鋁合金熱處理及“淬火”工藝
一：鋁及鋁合金熱處理的基本知識(shí)
1.鋁及鋁合金熱處理的作用
將鋁及鋁合金材料加熱到一定的溫度并保溫一定時(shí)間以獲得預(yù)期的產(chǎn)品組織和性能。
2.鋁及鋁合金熱處理的主要方法及其基本作用原理
（1）鋁及鋁合金熱處理的分類(lèi)（如下圖）
（2）鋁及鋁合金熱處理基本作用原理
(1) 退火：產(chǎn)品加熱到一定溫度并保溫到一定時(shí)間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過(guò)原子擴(kuò)散、遷移，使之組織更加均勻、穩(wěn)定、，內(nèi)應(yīng)力消除，可大大提高材料的塑性，但強(qiáng)度會(huì)降低。
①鑄錠均勻化退火：在高溫下長(zhǎng)期保溫，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷卻，使鑄錠化學(xué)成分、組織與性能均勻化，可提高材料塑性20%左右，降低擠壓力20%左右，提高擠壓速度15%左右，同時(shí)使材料表面處理質(zhì)量提高。
②中間退火：又稱(chēng)局部退火或工序間退火，是為了提高材料的塑性，消除材料內(nèi)部加工應(yīng)力，在較低的溫度下保溫較短的時(shí)間，以利于續(xù)繼加工或獲得某種性能的組合。
③完全退火：又稱(chēng)成品退火，是在較高溫度下，保溫一定時(shí)間，以獲得完全再結(jié)晶狀態(tài)下的軟化組織，具有最好的塑性和較低的強(qiáng)度。
(2)固溶淬火處理：將可熱處理強(qiáng)化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時(shí)間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過(guò)飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過(guò)飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質(zhì)原子隨時(shí)有析出的可能。但此時(shí)材料塑性較高，可進(jìn)行冷加工或矯直工序。
①在線淬火：對(duì)于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用擠壓時(shí)高溫進(jìn)行固溶，然后用空冷（T5）或用水霧冷卻（T6）進(jìn)行淬火以獲得一定的組織和性能。
②離線淬火：對(duì)于一些淬火敏感性高的合金材料必須在專(zhuān)門(mén)的熱處理爐中重新加熱到較高的溫度并保溫一定時(shí)間，然后以不大于15秒的轉(zhuǎn)移時(shí)間淬入水中或油中，以獲得一定的組織和性能，根據(jù)設(shè)備不同可分為鹽浴淬火、空氣淬火、立式淬火、臥式淬火。
(3)時(shí)效：經(jīng)固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時(shí)間，不穩(wěn)定的過(guò)飽和固溶體會(huì)進(jìn)行分解，第二相粒子會(huì)從過(guò)飽和固溶體中析出（或沉淀），分布在α（AL）鋁晶粒周邊，從而產(chǎn)生強(qiáng)化作用稱(chēng)之為析出（沉淀）強(qiáng)化。
自然時(shí)效：有的合金（如2024等）可在室溫下產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用，叫做自然時(shí)效。
人工時(shí)效：有些合金（如7075等）在室溫下析出了強(qiáng)化不明顯，而在較高溫度下的析出強(qiáng)化效果明顯，稱(chēng)為人工時(shí)效。
人工時(shí)效可分為欠時(shí)效和過(guò)時(shí)效。
①欠時(shí)效：為了獲得某種性能，控制較低的時(shí)效溫度和保持較短的時(shí)效時(shí)間。
②過(guò)時(shí)效：為了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長(zhǎng)的時(shí)間狀態(tài)下進(jìn)行的時(shí)效。
③多級(jí)時(shí)效：為了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，將時(shí)效過(guò)程分為幾個(gè)階段進(jìn)行。可分為二階段、三階段時(shí)效
(4) 回歸處理：為了提高塑性，便于冷彎成形或矯正形位公差，將已淬火時(shí)效的產(chǎn)品，在高溫下加溫較短的時(shí)間即可恢復(fù)到新淬火狀態(tài)叫回歸處理。
二：鋁合金淬火冷卻速度
鋁合金淬火爐之淬火時(shí)的冷卻速度必須確保過(guò)飽和固溶體被固定下來(lái)不分解。防止強(qiáng)化相析出，降低淬火時(shí)效后的力學(xué)性能。
因此淬火時(shí)的冷卻速度越快越好。但是 冷卻速度越大，淬火制品的殘余應(yīng)力和殘余變形也越大，因此冷卻速度要根據(jù)不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來(lái)確定。
