高強(qiáng)鋁合金的熱處理技術(shù)探究

原 政

（潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046204）

引言

同其他種類的航空材料相比，高強(qiáng)度的鋁合金材料強(qiáng)度高、成形性好、密度小、成本低且耐蝕性好，所以被廣泛地應(yīng)用到了軍工、船舶與航空航天事業(yè)建設(shè)中。但是由于目前我國研究高強(qiáng)鋁合金的人員并沒有對熱處理技術(shù)給予一個準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)與定位，這使得大部分的企業(yè)在使用此項技術(shù)時都是以自身發(fā)展經(jīng)驗為依據(jù)的，導(dǎo)致制造出的鋁合金的質(zhì)量高低不齊，造成該材料的重要作用無法發(fā)揮出來。所以，對該項技術(shù)進(jìn)行深入研究對提升國防實力與綜合國力具有重要作用。

1 均勻化

元素構(gòu)成上看，高強(qiáng)鋁合金合金化的元素總量相對較高，制造該材料時，對其進(jìn)行均勻化的處理，既是處理鋁合金材料的初級工序，也是必經(jīng)工序。對合金材料進(jìn)行凝固時，常常會有枝晶偏析情況出現(xiàn)，對合金材料均勻化處理，不僅能有效降低甚至消除枝晶組織或者其他類型化學(xué)成分分布不均勻，還可以有效地減少或消除對合金進(jìn)行快速冷卻過程中出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，提升合金材料的熱塑性。

鋁合金材料均勻化處理，保證材料在鑄造過程中出現(xiàn)帶有非平衡性質(zhì)并進(jìn)行二次溶解，降低其溶解時體積分?jǐn)?shù)，提高基體中合金本身固溶度，提升固溶的強(qiáng)度［1］。其中，對高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行均勻化處理的時間同其熱處理的過程的徹底程度是成正相關(guān)的。但是，受到高強(qiáng)度鋁合金自身含有合金元素較高的因素影響，對該材料進(jìn)行均勻化處理時的處理難度也比較大。對此，技術(shù)人員可以先改善材料的合金性，盡可能地對采用兩極均勻化的方式來對該材料進(jìn)行處理；并且，采用短時保溫可以讓合金粒子的析出彌散速度加快，從而使得其綜合性能更高。

2 固溶處理

2.1 強(qiáng)化固溶

就目前來看，對合金材料進(jìn)行強(qiáng)化固溶處理，是提煉材料中過于飽和的固溶體的主要手段。在合金基體中，強(qiáng)化固溶可以讓第二相隨著溫度的降低而下降和合金進(jìn)行加熱處理，當(dāng)?shù)诙嘧畲蠡蛘呤侨既诘搅撕辖鹑缛垠w中時，再對其保溫一段時間，采用此種方式，可以有效地減少第二相溶入到析出這一過程中的冷卻時間，這樣就能夠有效地獲取到過飽和的溶質(zhì)原子和空位［2］。

2.2 合金的高溫預(yù)析出

采用高溫預(yù)析出的方式對合金進(jìn)行處理，可以對合金材料進(jìn)行進(jìn)一步的高溫加熱，以便使得合金能夠盡快地達(dá)到固溶狀態(tài)。之后，以達(dá)到固溶狀態(tài)的合金材料為基礎(chǔ)，以低于合金固溶加熱的條件為依據(jù)，對合金材料進(jìn)行保溫，從而實現(xiàn)兩步合金固溶。通過此種處理方式，能夠有效地改善合金晶內(nèi)同晶界實際的析出狀況，保證在力學(xué)性能上材料可以具備較為突出的性能，從而使得合金自身的抗腐蝕性可以得到極大的提升［3］。

2.3 雙重淬火

相關(guān)研究分析發(fā)現(xiàn)，通過雙重淬火方式對合金材料進(jìn)行熱處理，不但可以使合金材料快速地達(dá)到其單級時效之后的合金強(qiáng)度值要求，還能夠達(dá)到雙級失效之后的強(qiáng)度、塑性與抗腐蝕性的要求［4］。由此可以看出，可以在溫度達(dá)到了470 ℃的高溫下，對合金進(jìn)行一次10min的保溫，以此作為對該材料的1 次淬火；而后，還是在此高溫（470 ℃）環(huán)境下，再對合金進(jìn)行10min保溫，將此作為2次淬火。

