第三讲铝及其合金相图,合金相与热处理

铝合金的热处理铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。

前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。

因为金属型铸件、低压铸造件铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。

前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。

因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。

铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。

一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。

因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面： 1）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力； 2）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能； 3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化； 4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。

二、热处理方法 1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化，改善合金的塑性。

其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300℃，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。

铝及铝合金的热处理退火及淬火时效是铝合金的基本热处理形式。

退火是一种软化处理。

其目的是使合金在成分及组织上趋于均匀和稳定,消除加工硬化,恢复合金的塑性。

淬火时效则属强化热处理,目的是提高合金的强度,主要应用于可热处理强化的铝合金。

第一节 退火根据生产需求的不同,铝合金退火分铸锭均匀化退火、坯料退火、中间退火及成品退火几种形式。

一、铸锭均匀化退火铸锭在快速冷凝及非平衡结晶条件,必然存在成分及组织上的不均匀,同时也存在很大的内应力。

为了改变这种状况,提高铸锭的热加工工艺性,一般需进行均匀化退火。

为促使原子扩散,均匀化退火应选择较高的退火温度,但不得超过合金中低熔点共晶熔点,一般均匀化退火温度低于该熔点5~40℃,退火时间多在12~24h之间。

二、坯料退火坯料退火是指压力加工过程中第一次冷变形前的退火。

目的是为了使坯料得到平衡组织和具有最大的塑性变形能力。

例如,铝合金热轧板坯的轧制终了温度为280~330℃,在室温快速冷却后,加工硬化现象不能完全消除。

特别是热处理强化的铝合金,在快冷后,再结晶过程未能结束,过饱和固溶体也未及彻底分解,仍保留一部分加工硬化和淬火效应。

不经退火直接进行冷轧是有困难的,因此需进行坯料退火。

对于非热处理强化的铝合金,如LF3,退火温度为370~470℃,保温1.5~2.5H后空冷,用于冷拉伸管加工的坯料、退火温度应适当高一些,可选上限温度。

对于可热处理强化的铝合金,如LY11及LY12,坯料退火温度为390~450℃,保温1~3H,随后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到270℃以下再出炉空冷。

三、中间退火中间退火是指冷变形工序之间的退火,其目的是为了消除加工硬化,以利于继续冷加工变形。

一般来说,经过坯料退火后的材料,在承受45~85%的冷变形后,如不进行中间退火而继续冷加工将会发生困难。

中间退火的工艺制度基本上与坯料退火相同。

根据对冷变形程度的要求,中间退火可分为完全退火(总变形量ε≈60~70%),简单退火(ε≤50%)和轻微退火(ε≈30~40%)三种。

铝及铝合金热处理工艺1. 铝及铝合金热处理工艺1.1 铝及铝合金热处理的作用将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。

1.2 铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理 1.2.1 铝及铝合金热处理的分类（见图1）图1 铝及铝合金热处理分类1.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理(1) 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。

通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。

①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。

②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。

③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。

(2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。

但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。

①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。

②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。

一、工业纯铝Industria1PureA1uminum1、物理性能熔点660.24o C;密度2.7×103kg∕m3;面心立方晶格a=0.4049nm;原子直径0.286nm相对电导率62%IACS(Internationa1Annea1edCopperStandard)电阻率2.66χ10-8Qm (欧姆米)(99.9%AI);2 .化学性能铝的化学活泼性极高，标准电极电位(・1.67伏)。

铝在空气中表面生成5~10nm厚的AI2O3保护膜，在大气中耐蚀。

在浓硝酸中有极高的稳定性，与有机酸及食品几乎不反应。

在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。

3 .特点质量轻优秀的导电、传热和塑性变形性能在大气中有良好的耐蚀性强度低不适于作结构材料二、铝的合金化A11oyingofA1uminum合金化原理主要固溶强化和时效强化固溶强化：元素溶解度大，与A1原子直径差大，例如Mg和Mn o时效强化：所加元素或形成的中间相，高温时在A1中有较大的溶解度，随温度降低溶解度急剧变小。

常加入的元素为Zn、Mg、Cu.Si、1iβo在合金中可能形成：η-MgZn2 T-AI2Mg3Zn3β-Mg2Si δ-AI1iβ-Mg2AI3铝中的主要杂质:Fe.Si为了改善合金的塑性和抗蚀性，合金中常加入Mn、C R Z R Ti、CU等微量元素。

三、铝合金状态A1uminumA11oyStateF-加工态（热轧、挤压），不控制应变硬化量0-退火再结晶状态，强度最低、塑性最高W-固溶处理正在自然时效过程（不稳定）H■冷作硬化状态T-热处理状态应变硬化状态：H1■应变硬化。

H2-应变硬化加不完全退火。

H3-应变硬化稳定处理。

H112-加工过程的应变硬化（不控制应变量）H321-加工过程的应变硬化（控制应变量）H116-特殊应变硬化热处理状态：在T后附有一位或多位数。

对于T状态，列出了在两次操作之间或操作之后的室温下可能发生自然时效时间。

铝及铝合金热处理工艺1.1铝及铝合金热处理的作用将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。

1.2铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理1.2.1铝及铝合金热处理的分类（见图1）均匀化退火中间退火退火成品退火在线淬火立式淬火离线淬火铝固溶淬火卧式淬火及一次淬火铝合阶段淬火金热自然时效处过时效理人工时效时效欠时效多级时效回归图1铝及铝合金热处理分类1.2.2铝及铝合金热处理基本作用原理(1)退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。

通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可提高材料的塑性，但强度会降低。

①铸锭均匀化退火：在高温下历久保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与机能均匀化，可进步材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，进步挤压速度15%左右，同时使材料表面处置惩罚质量进步。

②中央退火：又称部分退火或工序间退火，是为了进步材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种机能的组合。

③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。

(2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。

但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。

①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。

②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。