新闻动态   News
搜索   Search
你的位置:官网首页 > 行业新闻 >

铝合金的热处理

2020-08-26 09:26      点击:
轿车用铝合金】铝合金的分类 轿车资料网

铝合金热处理的分类

轿车资料网

 

固溶处理:指将合金加热到高温单相区恒温坚持,使过剩相充沛溶解到固溶体中后快速冷却(水冷),以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

 

不彻底人工时效:选用比较低的时效温度或较短的保温时刻,取得优秀的归纳力学功能,即取得比较高的强度,杰出的塑性和耐性,但耐腐蚀功能或许比较低。

 

彻底人工时效:选用较高的时效温度和较长的保温时刻,取得最大的硬度和最高的抗拉强度,但伸长率较低。

 

安稳化处理:为使工件在长时刻执役的条件下形状和尺度改动能够坚持在规则范围内的热处理。

 

天然时效:将铸件置于露天场所半年以上,工件内部应力天然开释然后使剩余应力消除或削减。

 

退火:将安排违背平衡状况的金属或合金加热到恰当的温度,坚持必定时刻,然后缓慢冷却以到达挨近平衡状况安排的热处理工艺。

铝合金热处理代号

F 自在加工状况(适用于成型进程中关于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品,该状况产品的力学功能不作规则)

O 退火状况(适用于经彻底退火取得最低强度的加工产品)

H 加工硬化状况(适用于经过加工硬化进步强度的产品,产品在加工硬化后可经过使强度有所下降的附加热处理,H代号后边有必要跟有两位或三位阿拉伯数字)

W 固溶处理状况(一种不安稳状况,仅适用于经固溶热处理后,室温下天然时效的合金,该状况代号仅表明产品处于天然时效阶段)

T 热处理状况(适用于热处理后,经过加工硬化到达安稳状况的产品)

 

T1 人工时效

T2 退火

T4 固溶处理+天然时效

T5 固溶处理+不彻底人工时效

T6 固溶处理+彻底人工时效

T7 固溶处理+安稳化处理

T8 固溶处理后冷加工再人工时效的状况

T9 固溶处理后人工时效,再经冷加工的状况

热处理对铝合金功能的影响

铝合金资料的研制首要是环绕进步资料的强度、塑性、耐性、耐蚀性以及疲惫功能等归纳功能来展开的,而合金的功能又是由其安排决议的,因此有必要研讨和把握变形铝合金在各种状况下的微观和显微安排,以及这些安排对功能的影响,并深入研讨安排调控技能,而安排调控技能最首要的手法是热处理。

 

1.铝合金的强化办法

铝合金在常温文中等应力效果下发生塑性变形,首要由位错滑移所造成的,而高温文低应力效果下发生塑性变形则由位错活动和分散流变发生。总的来说,不论工作温度凹凸,合金反抗变形才干首要由位错运动难易所决议。因此,把添加铝合金对位错运动的抗力称为铝合金强化。

铝合金的强化及其分类办法许多,一般将其分为加工硬化和合金化强化两大类。铝合金强化办法可细分为加工硬化、固溶强化、异相强化、弥散强化、沉积强化、晶界强化和复合强化七类。在实践运用进程中往往是几种强化办法一同起效果。

 

A加工强化

经过塑性变形(轧制、揉捏、铸造、拉伸等)使合金取得高强度的办法,称为加工硬化。塑性变形时添加位错密度是合金加工硬化的实质。据统计,金属激烈变形后,位错密度可由106根/cm2增至1012根/cm2以上。因为合金中位错密度越大,持续变形时位错在滑移进程中彼此交割的时机越多,彼此间的阻力也越大,因此变形抗力也越大,合金即被强化。

