鋁材料淬火時效后強(qiáng)度和硬度大幅度提高
發(fā)布時間：2020/5/17 11:24:04 來源:hasfarm-fleurametz.cn 瀏覽次數(shù)：
上一篇我們就鋁合金固溶爐廠家對不銹鋼材料固溶處理做了詳細(xì)介紹和說明。 本篇文章我們簡單的對鋁材料淬火時效后強(qiáng)度和硬度大幅度提高進(jìn)行描述，作為專業(yè)的生產(chǎn)制造廠家江蘇九鼎工業(yè)爐科技有限公司，將盡心整理發(fā)布各種相關(guān)知識，竭誠為您服務(wù)。
鋁材料淬火以后的變形鋁合金不能立即強(qiáng)化，它得到的是一種過飽和固溶體組織。這種過飽和固溶體不穩(wěn)定，它有自發(fā)分解的趨勢。在一定的溫度下，保持一定的時間，過飽和固溶體發(fā)生分解(稱為脫溶)，引起鋁合金強(qiáng)度和硬度大幅度提高，這種熱處理過程稱之為時效。
全自動鋁合金淬火爐
在室溫下自然停放一定的時間，鋁合金強(qiáng)度及硬度提高的方法稱為自然時效。入為的將鋁合金制品在高于室溫下的某一溫度，保溫一定的時間，以提高鋁合金強(qiáng)度及硬度的方法稱入工時效。
對于Al-Mg-Si系的6063合金而言，自然時效進(jìn)行得非常緩慢，在室溫下停留半個月，甚至更長的時間，也達(dá)不到較好的強(qiáng)化效果，比入工時效的強(qiáng)化效果要差30%～50%，所以一般都采用入工時效。含有主要強(qiáng)化相Mg2Si、MgZn和Al2Mg3Zn3的合金、都只有進(jìn)行入工時效才能獲得較高的強(qiáng)度。
含有主要強(qiáng)化相CuAl2和S(A12CuMg)等相的合金，采用自然時效和入工時效兩種方法都可以。如2A11和2A12合金采用自然時效和入工時效都可以獲得較好強(qiáng)化效果。究竟采用哪種時效方法，這需要根據(jù)合金的本性和用途來決定。一般在高溫下工作的變形鋁合金多采用入工時效，而在室溫下工作的變形鋁合金宜采用自然時效。
時效強(qiáng)化機(jī)理
鋁合金的時效強(qiáng)化理論，有很多種說法。如彌散硬化理論、滑移干擾理論、溶質(zhì)原子富集成強(qiáng)化或硬化區(qū)理論等。目前普遍認(rèn)為時效強(qiáng)化或硬化是原子富集形成強(qiáng)化區(qū)的結(jié)果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，用X射線方法對鋁合金過飽和固溶體分解動力學(xué)研究和通過電子顯微鏡對薄膜透射觀察，看到中間過渡析出階段(硬化區(qū))的數(shù)量、大小、形狀和分布特點(diǎn)，描繪了硬化區(qū)的形象，揭示了鋁合金時效硬化現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)。但時效硬化是一個非常復(fù)雜的問題，與合金的成分、時效工藝、生產(chǎn)過程中的加工狀態(tài)都有關(guān)系，目前對時效的認(rèn)識還不十分徹底。下面僅介紹硬化區(qū)理論。
鋁合金在淬火加熱、快速冷卻時，形成過飽和固液體。過飽和固溶體有從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢。而在過飽和固溶體快速冷卻過程中，合金中的大量空位也被“固定”在晶體中，這些空位的存在加速了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，促使溶質(zhì)原子的富集。這些溶質(zhì)原子富集區(qū)，開始形成時是無序的，這種無序的富集區(qū)稱GPⅠ分區(qū)。隨著溫度的升高和時間的延長，這些富集起來的溶質(zhì)原子，逐漸有次序的排列起來，這種有序的富集區(qū)稱之GPⅡ區(qū)。