一般合金的淬火對(duì)冷卻速度敏感性強(qiáng)的，選擇的冷卻速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷卻速度應(yīng)在50℃/S以上，而7A04合金對(duì)冷卻速度非常敏感，其淬火冷卻速度要求在170℃/S以上。
對(duì)于形狀、尺寸大小不同的制品應(yīng)采用不同的冷卻速度，通常主要靠調(diào)整淬火介質(zhì)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、中小型、棒材可用室溫水淬火(水溫一般 L0～35℃)，對(duì)于形復(fù)雜、壁厚差別較大的型材，可用40～50℃的水淬火。
而對(duì)于特別易產(chǎn)生變形的制品，甚至可以將水溫升至75～85℃進(jìn)行淬火。試 驗(yàn)證明隨著水溫升高使其淬火制品的力學(xué)性能和抗蝕性能有所降低。
鋁合金淬火爐之鋁合金最常用的淬火介質(zhì)是水。因?yàn)樗恼扯刃 崛萘看螅舭l(fā)熱快，冷卻能力強(qiáng)，而且使用非常方便、經(jīng)濟(jì)。
但是它的缺點(diǎn)是在加熱后冷卻能力降低。淬火加熱的制品在水中冷卻可以分為三個(gè)階段：第一階段為膜狀沸騰階段。當(dāng)熾熱制品與冷水剛接觸時(shí)，在其表面立即形成一層不均勻的過(guò)熱蒸汽薄膜，它很 牢固，導(dǎo)熱性不好，使制品的冷卻速度降低。
第二階段為氣泡沸騰階段。當(dāng)蒸汽薄膜破壞時(shí)，靠近金屬表面的液體產(chǎn)生劇烈的沸騰，發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換。第三階段為 熱量對(duì)流階段，冷卻水的循環(huán)，或制品左右擺動(dòng)、或上下移動(dòng)，增加制品表面與水產(chǎn)生對(duì)流的熱交換，以提高冷卻速度。
根據(jù)上面分析，為了很快突破第一階段，迸一步冷卻，保證淬火制品冷卻均勻，需要在淬火水槽中裝有壓縮空氣管，以便攪拌，同時(shí)制品入水槽后要作適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)。
另外為保證水溫不會(huì)升高太多，淬火槽應(yīng)有足夠的容量(一般應(yīng)為淬火制品總體積的20倍以上)。而且冷卻水應(yīng)有循環(huán)裝置。
除了調(diào)節(jié)水溫來(lái)控制鋁合金淬火爐的淬火冷卻速度外，還可以在冷卻水中加入不同的溶劑來(lái)調(diào)節(jié)水的冷卻能力。
通常采用聚乙醇水溶液作為冷卻介質(zhì)，同時(shí)還可以調(diào)節(jié)聚乙醇水溶液濃度來(lái)控制制品淬火的冷卻速度。一般易變形的制品，經(jīng)常用這種聚乙醇水溶液來(lái)淬火。
三：鋁合金型材的風(fēng)冷和水冷淬火有什么不同
鋁合金的淬火為高溫突然降到低溫為淬火， 例如鋼刀刀刃要在水中淬火，才硬和鋒利， 而鋁材的淬火也有水冷淬火，也有風(fēng)冷淬火。
建筑用6063鋁型材即用風(fēng)冷淬火，把淬火后的鋁型材放在時(shí)效爐內(nèi)時(shí)效一定時(shí)間，鋁型材內(nèi)部結(jié)晶重新排列，機(jī)械強(qiáng)度明顯提高。在金屬所有合金中，唯獨(dú)只有鋁合金有時(shí)效狀態(tài)。
鋁合金擠壓型材成形溫度為460~500度，一般要求淬火后的溫度為200。通過(guò)高溫?cái)D壓成型，固溶熱處理后（淬火）進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)為風(fēng)冷（T5）；通過(guò)高溫?cái)D壓成型過(guò)程冷卻，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)為水冷（T6）。
俗話說(shuō)的：T5是擠出后風(fēng)冷的。T6是擠出后水冷的，經(jīng)水淬火后硬度就提高了。就這么簡(jiǎn)單。但是鋁材需要拉彎的話，盡量不要T6的狀態(tài)。
有的人認(rèn)為T(mén)5與T6的區(qū)別僅是冷卻速度的區(qū)別,不是風(fēng)冷水冷的區(qū)別。風(fēng)冷的冷卻速度夠大,也能達(dá)到T6效果,反之,水冷但冷卻速度不夠大也只能是T5的效果!
其實(shí)T6狀態(tài)既可以進(jìn)行在線淬火（水冷或強(qiáng)風(fēng)冷），也可以進(jìn)行離線淬火（用淬火爐淬火），但要根據(jù)客戶(hù)的要求和產(chǎn)品品種規(guī)格來(lái)定。
在實(shí)際生產(chǎn)中，不管采用哪種生產(chǎn)工藝關(guān)鍵是要達(dá)到該鋁型材產(chǎn)品的力學(xué)性強(qiáng)度要求。
硬度跟風(fēng)冷速度和水冷速度沒(méi)有多大關(guān)系的。
冷卻效果越好時(shí)效后硬度就會(huì)越好，為什么會(huì)有T5與T6之分，因?yàn)門(mén)5風(fēng)冷產(chǎn)品尺寸不會(huì)變形，幾乎所有門(mén)窗之類(lèi)的型材都會(huì)選擇T5，而T6材是水冷厚度比較薄的型材遇水就會(huì)變形，特別是有開(kāi)口的東西很容易遇水就變形。
當(dāng)然還可以用飄水的形式來(lái)過(guò)水，就是那種噴霧式的過(guò)水方式。產(chǎn)品過(guò)水后的效果當(dāng)然會(huì)比風(fēng)冷效果要好的多。6063-T5在10-13之間6063-T6可達(dá)到13以上。