金属资料加工强化的原因是:金属变形时发生了位错不均匀散布,先是较缤纷地成群羁绊,构成位错缠结,随变形量增大和变形温度升高,由散乱散布位错缠结转变为胞状亚结构安排,这时变形晶粒由许多称为“胞”的小单元组成;高密度位错缠结会集在胞周围构成包壁,胞内则位错密度甚低。这些胞状结构阻挠位错运动,使不能运动的位错数量剧增,以致需求更大的力才干使位错战胜妨碍而运动。变形越大,亚结构安排越细微,反抗持续变形的才干越大,加工硬化效果越显着,强度越高。因为发生亚结构,故也称亚结构强化。

加工强化的程度因变形率、变形温度及合金本身的性质不同而异。同一种合金资料在同一温度下冷变形时,变形率越大则强度越高,但塑性随变形率的添加而下降。合金变形条件不同,位错散布亦有所不同。当变形温度较低(如冷轧)时,位错活动性较差,变形后位错大多呈紊乱无规则散布,构成位错缠结,这时合金强化效果好,但塑性也激烈下降。当变形温度较高时,位错活动性较大,并进行交滑移,位错可部分集聚、纠结、构成位错团,呈现亚结构及其强化,到时强化效果不及冷变形,但塑性丢失较少。

加工硬化或亚结构强化在常温时是十分有用的强化办法,适用于工业纯铝、固溶体型合金和热处理不行强化的多相铝合金,但在高温时通常因回复和再结晶而对强度的奉献显着变小。

某些铝合金冷变形时能构成较好的织构而在必定方向上强化,称为织构强化。

 

B 固溶强化

合金元素固溶到基体金属(溶剂)中构成固溶体时,合金的强度、硬度一般都会得到进步,称为固溶强化。一切可溶性合金化组元乃至杂质都能发生固溶强化。特别可贵的是,对合金进行固溶强化时,在强度、硬度得到进步的一同,塑性还能坚持在杰出的水平上,但仅用这一种办法不能取得特别高的强度。

合金元素溶入基体金属后,使基体金属的位错密度增大,一同晶格发生畸变。畸变所发生的应力场与位错周围的弹性应力场交互效果,使合金元素的原子集合到位错线邻近,构成所谓“气团”,位错要运动就有必要战胜气团的钉扎效果,带着气团一同移动,或许从气团中挣脱出来,因此需求更大的切应力。别的,合金元素的原子还会改动固溶体的弹性系数、分散系数、内聚力和原子的摆放缺点,使位错线变弯,位错运动阻力增大,包含位错与溶质原子间的长程交互效果和短程交互效果,然后使资料得到强化。

固溶强化效果巨细取决于溶质原子浓度、原子相对尺度、固溶体类型、电子要素和弹性模量。一般来说,溶质原子浓度越高,强化效果越大;原子尺度不同越大,对置换固溶体的强化效果亦或许越大;溶质原子与铝原子的价电子数相差越大,固溶强化效果亦越大;弹性模量巨细的差异度越大,往往强化效果越好。

在选用固溶强化的合金化时,要选择那些强化效果高的元素作为合金元素。但更重要的是要选那些在基体金属中固溶度大的元素作为合金元素,因为固溶体的强化效果随固溶元素含量的增大而添加。只要那些在基体金属中固溶度大的元素才干很多参加。例如,铜、镁是铝合金的首要合金元素;铝、锌是镁合金的首要合金元素,都是因为这些元素在基体金属中的固溶度较大的原因。

进行固溶强化时,往往选用多元少数的杂乱合金化准则(即多种合金元素一同参加,但每种元素参加量少),使固溶体的成分杂乱化,这样能够使固溶体的强化效果更高,并能坚持到较高的温度。

 

C 过剩相强化

过量的合金元素参加到基体金属中去,一部分溶入固溶体,超越极限溶解度的部分不能溶入,构成过剩的第二相,简称过剩相。过剩相对合金一般都有强化效果,其强化效果与过剩相本身的功能有关,过剩相的强度、硬度越高,强化效果越大。但硬脆的过剩相含量超越必定极限后,合金变脆,力学功能反而下降。此外,强化效果还与过剩相的形状、巨细、数量和散布有关。第二相呈等轴状、细微和均匀散布时,强化效果最好。第二相很大、沿晶界散布或呈针状,特别是呈粗大针状时,合金变脆,合金塑性丢失大,并且强度也不高,常温下不宜很多选用过剩强化,但高温下的运用效果能够很好。别的,强化效果还与基体相与过剩相之间的界面有关。

