外，在淬火敏感性高的2024、7075等合金中，因?yàn)榇慊鹁徛兄诋a(chǎn)生晶間腐蝕，所以按MIL-H-6088(JISW1103)標(biāo)準(zhǔn)，必進(jìn)行快速冷卻。圖11示出當(dāng)2024合金的冷卻了2

33、024和7075-T6板材的淬火冷卻速度與各種性能的關(guān)系速度非?？鞎r(shí)，發(fā)生坑腐蝕，當(dāng)冷卻速度一慢就變成晶間腐蝕。如果把具有這種組織的材料放在3.5%NaCl水溶液中交替浸蝕三個(gè)月，測(cè)量其強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度下降約50%o對(duì)于7075合金，如果冷卻速度慢，進(jìn)行上述腐蝕試驗(yàn)后，其強(qiáng)度也有明顯的下降，即使在腐蝕前，這種合金也能看到強(qiáng)度的明顯下降。時(shí)效處理的影響關(guān)于時(shí)效處理對(duì)鋁合金應(yīng)力腐蝕開裂的影響，一般地說(shuō)，低溫時(shí)效比高溫時(shí)效的壽命短。圖12示出了含Cr和Mn的Al-4.9%Zn-3%Mg合金固溶處理后的時(shí)效溫度與應(yīng)力腐蝕開裂壽命及屈服強(qiáng)度的關(guān)系。此圖表明，在過(guò)時(shí)效狀態(tài)中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的時(shí)間增長(zhǎng)，應(yīng)力腐

34、蝕開裂敏感性變小，可是要不可避免地降低屈服強(qiáng)度。所以只能希望屈服強(qiáng)度降低得少些，但還要進(jìn)行降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的熱處理。因而，二段時(shí)效的T7處理是最為適宜的。最先用這種T7處理來(lái)防止應(yīng)力腐蝕開裂的是美國(guó)，是以改善7075合金鍛件（飛機(jī)起落架）的熱處理開始使用的，命名為T73。第12表給出了7075合金的T73處理?xiàng)l件。板、棒和鍛件的第二階段的加熱條件稍有不同。關(guān)于7075合金的壓延制品和鍛造制品的T6和T73熱處理后的應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)結(jié)果已示于圖13中。采用T73處理，使抗應(yīng)力腐蝕開裂的性能有很大的改善，同時(shí)也知道與T6處理相比，強(qiáng)度不免要降低約15%。*11從固格處理溫度（450D往下裨卻

35、的速度對(duì)A1-4K21-2%Mg合金顯微嵬綱強(qiáng)度和應(yīng)力腐域開裳的密響卻方式冷水幃火沸水俾火空冷M350VMWOC的冷卻時(shí)坷1陟160秒品界上的新出175012001Kr券，石Jh750-12(X1Wy，1£1Am3000，幄大,何在10000X苒m.大塞1_.I用用鎮(zhèn)寬品界處投見折出PF/的酷大N度F7OOA1f_II1000A3000*支癌步析出微班分布的我"；卜力才MyI與除水?；鹈蓖?也是在處又電刊片相析出由殍薜水?；鹣嗤?有大的片狀折出物必2外科強(qiáng)度1口一心弗林134.淪斤/球M.2公斤/毫米L電力腐他試驗(yàn)才的謝力L*九.5公斤，亳/應(yīng)力世開瞿的號(hào)奇卜I.5SN1C

36、IJ0#小時(shí)也說(shuō)62I.騏5天左右也不開累1*固溶處理后，3天室溫時(shí)效一90°±5CX8小時(shí)一150c±2CX16小時(shí)表!27075合金T73處理的人工時(shí)的條件靠1段酎就第2段時(shí)效拉伸捧擠壓件做件107cx5-8小舊163r<24*Ah時(shí)-176VX8W*仃6Cm68*176cx3-10在Al-Mg系合金中，即使進(jìn)行時(shí)效處理，強(qiáng)度不但不能增加，反而下降，把這種時(shí)效處理稱為穩(wěn)定化處理。這種處理可能使晶界發(fā)生B相(Mg2A13)析出，從而對(duì)材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能有不良影響。在圖14中示出了Al-Mg合金的應(yīng)力腐蝕開裂與Mg含量及溫度的關(guān)系。對(duì)于Mg含量在5%以