GP區(qū)的大小、數(shù)量決定于淬火溫度和冷卻速度。淬火加熱溫度越高，空位濃度越大，GP區(qū)的數(shù)量增加，GP區(qū)的尺寸減小。冷卻速度越大，固溶體內(nèi)的固定的空位越多，有利于增加GP區(qū)的數(shù)量，減小GP區(qū)的尺寸。當(dāng)時效溫度繼續(xù)升高，或時間延長時，那些大于臨界尺寸的GPⅡ區(qū)發(fā)生長大，形成過渡相θ′(或β′)，θ′相的化學(xué)成分與穩(wěn)定相θ(CuAl2)相同，與母體保持有共格關(guān)系，有效阻礙了金屬晶體的變形，因而大大提高了金屬的強(qiáng)度。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高或時間進(jìn)一步延長時，過渡相θ′(或β′)變成了θ(CuAl2)相，這時的θ相完全脫離了母相，并有自己獨(dú)立的晶格。這時合金的強(qiáng)度已超過較大值，開始下降，稱為過時效�？傊辖鸬臅r效過程是過飽和固溶體的分解脫溶過程，具有一定的順序：先形成GPⅠ區(qū)，GP區(qū)的有序化形成GPⅡ區(qū)，形成過渡相θ′(或β′)，從而形成平衡相。
脫溶時為什么不直接形成平衡相？這是由于平衡相一般與基體形成新的非共格界面，界面能大，而亞穩(wěn)定的脫溶產(chǎn)物θ′相與基體完全或部分共格，界面能小。相變初期新相的比表面大，因而界面能起決定作用。界面能小的相，形功小，容易形成。所以首先形成形核功較小的過渡相，再演變成平衡穩(wěn)定相。
不同合金系脫溶序列不一定相同。如Al—Cu系合金可能出現(xiàn)兩種過渡相礦θ″及θ′而大部分合金只存在一種過渡亞穩(wěn)定相。
脫溶序列及平衡脫溶相
A1—Cu：GP區(qū)(盤狀) →θ″ →θ′ →θ(CuAl2)
A1—Ag：GP區(qū)(球狀) →g′→g (AlAg2)
A1—Zn—Mg：GP區(qū)(球狀) →h′ →h (MgZn2)，↘ T′→T(A12Mg3Zn3)
Al一MG—Si：GP區(qū)(桿狀) →b′→b (MG2Si)
A1—Cu—Mg：GP區(qū)(桿或球狀) →S′ →S(Al2CuMg)
Al—Cu合金在130℃時效硬度和結(jié)構(gòu)的變化情況。時效各階段順序并不是截然分開的，而是在前一階段尚未結(jié)束時，后一階段則已經(jīng)開始。同時也可以看出時效硬化的主要結(jié)構(gòu)是GPⅠ區(qū)和GPⅡ區(qū)，時效硬度的高峰在GPⅡ區(qū)末期和過濾相θ′的初期。當(dāng)大量出現(xiàn)平衡相θ時，軟化明顯，說明過時效發(fā)生。
6063鋁材料的入工時效工藝
6063合金的時效工藝比較成熟，一般選擇加熱保溫溫度為170～220℃，保溫l～8h。時效溫度低則保溫時間長，選擇較高的時效溫度，則保溫時間相應(yīng)縮短。對于不同企業(yè)來說，時效爐的加熱方式、爐子的形狀、大小、溫差各不相同。因此選擇較好的時效工藝，建議通過實(shí)驗(yàn)來確定。例如切取一批6063合金擠壓制品的時效試樣，按溫度不同分成若干組，在每一個溫度下，又分為不同的保溫時間，進(jìn)行時效試驗(yàn)。然后將試樣分別測定抗拉強(qiáng)度，不同溫度、不同保溫時間測得的抗拉強(qiáng)度值列于表3—5—6中。然后將表中數(shù)據(jù)繪成時效硬化曲線。
時效溫度為l80℃時，達(dá)到6063合金國家標(biāo)準(zhǔn)的抗拉強(qiáng)度的保溫時間要4小時以上；時效溫度為l90℃時，則需要2.5小時以上；時效溫度為200℃時，則只需要l小時就可以了。目前各個企業(yè)多數(shù)采用下面三個不同的時效工藝：
1)時效溫度180±5℃，保溫4～8 h；
2)時效溫度l90±5℃，保溫3～6 h；
3)時效溫度200±5℃，保溫l.5～3 h。
保溫時間的選擇應(yīng)根據(jù)鋁型材的壁厚和裝料的緊密程度來決定。一般壁厚l.2 mm以下時取下限保溫時間，壁厚在5.0 mm以上取上限保溫時間。在其中間的壁厚選擇上、下限保溫時間的適當(dāng)時間。如裝爐量少，裝料稀疏可以選偏下限的保溫時間；裝爐量多，且擺放致密應(yīng)選偏上限的保溫時間。
時效溫度相差10℃，同一保溫時間下制品的強(qiáng)度相差較大，說明鋁合金的時效效果對溫度十分敏感，為保證制品性能的均勻性和穩(wěn)定性，對時效爐的溫差要求較嚴(yán)。一般應(yīng)在±5℃的范圍內(nèi)，建議能控制在±3℃。
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