过剩相强化与沉积强化有相似之处,只不过沉积强化时,强化相极为细微,弥散度大,在光学显微镜下调查不到;而在运用过剩相强化合金时,强化相粗大,用光学显微镜的低倍即能清楚看到。过剩和强化在铝合金中运用广泛,简直一切在退火状况运用的两相合金都运用了过剩相强化。或许更精确地说,是固溶强化与过剩相强化的联合运用。过剩相强化有时亦称复相强化或异相强化。

 

D 弥散强化

非共格硬颗粒弥散物对铝合金的强化称弥散强化。为取得好的强化效果,要求弥散物在铝基体中有低的溶解度和分散速率、高硬度(不行变形)和小的颗粒(0.1μm左右)。这种弥散物可用粉末冶金法制取或由高温分出取得,发生粉末冶金强化和高温分出强化。

由弥散质点引起的强化包含两个方面:弥散质点阻挠位错运动的直接效果,弥散质点为不行变形质点,位错运动受阻后,有必要绕越经过质点,发生强化,弥散物越密布,强化效果就越好;弥散质点影响终究热处理时半成品的再结晶进程,部分或彻底按捺再结晶(对弥散粒子的巨细和其距离有必定要求),使强度进步。弥散强化对常温或高温下均适用,特别是粉末冶金法出产的烧结铝合金,工作温度可达350℃。弥散强化型合金的应变不太均匀,在强度进步的一同,塑性丢失要比固溶强化或沉积强化的大。熔铸冶金铝合金中选用高温处理,取得弥散质点使合金强化,越来越得到人们重视。在铝合金中添加十分低的溶解度和分散速率的过渡族金属和稀土金属元素,如含Mn、Cr、Zr、Sc、Ti、V等,铸造时快速冷却,使这些元素保存在α(Al)固溶体中,随后高温加热分出十分安稳的0.5μm以下非共格第二相弥散粒子,即第二类质点。其显微硬度可大于5000MPa,使合金取得弥散强化效果。

这些质点一旦分出,很难持续溶解或集合,故有较大的弥散强化效果。以Al-Mg-Si系合金为例,参加不同量的过渡元素可使抗拉强度添加6%~29%,屈从强度进步最多,达52%。此外,弥散质点阻挠再结晶即进步再结晶温度,使冷作硬化效果最大极限保存,尤以Zr和Sc进步Al的再结晶温度最显着。

 

E 沉积强化

从过饱和固溶体中分出安稳的第二相,构成溶质原子富集亚稳区的过渡相的进程,称为沉积。凡有固溶度改动的合金从单相区进入两相区时都会发生沉积。铝合金固溶处理时取得过饱和固溶体,再在必定温度下加热,发生沉积生成共格的亚稳相质点,这一进程称为时效。由沉积或时效引起的强化称沉积强化或时效强化。第二相的沉积进程也称分出,其强化称分出强化。铝合金时效分出的质点一般为G.P区,共格或半共格过渡相,尺度为0.001~0.1μm,属第三类质点。这些软质点有三种强化效果即应变强化、弥散强化和化学强化。时效强化的质点在基体中均匀散布,使变形趋于均匀,因此时效强化引起塑性丢失都比加工硬化、弥散强化和异相强化的要小。经过沉积强化,合金的强度能够进步百分之几十至几百倍。因此,沉积强化是Ag、Mg、Al、Cu等有色金属资料常用的有用强化手法。

沉积强化的效果取决于合金的成分、淬火后固溶体的过饱和度、强化相的特性、散布及弥散度以及热处理准则等要素。强化效果最好的合金坐落极限溶解度成分,在此成分下可取得最大的沉积相体积分数。

 