3 時效處理

3.1 單級時效

首先，筆者將GP去（溶質(zhì)原子團(tuán)聚區(qū)）中溶解溫度臨界值Tc作為對合金材料進(jìn)行熱處理的一個分界點；而后按照單級時效的基本劃分形式來對其進(jìn)行兩種形式劃分，具體如下圖1 所示。之后，以合金材料進(jìn)行了時效處理之后具體的組織形式為依據(jù)，將單級時效劃分為峰值時效、過時效以及欠時效三大種類［5］。其中，欠時效的時效溫度相對較低，也就是說，此種時效的時效期要短于其他兩種，這是為了更好地保留合金材料自身的合金塑性。與此同時，過時效的各個數(shù)值同欠時效正好相反，無論是時效溫度還是時效期，都要高于其他兩種，這主要是為了有效地提升合金材料的綜合性能。

圖1 單級時效示意圖

3.2 雙級時效

單從字面意義上來看便可了解，所謂的雙級時效就是通過使用兩次不同溫度來處理核心材料，具體情況如下圖2所示。其中，對合金的第一級處理屬于低溫的預(yù)時效處理，屬于對合金材料進(jìn)行熱處理過程中的成核處理階段，該階段可以將合金材料處理成密度相對較高的GP區(qū)。通常情況下，GP區(qū)屬于均勻生核，只有GP區(qū)已經(jīng)形成了能夠滿足需要的大尺寸時，才能夠成為時效沉淀相的核心部門，并在極大程度上提升合金組織自身各種化學(xué)元素的均勻性。與此同時，當(dāng)預(yù)時效溫度高于GP區(qū)的溶解溫度，而此時GP區(qū)在此種情況下還可以穩(wěn)定存在的時候，可以讓其優(yōu)先成為核，并對其進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化［6］。

如果對鋁合金淬火后加以高溫時效，此后實施低溫時效，則會讓加寬無沉淀變窄。British Aerospace Public Limited Company（英國航空公司）相關(guān)專家研究出了新型雙極人工實效體制（鋁鋰合金），利用其處理后會保證合金屈服強(qiáng)度不大于292MPa。Ⅰ級人工實效體制范圍為160 ℃～130 ℃（每15min→1 440min），級Ⅱ人工實效體制范圍為130 ℃～90 ℃（每60min→4 320min）。

圖2 雙級時效示意圖

4 形變處理

由于對高強(qiáng)合金進(jìn)行熱處理使，需要保證其處于高溫環(huán)境中，所以，這就極容易導(dǎo)致被處理的原件在處理過程中出現(xiàn)變相或者是塑性變形等方面的問題。

處理Al－Zn－Mg合金時，利用低溫形變類型較為合適，然而卻對Al－Zn－Mg－Cu缺乏有效性。冷變形逐漸發(fā)展使得合金硬度加大。然而由于錯位使得η不夠平衡。使用高溫?zé)崽幚頃r將熱加工當(dāng)成固溶處理，此技術(shù)對Al－Cu系列合金與Al－Mg－Si系列合金較為有效，但是卻不適合Al－Zn－Mg－Cu系列合金。

由于處理高強(qiáng)合金技術(shù)的類型和加工方法多種多樣，技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場施工條件和環(huán)境的不同來選擇不同的處理方法，尤其是當(dāng)合金材料出現(xiàn)形變時，技術(shù)人員一定要及時地發(fā)現(xiàn)并快速選擇相應(yīng)的低溫或者是高溫變形處理手段，有效地防止材料出現(xiàn)冷變形或者是熱變形的情況，從而在保證最終處理效果不被影響的前提下，提升合金材料的硬度，使得其能夠被更好地使用。

5 結(jié)語

通過對當(dāng)前我國國內(nèi)熱處理高強(qiáng)度鋁合金技術(shù)的發(fā)展情況研究可以發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度鉛合金技術(shù)水平相對較低，還存在著許多的弊端等待著專業(yè)的研究人員和技術(shù)人員去解決。對此，我國的相關(guān)專業(yè)人員在研究此項技術(shù)時，應(yīng)該要不斷地吸收和借鑒發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合我國國內(nèi)的實際情況，以便保證研究出的先進(jìn)熱處理技術(shù)能夠滿足我國社會發(fā)展的需求，從而提升我國國際競爭力。

［1］張顯峰.鋁合金熱處理工藝及組織性能研究［D］.湖南：湖南大學(xué)，2012.

［2］趙俊.合金化及回歸熱處理對7075鋁合金組織及性能的影響［D］.河南：鄭州大學(xué)，2014.

［3］張紀(jì)帥.高強(qiáng)鋁合金的微觀組織與性能調(diào)控研究［D］.湖南：中南大學(xué)，2014.

［4］陳送義.7085 高強(qiáng)鋁合金鍛造成形和組織性能研究［D］.湖南：中南大學(xué)，2013.

［5］邱書文.關(guān)于高強(qiáng)鋁合金的熱處理技術(shù)的研究分析［J］.科協(xié)論壇（下半月），2013，8（9）：68－69.

［6］李濤.溫成形對高強(qiáng)鋁合金組織和性能影響的研究［D］.重慶：西南交通大學(xué)，2008.