铝合金热处理资料

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1、铝合金的主要热处理 一、纯铝纯铝的特点是密度小，为 2.72g/cm3,导电、导热性能好,化学性质很活泼,在空气和水中 有较好的耐蚀性，但不能耐酸、碱、盐的wiki腐蚀/wiki。铝具有面心立方晶格，塑性好，强度不高。纯铝主要用来制作电线、电缆、散热器及 要求不锈耐蚀而强度要求不高的日用品或配制合金。工业纯铝或多或少存在有杂质(如 Fe、Si 等)。铝中所含杂质数量愈多，其导电性、导 热性、 抗大气腐蚀性以及塑性就愈低。我国工业纯铝的牌号是以杂质的限量来编制的，如 L1、L2、L3。L 是“铝”字汉语 拼音字首，其后所附顺序号愈大，其纯度愈低。二、铝合金纯铝加入合金元素，如 Si、Cu、Mg、

2、Mn 等，制成铝合金。铝合金强度较高，密度小， 有很高的比强度( 即强度极限与密度的比值)，好的导热性及耐蚀性等。1、铝合金的分类根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两类。形 变铝合金中固溶体的成分不随温度的变化而变化,不能进行热处理强化的称为热处理不能强 化的铝合金；固溶体成分随温度的变化而改变，可用热处理来强化的称为热处理能强化的 铝合金。铸造铝合金可按照其中主要合金元素的不同分为： AlSi、AlCu、AlMg、AlZn 等。 一、纯铝纯铝的特点是密度小，为 2.72g/cm3,导电、导热性能好,化学性质很活泼,在空气和水中 有较好的耐蚀性，但不能耐酸、碱

3、、盐的腐蚀。铝具有面心立方晶格，塑性好，强度不高。纯铝主要用来制作电线、电缆、散热器及 要求不锈耐蚀而强度要求不高的日用品或配制合金。工业纯铝或多或少存在有杂质(如 Fe、Si 等)。铝中所含杂质数量愈多，其导电性、导 热性、 抗大气腐蚀性以及塑性就愈低。我国工业纯铝的牌号是以杂质的限量来编制的，如 L1、L2、L3。L 是“铝”字汉语 拼音字首，其后所附顺序号愈大，其纯度愈低。二、铝合金纯铝加入合金元素，如 Si、Cu、Mg、Mn 等，制成铝合金。铝合金强度较高，密度小， 有很高的比强度( 即强度极限与密度的比值)，好的导热性及耐蚀性等。1、铝合金的分类 根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将

4、铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两类。形变 铝合金中固溶体的成分不随温度的变化而变化,不能进行热处理强化的称为热处理不能强化 的铝合金；固溶体成分随温度的变化而改变，可用热处理来强化的称为热处理能强化的铝 合金。铸造铝合金可按照其中主要合金元素的不同分为： AlSi、AlCu、AlMg、AlZn 等。 、铝合金的热处理特点铝合金的主要热处理是“时效硬化”。对于热处理不能强化的铝合金只可以通过冷变形 加工硬化方法提高其强度铝合金加热到 相区，保温、水冷淬火，可在室温得到过饱和的 固溶体，其强度和硬 度并不能立即升高，而塑性却显著改善，这种过程称为淬火或固溶处理。固溶处理后的合 金随时间延续而发生

5、进一步强化的现象称为“时效强化”或“时效硬化”。在室温下所进行的 时效称为自然时效，在加热的条件下所进行的时效称为人工时效。3、形变铝合金形变铝合金加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于压力加工。形变铝合金还 可按照其主要性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝及锻铝等。(1).防锈铝合金这类合金主要合金元素是 Mn 和 Mg。锻造退火后是单相固溶体，抗腐蚀性能好，塑性 好，但不能通过热处理来强化，主要用于载荷不大的压延、焊接，或耐蚀结构件，如油箱、 导管、线材、轻载荷骨架以及各种生活器具等。防锈铝牌号用“铝防”汉语拼音字首“LF”加 顺序号表示。(2)硬铝合金硬铝基本上是 Al-Cu-Mg 合金

6、，还含有少量的 Mn，硬铝比强度高，且可以进行时效强 化，但抗蚀性差。硬铝牌号用“铝硬”汉语拼音字首“LY ”加顺序号，如 LY1(铆钉硬铝)、LY11(标准硬铝) 及 LY12(高强度硬铝)等。(3)超硬铝合金是 Al-Cu-Mg-Zn 合金。 这类合金是目前强度最高的铝合金，比强度更高，故称超硬铝。 缺点是抗蚀性很差，可提高人工时效温度或包铝。超硬铝合金的牌号用“铝超”汉语拼音字首“LC”加顺序号表示。 (4)锻铝合金是 Al-Cu-Mg-Si 系合金，合金元素的种类多，每种元素的含量较少，具有良好的热塑性 及耐蚀性。淬火时效后均可提高强度。锻铝合金的牌号用“铝锻”汉语拼音字首“LD”加顺