F 晶界强化

铝合金晶粒细化,晶界增多,因为晶界运动的阻力大于晶内且相邻晶粒不同取向使晶粒内滑移彼此干与而受阻,变形抗力添加,即合金强化。晶粒细化能够进步资料在室温下的强度、塑性和耐性,是金属资料最常用的强韧化办法之一。晶界上原子摆放过错,杂志腹肌

晶界上原子摆放紊乱,杂质富集,并有很多的位错、孔洞等缺点,并且晶界两边的晶粒位向不同,一切这些都阻挠位错从一个晶粒向另一个晶粒的运动。晶粒越细,单位体积内的晶界面积就越大,对位错运动的阻力也越大,因此合金的强度越高。晶界本身强度取决于合金元素在晶界处的存在办法和散布形状,化合物的优于单质原子吸附的,化合物为不接连、细微弥散点状时,晶界强化效果最好。晶界强化对合金的塑性丢失较少,常温下强化效果好,但高温下不宜选用晶界强化,因高温下晶界滑移为重要形变办法,使合金趋向沿晶界开裂。

 

铝合金的晶粒细化的办法首要有三种

(1)细化铸造安排晶粒

熔铸时选用变质处理,在熔体中参加恰当的难溶质点(或与基体金属能构成难熔化合物质点的元素)作为非自发晶核,因为晶核数目很多添加,熔体即结晶为细晶粒。例如,添加Ti、Ti-B、Zr、Sc、V等都有很好的细化晶粒的效果;别的,在熔体中参加微量的,对初生晶体有化学效果然后改动其结晶功能的物质,能够使初生晶体的形状改动,如Al-Si合金的Na变质处理便是一个很好的比如。用变质处理办法,不只能细化初生晶粒,并且能细化共晶体和粗大的过剩相,或改动它们的形状。此外,在熔铸时,采纳添加一级优质废料份额、防止熔体过热、搅动、下降铸造温度、增大冷却速度、改善铸造东西等办法,也能够(或有利于)取得细晶粒铸锭。

 

(2)操控弥散相细化再结晶晶粒

按捺再结晶的弥散相MnAl?、CrAl?、TiAl?、ScAl?、VAl?和ZrAl?质点,在显微安排中它们有许多都是钉扎在晶界上,使晶界搬迁困难,这不只阻挠了再结晶,并且添加了晶界的界面强度,它们能够显着细化再结晶晶粒。这些弥散相的巨细和散布,是影响细化效果的首要要素,越细微越弥散,细化效果越好。弥散相的巨细和散布首要受高温热处理和热加工的影响。取得细微弥散相的办法首要有:在均匀化时先进行低温预处理形核,然后在进行正常热处理;对含Sc的合金选用低温均匀化处理;对含Mn、Cr的合金选用较高温度均匀化处理;还能够选用热机械加工热处理的办法取得细微弥散相,即对热加工后的铝合金进行高温预处理,然后再进行正常的热加工,如7175-T74合金锻件就选用过这种工艺;此外,也能够经过热加工的加热进程和固溶处理进程来调控弥散相。

 

(3)选用变形及再结晶办法细化再结晶晶粒

选用强冷变形后进行再结晶,能够取得较细的晶粒安排;选用中温加工能够取得含有很多亚结构的安排;选用恰当的热揉捏并与合理的再结晶热处理相结合,能够取得含有很多亚结构的安排,得到杰出的揉捏效应;在再结晶处理时,选用高温短时,或屡次高温短时固溶处理均能够取得细微的晶粒安排。

 

