關(guān)于鋁合金熱處理工藝的分析

萬茹濤

摘 要：隨著當(dāng)前航天技術(shù)的飛速發(fā)展，很多的制造技術(shù)得到了較好的發(fā)展，其中鋁合金（超塑性）結(jié)構(gòu)是飛行器設(shè)計中極其重要的技術(shù)，本文首先分析了國內(nèi)外對鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀，同時闡述了鋁合金熱處理工藝，最后總結(jié)了鋁合金熱處理工藝問題的解決途徑。

關(guān)鍵詞：鋁合金 熱處理工藝 研究現(xiàn)狀 解決措施

中圖分類號：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0103-02

隨著現(xiàn)代航空業(yè)、汽車行業(yè)的高速發(fā)展，鋁合金材料得到了較好的應(yīng)用，通過利用先進(jìn)的工藝能夠有效地改善鋁合金的性能，目前，我國改善鋁合金性能的途徑主要包括：調(diào)整元素含量（組元比值）、使用特殊的工藝、減少Fe、Si等雜質(zhì)的含量、添加結(jié)晶抑制劑、熱工藝處理技術(shù)等，本文主要分析的是中間形變熱處理工藝（ITMT）和最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)。

1 國內(nèi)外對鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外對中間形變熱處理工藝（ITMT）的研究現(xiàn)狀

國外對鋁合金中間形變熱處理工藝（ITMT）的開發(fā)和研究主要集中在7000系的鋁合金，熱處理主要包括優(yōu)化結(jié)晶分?jǐn)?shù)、改進(jìn)結(jié)晶粒的尺寸等。對早期的AA7075型的鋁合金處理，采用的是冷軋和再結(jié)晶退火兩者相結(jié)合的工藝，通過深沖、單軸拉伸發(fā)現(xiàn)，這類工藝能夠提升7075板材的性能。采取擠壓AA7000系列的板材，進(jìn)行冷軋和再結(jié)晶處理技術(shù)，能夠減少結(jié)構(gòu)內(nèi)的體積分?jǐn)?shù)，提升板材的性能。

國內(nèi)的中間形變熱處理工藝（ITMT），主要是通過利用超塑預(yù)處理工藝，能夠促使鋁合金的橫向、縱向晶粒達(dá)到30μm，將鋁合金的性能提升了25.8%，針對其他系列的鋁合金，熱處理工藝也有所涉及，過時效溫度和終扎溫度能夠提升鋁合金的結(jié)晶性能，高過時效溫度還能有效地細(xì)化晶粒，提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。

1.2 國內(nèi)外對最終形變熱處理（FIMT）工藝研究現(xiàn)狀

同中間形變熱處理工藝（ITMT）比較類似，最終形變熱處理（FIMT）工藝也應(yīng)用在沉淀強(qiáng)化型號的鋁合金中，例如：AL-LI系列的鋁合金、7000系列、2000系列。

國外對最終形變熱處理（FIMT）工藝研究主要是針對不同厚度、不同純度的鋁合金，國外學(xué)者研究了固溶后變形的鋁合金2024系列和7A04系列，實驗之后發(fā)現(xiàn)最終形變熱處理（FIMT）工藝能夠加速時效影響，對2024系列的鋁合金強(qiáng)度提升效果顯著，但是對7A04系列的鋁合金沒有明顯的效果，反而降低了7A04的延伸率，通過分析得知，主要是因為大的冷形變所帶來的高密度加劇了相的粗化。

通過本文上述分析能夠得知，中間形變熱處理工藝（ITMT）在確保強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提升了鋁合金的塑性，最終形變熱處理（FIMT）工藝雖然能夠提升鋁合金的強(qiáng)度，但是對導(dǎo)致鋁合金失去一部分塑性。

2 鋁合金熱處理工藝

本文闡述的鋁合金熱處理工藝主要是為最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)、中間形變熱處理工藝（ITMT）技術(shù)兩類，具體如下。

2.1 中間形變熱處理工藝（ITMT）

中間形變熱處理工藝（ITMT）是在機(jī)械熱處理工藝的基礎(chǔ)上，將變形和熱處理結(jié)合的工藝技術(shù)，其目的是為了提升鋁合金的性能。同中間形變熱處理工藝技術(shù)不同的是，這類技術(shù)適用于T6、7451等系列的鋁合金處理。

通過使用中間形變熱處理工藝（ITMT）技術(shù)，能夠使得7075系列的鋁合金尺寸達(dá)到30μm、15μm，可以將厚度為25.4mm板材的延伸率提高52.3%.在國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的探討下，研發(fā)出塑性預(yù)處理技術(shù)，利用過時效方式，對固溶淬火后的材料實施預(yù)處理，在中溫環(huán)境下變形，最后進(jìn)行結(jié)晶處理。這類工藝技術(shù)將7075系列的鋁合金晶粒細(xì)化到了10μm之下，提升了該系列鋁合金的超塑性、延伸率。

