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1、铝合金生产应用多篇资料合金热处理工艺 铝合金热处理原理 铝合金铸件的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并以一定得速度冷却，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。 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，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
2、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。 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，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
3、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
4、织有以下几个变化过程： 形成溶质原子偏聚区GP（）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GP（）区。GP（）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，故使合金的强度、硬度升高。 GP区有序化形成GP（）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
5、阶段为合金达到最大强化的阶段。 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。 形成稳定的相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为相此时相与基体的共格关系完全破坏，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
6、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
7、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 影响时效的因素 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。 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
8、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，则可通过热处理进行强化。 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。 时效温度的影响 在不同温度时效时，析出相的临界晶核大小
9、、数量、成分以及聚集长大的速度不同，若温度过低，由于扩散困难，GP区不易形成，时效后强度、硬度低，当时效温度过高时，扩散易进行，过饱和固溶体中析出相的临界晶核尺寸大，时效后强度、硬度偏低，即产生过时效。因此，各种合金都有最适宜的时效温度。 铝合金的回归现象 经淬火自然时效后的铝合金（如铝铜）重新加热到200250，然后快冷到室温，则合金强度下降，重新变软，性能恢复到刚淬火状态；如在室温下放置，则与新淬火合金一样，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为回归现象。关于回归现象的解释是合金在室温自然时效时，形成GP区尺寸较小，加热到较高温度时，这些小的GP区不再稳定而重新溶入固溶体中，此时将合金快冷到
10、室温，则合金又恢复到新淬火状态，仍可重新自然时效。在理论上回归处理不受处理次数的限制，但实际上，回归处理时很难使析出相完全重溶，造成以后时效过程呈局部析出，使时效强化效果逐次减弱。同时在反复加热过程中，固溶体晶粒有越来越大的趋势，这对性能不利。因此回归处理仅用于修理飞机用的铆钉合金，即可利用这一现象，随时进行铆接，而对其他铝合金则没有使用价值。 固溶处理与淬冷 为了利用沉淀硬化反应，首先通过加热及快速冷却，形成一种过饱和的固溶体。形成固溶体的工艺过程称固溶热处理。其目的是把合金最大量实际可溶解的硬化元素溶于固溶体中。这一工艺过程包括把合金加热到足够高温度下保温足够长时间然后水中快冷。 概括的说
11、，提高铝合金强度、硬度的热处理，包括三个步骤的工艺过程：（1）固溶热处理可溶相的溶解。（2）淬火过饱和固溶体的形成。（3）时效在室温下（自然时效）或高温下（人工时效或沉淀热处理）溶质原子的沉淀析出。国产60吨铝熔炼炉感应式电磁搅拌器的应用-国产60吨铝熔炼炉感应式电磁搅拌器的应用摘要：介绍了60t炉底感应式电磁搅拌器的应用、工作原理、设备组成和安装形式，阐述了电磁搅拌器对熔融金属化学成分均匀性、温度均匀性以及金相组织的影响，分析了电磁搅拌搅拌的整体运行效果，并总结了电磁搅拌的应用特点。介绍铝合金熔体在线除气装置的组成，工作原理，工艺流程和主要特性，以及在装置上采取的一些改进措施。关键词：铝合金
12、熔体；在线除气装置；PLC控制 铝合金熔体的炉内精炼处理其净化效果是有限的，而且熔体在流送过程中易产生二次污染，因此难以控制熔体中的杂质(氢、碱性金属、非金属夹杂)，尤其是每年6月9月高温多雨季节，铸锭中气孔、夹杂等严重影响其内部质量，导致铝材成品率降低。因此，在线除气装置一自是我公司熔铸分厂重点研究和改进的对象，近几年先后对几条铸造线进行了技术改造，加装了三种不同的在线除气装置：(1)在一号铸造线和25 t生产线采用Aplur旋转喷嘴除气装置，此后在引进装备的基础上，根据生产实际具体情况，与供货厂家共同设计了经济实用且方便的除气装置。(2)在5#铸造线上我们加装了自己研发的简单实用的除气装置
13、，它是在流槽上用多个小转子进行精炼，转子间用隔板分隔，使铸次间无金属存留，无需加热保温，运行费用大幅降低，除气效果非常好；这种除气装置避免了一般除气装置金属容积大，铸次间放干料多或需加热保温，运行费用高等问题。(3)制造出紧凑型除气装置。其宽度和高度与流槽接近，在侧面下部安装固定嘴供气。该装置占地极小，放干料少，操作简单，除气效率高，在采用氩气情况下除气率达到36以上，造价仅仅为传统除气装置的1413，运行费用降低30以上。今后我们将大量采用这种除气装置。这几套装置经过在生产中运行证明不仅净化效果好，而且不污染环境。下面仅对Aplur旋转喷嘴除气装置进行详细介绍，其他除气装置的原理、流程等与其
14、相似。 1 除气工艺流程和原理 精炼气体流程：惰性气体储气罐在线除气装置气体控制柜石墨转子喷头处理的铝合金熔体进行净化除气处理。 工作原理：在保温炉和铸造机之间放置除气装置，在除气处理池中通过旋转的石墨转子将吹入铝合金熔体的氮气切碎，形成大量的弥散气泡，使铝合金液与氮气在处理池中充分接触，根据气压差和表面吸附原理，气泡在熔体中吸收熔体中的氢，以及吸附氧化夹渣(大的以碰撞的方式，小的以径向拦截方式)之后上升到熔体的表面形成浮渣。而铝合金熔体从除气装置的出口（设在浮渣下部）流向铸造机，铝合金液连续进入除气装置，氮气连续吹入，随着净化处理的行，达到净化铝合金液的目的。 2 除气装置主要组成部分 2.
15、l 处理箱 处理箱包括净化室与加热保温室两个内腔，中间用SiC材质的隔板隔开，两室的底部连通，铝合金液在净化室进行除气除渣后，从隔板下方流入保温室静置保温，保温室采用U形硅碳捧外套碳化硅保护管浸入铝合金液对其加热箱体外壳由10 mm钢板制成，内衬采用耐火材料整体浇注而成，在侧壁上部设有观察查、扒渣口，底部设有清渣口。处理箱前后连体为独立的一个内腔便于加热器直接传导，对处理后的铝合金液进行潜流输送。在我公司建议下，在箱体两侧壁的下部设有清渣门，不用启动箱盖即可完成腔内清渣，延长了箱体内腔的使用寿命，其保温性能也有所提高，热损失减小、经加热器的热补偿，完全可以满足生产工艺对温度的要求；箱体封闭性好，可以避免空气进入箱内，避免铝合金液受二次污染。配有液压倾翻装置，铸造工作完成后或合金更换时可以彻底放流，箱内完全可做到彻底清空。加热器不必长时间通电保温，可以相对降低电耗。2.2 升降系统 为保证其精确定位采用两个液压缸作为升降装置，分别用于控制石墨转子与U形硅碳棒加热器加热系统的