7、序号表示。 4、铸造铝合金铸造铝合金具有低熔点共晶组织，流动性好，适于铸造，但不适于压力加工。铸造铝合金种类很多，其中铝硅合金具有良好的铸造性能，足够的强度，而且密度小， 用得最广，约占铸造铝合金总产量的 50%以上，含 Si（1013）%的 Al-Si 合金是最典型 的铝硅合金，属于共晶成分，通常称为“硅铝明”。铸造铝合金的牌号由“铸”字的汉语拼音字首“Z”Al其它主要元素符号及百分含量来 表示，如 ZAlSi12 表示含 12%Si 的铸造 Al-Si 合金。而合金的代号用“铸铝”的汉语拼音字 首“ZL ”加三位数字表示。第一位数字表示合金类别，第二、 三位则表示合金的顺序号。 例 ZL1

8、02 表示 2 号 Al-Si 系铸造铝合金。铸造铝合金一般用于制作质轻、耐蚀、形状复杂及有一定wiki机械/wiki性能的零件。 铝合金的分类示意图铝合金热处理工艺 吕枫 发表 发表时间: 2006-6-28 17:58:00 3.1 铝合金热处理原理 铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一 定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强 耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1 铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对 铝合金并不然，铝合金刚淬火后

9、，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反 而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如 46 昼夜后） ，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称 为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如 100200）内发生，称人工时效。 3.1.2 铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决 于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时 效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，

10、在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出， 便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过 饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散 速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬 化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越 多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加， 大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度温度

11、关系， 可用铝铜系的 Al4Cu 合金说明合金时效的组成和结构的变化。图 31 铝铜系富铝部分 的二元相图，在 548进行共晶转变 L（Al2Cu） 。铜在 相中的极限溶解度 5.65（548） ，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为 0.05。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程：3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区G（）区在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期， 即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称 G（）区。G（）区与基体 保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合

12、金的强度、硬度升高。3.1.2.2 G区有序化形成 G（）区随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成 GP（）区。 它与基体 仍保持共格关系，但尺寸较 GP（）区大。它可视为中间过渡相，常用 ”表 示。它比 GP（）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作 用更大，”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3 形成过渡相 随着时效过程的进一步发展，铜原子在 GP（）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为 1：2 时，形成过渡相 。由于 的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关 系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此 相周围基体的共

13、格畸变减弱，对位错运 动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造 成合金时效强化的重要因素。 破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长， 相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。 相聚 集长大而变得粗大。 铝铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。但合金的种类不同， 形成的 GP 区、过渡相以及最后析出的稳定性各不相同，时效强化效果也不一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表 31。从表中可以看到，不同合金系时效 过程亦不完全都经历了上述四个阶段，有的合金不经

14、过 GP（）区，直接形成过渡相。 就是同一合金因时效的温度和时间不同，亦不完全依次经历时效全过程，例如有的合金在 自然时效时只进行到 GP（）区至 GP（）区即告终了。在人工时效，若时效温度过 高，则可以不经过 GP 区，而直接从过饱和固溶体中析出过渡相，合计时效进行的程度， 直接关系到时效后合金的结构和性能。 表 31 几种铝合金系的时效过程及其析出稳定的强化相 3.1.3 影响时效的因素 3.1.3.1 从淬火到人工时效之间停留时间的影响 研究发现，某些铝合金如 AlMgSi 系合金在室温停留后再进行人工时效，合金的强度 指标达不到最大值，而塑性有所上升。如 ZL101 铸造铝合金，淬火后

15、在室温下停留一天后 再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低 1020Mpa，但塑性要比立刻进行时 效的铝合金有所提高。 3.1.3.2 合金化学成分的影响 一种合金能否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随 温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而镁、锌虽然在 铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效 果甚微。因此，二元铝硅、铝锰、铝镁、铝锌通常都不采用时效强化处理。而有 些二元合金，如铝铜合金，及三元合金或多元合金，如铝镁硅、铝铜镁硅合 金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处

16、理进行强化。 3.1.3.3 合金的固溶处理工艺影响 为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度高 些，保温时间长些，有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。另外在淬火冷却过程不析出 第二相，否则在随后时效处理时，已析出相将起晶核作用，造成局部不均匀析出而降低时 效强化效果。铝制品的阳极氧化处理的应用 铝（纯铝）及铝合金（硅铝、镁铝）其表面形成的硬化膜-阳极氧化膜，具有高硬度，其 显微硬度为 HV=350500KG/平方毫米（比基体硬度提高 400 倍） ，厚度为 3555m 左右。 由于氧化膜具有防腐、防护、装饰及具有耐磨性、绝缘性（当膜厚度为 35m 时，其击穿 电压为 450V，如采用酚醛树脂封孔，其击穿电压可提高 12 倍，绝缘电阻值为 5001000K） 。因而广泛应用于工业（如汽缸筒、活塞）和wiki电子/wik