37、下的實(shí)用合金，基本上不用擔(dān)心退火材料的應(yīng)力腐蝕開裂。冷加工后在100150c進(jìn)行時(shí)效處理，其機(jī)械性能是穩(wěn)定的，但是應(yīng)力腐蝕敏感性顯著地增加，所以也叫做增感處理。還有，Mg含量在3%以下，不管進(jìn)行什么樣的處理都不必?fù)?dān)心應(yīng)力腐蝕開裂問(wèn)題。«*玳eM平均冷卻速感.V件圖12Al-4.9%Zn-3%Mg合金的時(shí)效溫度與應(yīng)力腐蝕開裂壽命和屈服強(qiáng)度的關(guān)系（應(yīng)力=20公斤/毫米2）&口金博學(xué)皓*i:wG爐圖137075-T6和T73應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)（3.5%NaCl中交替浸蝕）結(jié)果3伊上AI附整材察3M肌院H泄火開式”一叫»H樸梨,二jlUikJTTJXm圖14Al-Mg系合金的應(yīng)力

38、腐蝕開裂與溫度的關(guān)系6、熱處理時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力及其防止方法在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力稱為熱處理殘余應(yīng)力。在可熱處理型的合金中，由于固溶處理后的急冷（多為水冷）而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。對(duì)于厚壁的材料，由于表面和中心的冷卻速度差而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，表面為壓縮殘余應(yīng)力，中心部位為拉伸殘余應(yīng)力，這是普遍現(xiàn)象。圖15示出了2024合金圓柱體的冷卻速度和縱向殘余應(yīng)力的關(guān)系。須知，400290c的平均冷卻速度越大，最大殘余應(yīng)力范圍也就越寬。為比，改變冷卻介質(zhì)的溫度和組成，降低冷卻速度能使殘余應(yīng)力減小。圖16示出了冷卻水溫對(duì)7075-T6厚板殘余應(yīng)力的影響，也是表面壓縮，中心拉伸的應(yīng)力分布，冷卻水溫度越高，殘余應(yīng)力的絕

39、對(duì)值越小。因此，對(duì)模鍛斷面形狀復(fù)雜的材料，應(yīng)采用溫水淬火。但是如果冷卻速度太慢，則熱處理型鋁合金在冷卻過(guò)程中就會(huì)發(fā)生析出，引起晶間腐蝕和強(qiáng)度下降。所以，一般情況是在82c的水中淬火為好。圖152014-T4圓柱體（076X227毫米長(zhǎng)）的冷卻速度和縱向殘余應(yīng)力范圍圖167075-T6厚板淬火時(shí)冷卻水溫對(duì)殘余應(yīng)力的影響以上介紹了以水和溫水作冷卻介質(zhì)的情況，有的鋁合金鑄件往往用油作冷卻介質(zhì)。這對(duì)防止殘余應(yīng)力或變形確實(shí)是很有效的?？墒请S著冷卻速度的降低，強(qiáng)度也降低。如果考慮在冷卻后除去制品表面附著的油需要工時(shí)，就不能說(shuō)這是萬(wàn)全之策了。為此，近年來(lái)新研制的水溶性淬火劑，已引人注目。這種以聚（烷撐）二醇為主要成分的水溶液的處理是比較容易的。圖17示出了壁厚為1毫米的2024合金板材從492c投入到各種冷卻介質(zhì)中時(shí)的冷卻速度。在40%聚二醇水溶液中，即使冷卻速度達(dá)到1000c漱，對(duì)機(jī)械性能和耐蝕性能均無(wú)壞的影響。另外，在40%聚二醇水溶液中完全不會(huì)產(chǎn)生水冷材料那樣相當(dāng)大的變形。這一點(diǎn)是很明確的.J77?i鼻就疝*.通制空冷冷卻建堂,XV秒r"”圖17聚二醇濃度及其他