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浅析铝合金热处理

浏览数量: 30     作者: 本站编辑     发布时间: 2023-05-03      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。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。根据产品和使用的工艺,炉温范围为120℃至540℃。

铝合金会发生加工硬化,当铝合金成形时会发生应变硬化。成形导致铝内的晶粒结构在边缘区域相互滑动。随着变形的继续,剩下的易变形的区域越来越少。当零件达到这种状态时,就被称为加工硬化。为了使材料继续变形,必须去除零件上硬化。

退火的目的是从根本上重置晶粒结构,增加零件易变形区域,使零件后续的加工更为方便。要对加工硬化的铝合金进行退火处理,必须加热到300℃至410℃之间并持续一定时间,范围从30分钟到三个小时不等。时间和温度取决于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,并解决由内部应变引起的问题。铝热处理

均质化能使整个铝合金零部件中的元素均匀分布。通常用于处理铸造铝合金零件时。当零件开始冷却时,与模具直接接触的表面将先冷却,这会产生一层铝颗粒或晶体。随着零件继续向内冷却,其表层附近和中心附近的一些区域会形成纯铝。其余合金元素将会和铝形成分层。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,可以减少合金元素与铝元素之间的分层,并使所得零件更易于成型。铝合金部件通过将温度升高到刚好低于其熔点(通常在480℃至540℃之间)来实现均质化。整个铝合金部件达到该均质化温度后,让其缓慢冷却,这样部件内各元素将均匀排布。

冷却速率是称为固溶热处理的一个影响因素。 在固溶热处理过程中会导致时效硬化(这使得金属零件随着时间的推移难以加工)。那些溶解的元素变成球体,结果是一个均匀的结构。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均匀,这样对于后续的加工更为方便。固溶热处理的温度取决于铝合金的合金成分,通常在440℃至530℃范围内的,温度必须控制在目标温度的±5℃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,产品强度会损失;如果温度太高,零件则可能会变色,关键元素可能会熔化,或者零件内部的应变可能会增加。一旦零件达到目标温度的临界点,就需要浸泡。浸泡时间根据零部件的厚薄,从10分钟到12小时不等。热处理有一个常用的经验法则:每英寸厚度的横截面需要一个小时。

淬火的目的是将各元素锁定在适当位置,或者足够快地冷却铝部件,以使合金元素在零件冷却时没有机会沉淀出来。水是最常用最有效的铝合金淬火剂,室温环境下的水通常用作铝合金的淬火剂,但对于不同尺寸、形状的部件,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和残余应力的产生,这使得热水淬火成为另一种常见选择。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。所以,需要将淬火槽尽可能安全地靠近热处理炉。

铝合金经过固溶热处理后,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,从而增加零件强度,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,又称为人工时效。在沉淀硬化中,铝被加热到115℃和240℃之间的合金特定温度,在目标温度的±3℃范围内。然后将其浸泡六到二十四小时,然后冷却至室温。这样零件强度显着增加,延展性将略微降低。

铝热处理的各工序都需要对温度进行极其精确的控制,才能达到预期的效果。因此想要做好铝合金热处理,不仅需要有丰富的知识储备和经验的操作人员,也需要能让温度均匀分布的高质量熔炉,以及高精度的控制仪器。热处理的过过程中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。

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