航空航天铝合金材的热处理工艺课件(PPT 34页)

航空航天铝合金材的热处理工艺航空航天铝合金材料常采用热处理工艺来提高其强度、硬度和耐腐蚀性能。

以下将介绍一种广泛应用于航空航天铝合金材料的热处理工艺——时效处理工艺。

时效处理是航空航天铝合金材料常用的热处理方法之一，其目的是通过在一定温度下保温一段时间，使合金中的析出相细化并均匀分布，从而提高材料的机械性能。

该工艺主要分为两个步骤：首先是固溶处理，即将工件加热至较高温度，使固溶相（固溶体）中的合金元素彻底溶解，形成均匀的固溶溶液；其次是时效处理，即将固溶处理后的材料迅速冷却到室温，并在较低温度下保温一段时间，使合金元素在固溶体中析出并形成细小的析出相。

时效处理工艺的关键参数包括保温温度、保温时间和冷却速度。

保温温度决定了合金元素的析出速度和析出相的尺寸，一般选择在合金元素析出时达到最大溶固溶解度的温度范围内。

保温时间决定了合金元素的析出程度，需根据合金材料的具体要求进行调整。

冷却速度影响合金中析出相的形态和分布，一般要求快速冷却以避免析出相过大而导致材料脆性增加。

时效处理的主要优点是可以显著提高航空航天铝合金的强度和硬度，并保持良好的可加工性。

此外，时效处理还能提高材料的耐腐蚀性能和疲劳寿命。

它广泛应用于航空发动机叶片、飞机结构件、车身外壳等关键零部件的制造中。

综上所述，时效处理是航空航天铝合金材料常用的热处理工艺之一。

通过固溶处理和时效处理这两个步骤，可以使合金中的合金元素均匀分布，并形成细小的析出相，从而显著提高材料的强度和硬度。

时效处理不仅能够满足航空航天领域对材料性能的要求，还能保持良好的可加工性和耐腐蚀性能。

这使得时效处理在航空航天铝合金材料的制造中具有广泛的应用前景。

航空航天行业对材料的要求极高，尤其是航空航天铝合金材料。

这些材料需要具备出色的强度、硬度、耐腐蚀性能和疲劳寿命，以承受各种极端条件和挑战。

为了满足这些要求，航空航天铝合金材料经常通过热处理工艺进行改善。

除了时效处理工艺，航空航天铝合金材料还应用了许多其他热处理工艺，如固溶处理、退火处理和淬火处理等。

铝合金热处理工艺1. 引言铝合金是一种重要的构件材料，在航空工业、汽车工业以及建筑领域有广泛的应用。

热处理是铝合金加工过程中不可或缺的步骤，通过控制合金材料的加热和冷却过程，可以改善其力学性能、耐蚀性能和热稳定性。

本文将介绍铝合金热处理工艺的基本原理、常用方法以及工艺参数的选择与控制。

2. 铝合金热处理原理铝合金热处理的基本原理是通过加热和冷却过程改变合金材料的晶体结构和组织，从而调控其力学性能。

主要包括以下几个步骤：2.1 固溶处理固溶处理是铝合金热处理的首要步骤，其目的是将合金材料中的固溶体中的溶质原子溶解到基体中，形成均匀的固溶体溶液。

固溶处理温度和时间的选择对于合金材料的性能具有重要影响。

2.2 冷却速率控制冷却速率控制是热处理过程中的关键步骤之一，它可以影响到合金材料的析出相、晶粒尺寸和组织结构。

通常通过调整冷却介质的性质和冷却方法来控制冷却速率。

2.3 时效处理时效处理是在固溶处理完成后，通过重新加热合金材料到一定温度并保持一段时间，使得合金中的析出物达到稳定状态。

时效处理可以进一步提高合金的强度和硬度。

3. 常用的铝合金热处理方法铝合金热处理方法种类繁多，常用的方法包括以下几种：3.1 溶解退火溶解退火是将铝合金加热到高温区，使固溶体中的溶质原子溶解于基体中，然后通过合适的冷却速度形成均匀的固溶体。

