高強鋁合金的熱處理技術探究

原 政

（潞安職業技術學院，山西 長治 046204）

引言

同其他種類的航空材料相比，高強度的鋁合金材料強度高、成形性好、密度小、成本低且耐蝕性好，所以被廣泛地應用到了軍工、船舶與航空航天事業建設中。但是由于目前我國研究高強鋁合金的人員并沒有對熱處理技術給予一個準確的標準與定位，這使得大部分的企業在使用此項技術時都是以自身發展經驗為依據的，導致制造出的鋁合金的質量高低不齊，造成該材料的重要作用無法發揮出來。所以，對該項技術進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

元素構成上看，高強鋁合金合金化的元素總量相對較高，制造該材料時，對其進行均勻化的處理，既是處理鋁合金材料的初級工序，也是必經工序。對合金材料進行凝固時，常常會有枝晶偏析情況出現，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成分分布不均勻，還可以有效地減少或消除對合金進行快速冷卻過程中出現內應力，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帶有非平衡性質并進行二次溶解，降低其溶解時體積分數，提高基體中合金本身固溶度，提升固溶的強度［1］。其中，對高強鋁合金進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的。但是，受到高強度鋁合金自身含有合金元素較高的因素影響，對該材料進行均勻化處理時的處理難度也比較大。對此，技術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 強化固溶

就目前來看，對合金材料進行強化固溶處理，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，強化固溶可以讓第二相隨著溫度的降低而下降和合金進行加熱處理，當第二相最大化或者是全都融到了合金如熔體中時，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原子和空位［2］。

2.2 合金的高溫預析出

采用高溫預析出的方式對合金進行處理，可以對合金材料進行進一步的高溫加熱，以便使得合金能夠盡快地達到固溶狀態。之后，以達到固溶狀態的合金材料為基礎，以低于合金固溶加熱的條件為依據，對合金材料進行保溫，從而實現兩步合金固溶。通過此種處理方式，能夠有效地改善合金晶內同晶界實際的析出狀況，保證在力學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

相關研究分析發現，通過雙重淬火方式對合金材料進行熱處理，不但可以使合金材料快速地達到其單級時效之后的合金強度值要求，還能夠達到雙級失效之后的強度、塑性與抗腐蝕性的要求［4］。由此可以看出，可以在溫度達到了470 ℃的高溫下，對合金進行一次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 ℃）環境下，再對合金進行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（溶質原子團聚區）中溶解溫度臨界值Tc作為對合金材料進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行兩種形式劃分，具體如下圖1 所示。之后，以合金材料進行了時效處理之后具體的組織形式為依據，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時效處理，屬于對合金材料進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。通常情況下，GP區屬于均勻生核，只有GP區已經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元素的均勻性。與此同時，當預時效溫度高于GP區的溶解溫度，而此時GP區在此種情況下還可以穩定存在的時候，可以讓其優先成為核，并對其進行相應的轉化［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

由于對高強合金進行熱處理使，需要保證其處于高溫環境中，所以，這就極容易導致被處理的原件在處理過程中出現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。使用高溫熱處理時將熱加工當成固溶處理，此技術對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。

由于處理高強合金技術的類型和加工方法多種多樣，技術人員可以根據現場施工條件和環境的不同來選擇不同的處理方法，尤其是當合金材料出現形變時，技術人員一定要及時地發現并快速選擇相應的低溫或者是高溫變形處理手段，有效地防止材料出現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 結語

通過對當前我國國內熱處理高強度鋁合金技術的發展情況研究可以發現，高強度鉛合金技術水平相對較低，還存在著許多的弊端等待著專業的研究人員和技術人員去解決。對此，我國的相關專業人員在研究此項技術時，應該要不斷地吸收和借鑒發達國家的先進技術，并結合我國國內的實際情況，以便保證研究出的先進熱處理技術能夠滿足我國社會發展的需求，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，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，2014.

［3］張紀帥.高強鋁合金的微觀組織與性能調控研究［D］.湖南：中南大學，2014.

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

［5］邱書文.關于高強鋁合金的熱處理技術的研究分析［J］.科協論壇（下半月），2013，8（9）：68－69.

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