G 复合强化

选用高强度的粉、丝和片状资料和压、焊、喷涂、溶浸等办法与铝基体复合,使基体取得高的强度,称为复合强化。按复合资料形状,复合强化可分为纤维强化型、粒子强化型和包覆资料三种。晶须和接连纤维常作纤维强化质料,粒子强化型有粉末冶金和混合铸造两类。对烧结铝合金属粒子复合强化合金,大都学者认为是弥散强化的典型合金。复合强化的机理与异相强化附近。这种强化在高温下强化效果最佳,在常温下也可显着强化,但塑性丢失大。能够用作增强纤维的资料有碳纤维、硼纤维、难熔化合物(Al3O2、SiC、BN、TiB2等)纤维和难熔金属(W、Mo、Be等)细丝等。这些纤维或细丝的强度一般为2500~3500MPa。此外,还可用金属单晶须或Al3O2、B4C等陶瓷单晶须作为增强纤维,它们的强度就更高。但晶须的出产很困难,本钱很高。

 

铝合金是一种典型的基体资料。以硼纤维增强和可热处理强化的合金(如Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si)或弥散硬化的Al-Al3O2系为基的金属复合资料,其比强度和比刚度为规范铝合金的2~3.5倍,已被用于航空及航天工业。

金属基体复合资料的强化机理与上述固溶强化及弥散强化等机理不同,这种强化首要不是靠阻挠位错运动,而是靠纤维与基体间杰出的浸润性严密粘结,使纤维与基体之间取得杰出的结合强度。这样,因为基体资料有杰出的塑性和耐性,增强纤维又有很高的强度,能接受很大的轴向负荷,所以整个资料具有很高的抗拉强度及优异的耐性。此外,这种资料还能取得很高的比强度、很高的耐热性及抗腐蚀性,是现在资料开展的一个新方向。

 

2.各类强化办法在铝合金出产中的运用

 

不行热处理强化铝合金的强化

纯铝、Al-Mg、Al-Mg-Sc、Al-Mn合金归于不行热处理强化铝合金,首要靠加工硬化和晶界强化取得高强度,辅佐强化机制还有固溶强化、过剩相强化、弥散相强化等。加工硬化可经过热变形、冷变形、冷变形后部分退火而不同程度地取得。热变形发生亚结构强化,变形温度越高,亚晶尺度越粗大,强化效果越差,但塑性适当高。经彻底退火的资料进行不同程度的冷变形,冷变形率越大,制品强度越高,但塑性也越低。冷变形的加工硬化效果最大。充沛冷变形的制品在不同温度下退火,操控回复和再结晶阶段,可保存不同程度的加工硬化量即不同的强化效果。

 

可热处理强化铝合金的强化

工业出产的可热处理强化铝合金有Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mn、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金,以及开发中的Al-Cu-Li和Al-Mg-Li合金等。这些合金遍及选用淬火时效,并首要经过沉积强化办法来取得很高的强度,辅佐强化机制也有固溶强化、过剩相强化、弥散相强化、晶界强化等。天然时效时G.P区为首要强化相,人工时效首要是G.P区加过渡相起强化效果,过时效时才呈现安稳相,呈现安稳相后强度下降。

 

形变时效与揉捏效应强化

在Al-Cu系和Al-Mg-Si系合金中,较多选用形变时效办法取得高强度,该办法包含T3、T8和T9三种状况,都是运用时效强化和冷作硬化的交互效果及强化在必定程度上的叠加效果。2124-T8厚板因冷变形发生的很多滑移线,滑移线上成排散布着时效分出相,二者的联合效果使塑性变形更为困难,即强度进一步进步。

 可热处理强化铝合金揉捏制品淬火时效后的强度比其他办法出产的同一合金相同热处理状况下的强度高,这一现象称为揉捏效应。其安排调查发现悉数或部分保存了冷作硬化效应,基体中保存了很多亚结构,故强化是时效强化和亚结构强化的叠加。

 

Al-Si合金的强化

Al-Si系变形铝合金,特别适合于出产活塞等模锻件,合金中硅含量ω(Si)=12%~13%,还含有必定量的Cu、Mg、Ni等。安排中有较多的结晶时生成的共晶硅,均布在软的α(Al)基体上,尺度大都在5μm左右,硬且脆。这种共晶硅是铝合金中异相强化的典型比如。因为异相强化具有耐高温、耐磨和中强等特色,故特别适合于制造活塞。