3.2 固溶处理固溶处理是将铝合金加热到固溶区，并在该温度下保持一段时间，使固溶体达到均匀溶解的状态。

固溶处理后的铝合金具有良好的可塑性和韧性。

3.3 加强时效处理加强时效处理是将铝合金在固溶处理后，重新加热到较低的温度并保持一定时间，以促使合金中的析出物形成并细化，从而提高其强度和硬度。

3.4 自然时效处理自然时效处理是将铝合金在固溶处理后，不进行额外的热处理，而是让其在室温下经过一定时间自行发生时效，适用于一些需要高韧性的应用。

4. 铝合金热处理工艺参数的选择与控制铝合金热处理工艺参数的选择与控制对最终的合金性能具有重要影响，以下是一些需要考虑的关键参数：4.1 加热温度加热温度是铝合金热处理中的关键参数之一，不同合金材料具有不同的加热温度范围，需要根据合金的性质和要求选择合适的加热温度。

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）均匀化退火中间退火成品退火回归图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。

退火 铝及铝合金热处理固溶淬火时效 人工时效 多级时效欠时效离线淬火卧式淬火立式淬火自然时效过时效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。

铝合金热处理铝合金热处理铝合金是一种广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域的重要材料。

为了改善铝合金的性能和机械性能，通常需要进行热处理。

本文将介绍铝合金热处理的一些基本概念、方法和效果。

一、热处理的基本概念热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能的一种方法。

在铝合金中，热处理主要是通过控制材料的加热温度、保温时间和冷却速率来实现的。

二、常见的铝合金热处理方法1. 固溶处理固溶处理是指将铝合金加热到固溶温度，使固溶体中的溶质完全溶解，然后通过快速冷却来获得均匀的固溶体。

固溶处理可以提高铝合金的强度和塑性，并改善其耐蚀性能。

2. 固溶时效处理固溶时效处理是在固溶处理的基础上，将材料保温一段时间，使固溶体中的溶质重新沉淀，形成细小的弥散相。

这种处理方法可以进一步提高铝合金的强度和硬度，同时保持较好的塑性。

3. 调质处理调质处理是指将固溶时效处理后的铝合金再次加热到一定温度，然后快速冷却。

这种处理方法可以消除固溶体中的残余溶质，进一步提高材料的硬度和强度。

三、铝合金热处理的效果通过适当的热处理方法，铝合金可以获得以下几个方面的改善：1. 强度提高：热处理可以通过形成细小的弥散相、消除残余溶质等方式提高铝合金的强度。

2. 硬度提高：热处理可以使铝合金的硬度增加，提高抗划伤和耐磨性能。

3. 耐腐蚀性能提高：热处理可以改善铝合金的耐腐蚀性能，使其更适用于恶劣环境下的使用。

4. 机械性能的综合改善：热处理可以综合改善铝合金的强度、硬度和塑性，使其具有更好的机械性能。

四、注意事项在进行铝合金热处理时，需要注意以下几个方面：1. 温度控制：热处理的温度要根据具体的合金成分和要求来确定，过高或过低的温度都会影响处理效果。

2. 保温时间：保温时间的长短也会对处理效果产生影响，需要根据具体情况进行合理控制。

3. 冷却速率：冷却速率对于处理后的组织和性能也有重要影响，需要选择合适的冷却方法和速率。

4. 处理工艺：不同的合金和要求可能需要不同的处理工艺，需要根据实际情况进行选择和优化。

铝合金热处理工艺铝合金热处理原理铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定的速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。

3.1.1铝合金热处理特点众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。

然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。

但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。

淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。

时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。

3.1.2铝合金时效强化原理铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。

目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。

铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。

这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。

由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。

硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。

淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。

淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。

沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。

沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。

图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。