2.2 最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)最大的特點(diǎn)是將形變和時效強(qiáng)化工藝相結(jié)合，目前使用最普遍的工藝流程有兩種；（1）淬火—自然時效—變形—再時效處理，如圖1（a）所示；（2）淬火—變形—時效，如圖1（b）所示。

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)在使用過程中，會出現(xiàn)大量的位錯現(xiàn)象，主要是因為鋁合金中的原子（溶質(zhì)）會產(chǎn)生一些低壓穩(wěn)定氣團(tuán)，氣團(tuán)出現(xiàn)釘扎作用時，會影響位錯的移動性，在此基礎(chǔ)上就能夠提升鋁合金的強(qiáng)度，變形產(chǎn)生的位錯缺陷，能夠加速時效的分析速度，促使析出的相分布均勻。

利用沉淀熱化反應(yīng)，首先需要加熱、快速冷卻，形成一種過飽和的固溶體，這類工藝為固溶熱處理工藝。采取這類工藝的目的是為了將合金的硬化元素融入固溶中，此工藝還包括將合金加熱到足夠溫度，確保溫度長時間保溫，接著在水中快速冷卻。簡單而言，提升鋁合金的強(qiáng)度、硬度熱處理工藝，主要包括：（1）在固溶熱處理工藝中，實現(xiàn)可溶相溶解；（2）淬火，在此工藝環(huán)節(jié)形成過飽和的固溶液；（3）在自然時效、人工時效（沉淀熱處理時效）中，確保溶質(zhì)原子沉淀析出。

3 鋁合金熱處理工藝問題的解決途徑

雖說熱處理工藝技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用且應(yīng)用效果也比較顯著，但不可否認(rèn)的是，相比西方發(fā)達(dá)國家，我國的熱處理工藝技術(shù)的理論還存在著較大的缺陷，在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中還需要理論支持、實驗驗證，因此，相關(guān)的科技人員必須要加強(qiáng)對熱處理工藝機(jī)理的研究力度。例如：國外學(xué)者就建立了熱處理工藝技術(shù)在不同系列鋁合金中的使用，將時效性、析出預(yù)設(shè)時間、應(yīng)變、再結(jié)晶抑制劑等融入在模型內(nèi)，最終模型預(yù)測的結(jié)晶尺寸、實驗結(jié)果誤差較小。國內(nèi)可以借鑒此方法，不斷地完善熱處理工藝技術(shù)，提升我國熱處理工藝技術(shù)水平。

與此同時，針對熱處理工藝技術(shù)在7000系列鋁合金中的使用，析出階段產(chǎn)生的相（S），可以在調(diào)整成分的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善。在7075系列的鋁合金中使用熱處理工藝技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大晶粒、小晶粒共存的現(xiàn)象，這類現(xiàn)象能夠改變鋁合金材料的塑性。

通過本文的分析能夠得知，熱處理工藝技術(shù)對鋁合金材料的力學(xué)、疲勞性、抗腐蝕性等方面影響均存在著較大的差異，為了減少這類差異，擴(kuò)展熱處理工藝的使用范圍，需要不斷地完善熱處理工藝的機(jī)理，探索出一套能夠適用于不同系列的鋁合金熱處理技術(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，鋁合金的熱處理工藝能夠在提升晶粒塑性的基礎(chǔ)上，改善鋁合金板材的延伸率，以提升鋁合金的韌性。同其他的鋁合金處理技術(shù)相比較，熱處理技術(shù)的工藝比較簡單，適用面較廣。但是熱處理工藝中的ITMT工藝加工周期較長，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)，雖說FTMT工藝技術(shù)的效果顯著，但是工藝難度較大。這就要求相關(guān)的學(xué)者、專家不斷地研究熱處理工藝，發(fā)揮鋁合金材料的優(yōu)勢，促進(jìn)鋁合金熱處理技術(shù)更好地應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 任建平，宋仁國，陳小明，等.7xxx系鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].熱加工工藝，2009，38（6）：119-124.

[2] 王蒙蒙，張德恩，盧錦德，等.Al-Cu-Mn系新型鋁合金熱處理工藝研究[J].熱加工工藝，2013，42（6）：159-160.

[3] 李春梅.Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝的研究[D].西南師范大學(xué)，2005.

[4] 侯小虎，張秀云，郭強(qiáng)，等.噴射成形7055鋁合金熱處理工藝與力學(xué)性能的研究[J].熱加工工藝，2008，37（12）：5-7.