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铝合金热处理的类型

浏览数量: 25     作者: 本站编辑     发布时间: 2023-04-27      来源: 本站

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铝热处理是一种提高特定铝合金的强度和硬度的过程。对于在成型过程中发生硬化的零件,可能需要进行退火处理。典型的铝热处理有退火、均质化、固溶热处理、自然时效和人工时效。根据所使用的工艺,炉温范围为240至1000°F。铝合金会发生加工硬化,当铝合金通过塑性成形时会发生应变硬化。塑性变形导致铝内的晶粒结构沿着称为滑移面的区域相互滑动。随着越来越多的塑性变形发生,剩下的容易变形的滑移面越来越少。结果,需要更多的力来实现进一步的变形。当零件达到这种状态时,就被称为加工硬化。为了使材料继续塑性变形,必须从零件上去除应变硬化。

aluminum alloy heat treatment退火的目的是从根本上重置晶粒结构,恢复滑移面,并使得无需过大的力即可继续对零件进行成型。要对加工硬化的铝合金进行退火处理,必须将金属加热到570°F至770°F之间的某处并持续一定时间,范围从仅仅30分钟到整整三个小时不等。时间和温度取决于两件事:被退火零件的尺寸及其合金的成分。退火还可以消除零件在冷锻或铸造等工艺过程中可能产生的内部应力,稳定零件的尺寸,并解决由内部应变(例如翘曲)引起的问题。此外,可以对被认为是不可热处理合金的铝合金成功地进行退火。它通常用于锻造、挤压或铸造的铝制零件。

均质化用于在整个铝部件中更均匀地重新分布沉淀元素。这在处理铸造铝合金零件时通常是必需的。当零件开始冷却时,与模具直接接触的外边缘将首先冷却。 这会产生一层铝颗粒或晶体。随着零件继续向内冷却,结果是在表层附近和中心附近的一些区域形成相当纯的铝。 合金元素沉淀出来,导致铝晶粒被锁定到位。铸件最终部分区域变软,而另一些区域变硬。 通过均质化过程,可以减少区域之间的这种分离,并使所得零件更易于成型。

铝部件通过将其温度升高到刚好低于其熔点(通常在 900°F 至 1000°F 之间)来实现均质化。整个部件达到该均质化温度后,让其缓慢冷却。结果是铸件具有统一的内部结构。虽然冷却速率不是退火的一个因素,但它是另一种类似的铝热处理工艺(称为固溶热处理)的一个因素。 在固溶热处理过程中,导致时效硬化(这使得金属零件随着时间的推移难以加工)的元素被溶解。那些溶解的元素然后变成球体,结果是一个均匀的结构。然而,零件必须淬火或快速冷却,以保持合金中溶解元素的最终分布,这是热处理的结果。这样零件就更容易使用了。但是,随着时间的推移,那些被困住的元素会再次沉淀出来并导致时效硬化。固溶热处理的确切温度取决于铝的合金成分,但通常发生在825°F至 980°F范围内的某个位置——但使用的温度必须在目标温度的±10°F范围内。如果达不到这个温度,固溶热处理将不会成功。如果温度太低,强度会损失;如果温度太高,则零件最终可能会变色,关键元素可能会熔化,或者零件内部的应变可能会增加。aluminum heat treatment

一旦零件达到目标温度的狭窄窗口,就需要浸泡。浸泡时间从薄部件的 10 分钟到较大、较厚部件的 12 小时不等。然而,热处理专家确实有一个一般的经验法则:每英寸厚度的横截面需要一个小时。接下来是淬火步骤。此处淬火的目的是将捕获的元素“冻结”在适当位置,或者足够快地冷却铝部件,以使合金元素在部件冷却时没有机会沉淀出来。 水是最常用的淬火剂,通常也是最有效的铝合金淬火剂。任何需要对固溶热处理零件进行的成型都应在淬火完成后尽快完成。否则,自然老化将开始,零件将变得更难加工。 这与热处理钢的情况相反,热处理钢在淬火后非常脆和硬。铝经过固溶热处理后,溶解的元素会随着时间的推移开始沉淀出来。这会导致晶粒锁定到位,从而增加铝的自然强度,称为时效。

自然时效或时效硬化过程在室温下进行四到五天,其中 90% 的硬化发生在第一天。由于这种影响,铝制零件在经过固溶热处理工艺后通常需要相当快地成型。一些铝合金要达到最大硬度,就需要溶解的元素充分析出。并不是所有的铝合金在室温下自然时效时都能达到足够的硬度。有些只能硬化到一定程度,但这可以通过沉淀硬化来解决,这有时被称为人工时效。在沉淀硬化中,铝被加热到 240°F 460°F之间的合金特定温度,在目标温度的 ±5°F范围内。然后将其浸泡六到二十四小时,然后冷却至室温。结果包括铝的屈服强度显着增加,抗拉强度增加略微减少,延展性降低。

如前所述,淬火的目的是将溶解的元素保留在实际加热过程结束时达到的形式。如果需要将淬火作为铝热处理的一部分,那么零件从热处理炉中出来后立即进行淬火至关重要。 超过 15 秒的延迟可能非常有害。将淬火槽尽可能安全地靠近热处理炉是明智的。环境温度下的水通常用作铝合金的淬火剂,但对于具有不同横截面的更复杂的形状,可以考虑使用其他淬火剂或方法。快速淬火的缺点之一是零件变形(例如翘曲或扭曲)和残余应力的产生,这使得热水淬火成为另一种常见选择。

上述几乎所有的铝热处理都需要对温度进行极其精确的控制,才能达到预期的效果。这涉及到使用可以实现均匀温度分布的高质量熔炉和烘箱、极其精确的控制仪器以及知道如何正确使用设备的熟练技术人员。不仅必须达到正确的温度,而且热处理过程的温度-时间循环必须具有均匀性和连续性。 此外,炉子的设计必须使被处理的零件始终达到均匀的温度。在制造用于航空航天和汽车应用的铝部件时,Nadcap在航空和汽车制造和生产中使用的热处理设备的认证和审核中使用。它包括用于确定炉温、校准和测试系统精度的热电偶的放置和类型等因素。


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