工业铝型材的淬火与时效

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1、工业铝型材技术专集 607 -工业铝型材的淬火与时效梁世斌(福建闽发铝业有限公司，福建南安362300)! I1工业铝型材淬火、时效的主要状态及淬火方法通常将变形铝合金分为热处理不可强化铝合金和热处理可强化铝合金两大类，后者可以通过热处理提高其力学性能。属于这类的变形铝合金有:(1) Al-Cu-Mg 系,2A01、2A1O、2A11、2A12、2A06、2A16 等。(2) A1 - Cu - Mg - Zn 系,7A03、7A04、7A09、7A10 等。(3) A1- Cu - Mg - Si 系，6A02、2A50、2B50、2A70、2A80、2A90、2A14、6061、6063

2、等。 工业铝型材的淬火与时效的主要状态有：T1热挤压冷却后自然时效状态;T4热挤压淬火加自然时效状态;T5热挤压冷却后人工时效状态;T6热挤压淬火加人工时效状态。工业铝合金型材的淬火方法主要有三种：(1) 在线淬火；(2) 在立式空气炉中加热保温，然后在冷却水井中淬火;(3) 其他形式的淬火。I2工业铝型材在线淬火一部分工业铝合金如Al - Mg - Si系中的6005.6063.6463合金对淬火冷却速度敏感性很 低，具有自淬性,即利用风冷就可以淬火。但也有一部分工业铝合金对淬火冷却速度的敏感性 很强，如6061、2A12、7A04等合金只有很大的冷却速度(如水雾冷、水冷)才能淬火。目前多数

3、 铝型材生产厂家没有专用的淬火炉和水冷却设备，而工业用热处理强化铝合金挤压型材又越 来越多,研究和采用在线淬火方法已成为一个趋势。2.1实现在线淬火的条件HI首先是制品流出模孔前的温度必须达到该合金的固溶热处理的温度范围,且制品从开始 流岀模孔到制品挤压结束时的温度变化不大，均在固溶温度范围内。其次制品从模孔流岀到 进入淬火水槽的时间基本不超过该合金的淬火转移时间，且对材料的性能影响不大。第三从 水槽经过的时间足以使制品冷却到规定的温度。nr.理论上讲，按上述的条件多数工业铝合金挤压制品都可以实现在线淬火，但由于大多数工 业铝合金，如2 x x x系、7x x X系的铝合金的挤压速度较慢，一般

4、来说都在3 m/min以下，如 果在线淬火的冷却装置距挤压机出口 1 m的距离，则挤压制品到达淬火冷却装置的时间超过 20 min,这已经超过了淬火转移时间，这是其一;第二如此慢挤压速度的制品经过冷却,会使挤 压制品很快降温，使其温度降到了淬火温度以下,从而使该铝合金制品达不到真正的淬火效 果。要实现在线淬火的实际条件应该是：III工业铝型材技术专集 611 （1）挤压速度应大于3 m/minr（2）挤压温度应等于或略高于i亥铝合金的淬火温度；（3）淬火冷却装置至挤压机出口的距离应不超过1 m（或在该段距离对制品采用保温的方 法）；（4）热挤压制品通过冷却装置后的温度应低于该合金规定的温度。一

5、部分工业铝合金的挤压温度和挤压速度（金属平均流动速度）见表lo可以看出，只有 一部分铝合金才能采用在线淬火。当然如果采用了特殊的方法，也可能有更多的铝合金实现 在线淬火。对于挤压速度大于3 rn/min的一部分铝合金有可能实现在线淬火。nr;表1各种合金挤压制品的挤压温度-平均速度规范金属平均流出挤压筒 速度）制品合金加热温度/弋 铸话2A142A122A052A80、2A70、5A027A041A70 8A063A215A05.5A06圆棒、方棒和六角棒6A02.60616063般型材2A12.2A062A11一般型材高强度和空心型材 壁板和变断面型材 一般型材7A04固定断面和变断面型材壁

6、板5A02、5A03、5A06.3A2160616061、6A0260636A025A05、实心、空心和壁板型材装饰型材空心建筑型材重要型材380 440360 4401 2.5380440360 4401 3.5380 440360 44036320 430350400315350 430330 40012390440360 43040 150390 440360 43025 120400 450380-44012850480 520450 50015 120380 460360 4401.225430 460400 4400.82420 470400 4500.5- 1.2330 4603

7、60 4301 3370 450360 4300.8 2390 440390 4400,5-1420 480300 4500.6-2320 500480 50012 60860480 530460 48020-12490 5103152.2实现在线淬火的可能性在线淬火和用淬火炉淬火的差别在于第二相的固溶时间，如2A12合金,壁厚为4 mm的型 材在淬火炉保温时间要20 min,而在塑性变形条件下可以显著缩短这一时间，大约只要20 s 30 so对于2A12合金而言,金属在塑性变形区内的停留时间为40 s60 s完全可以使第二相 充分固溶,这样就有可能在挤压机上进行在线淬火。强化相质点的大小对其

8、溶解度有很大影响。如果质点小于1卩m,则能很快充分溶解。但 要获得如此弥散的强化相,则均匀化的冷却速度要达到500T/ho现代均匀化退火后的冷却大 多采用水冷却，基本上可以达到这个要求。另外，在挤压机上淬火大大缩短了淬火保温时间和 降低了淬火温度下限，从而扩大了淬火温度范围，见表2O1JJ通过调整铸锭和挤压筒的加热温度、挤压系数、挤压速度,可以使制品前、后端在模具出口 处的温度差不超过3or 35r，说明某些铝合金在挤压机上淬火是可能的。表3给出了可能在挤压机上淬火的铝型材挤压工艺制度(挤压系数入在12 54之间)。如果淬火水槽距挤压模具岀口的距离为l0m 1.5叫要保证转移时间在30 s以内

9、，则制品的流出速度要在3m/min以上，才能基本满足某些合金的淬火要求。至于冷却能力，只要选 择适当的冷却槽的长度，就可以使制品流出水槽后的温度达到规定的要求。表2在立式淬火炉中和挤压机上淬火时所必需的淬火温度区间比较在立式淬火炉中在挤压机上在立式淬火炉中在挤压机上2A11495 505475 50510302A12493 500470 5007307A04465 475440 47510352A70525 53551053510252A70淬火温度区间温差W淬火温度/弋表3可能在挤压机上淬火的铝合金型材挤压工艺挤压工2参 铸锭温度/覽 挤压筒温度/兀 流出速度/(m-min 1)2A112A

10、127A04III450 48042026450 4804201.5-4.0420 450420154.05005204401.5-4.0工业铝型材技术专集 619 现在已有专门的在线淬火装置，设有风冷、水雾、水的三级冷却方式，可以根据不同合金、 不同制品的壁厚进行自动调节。在线淬火装置的长度根据挤压机能力大小而定,通常在4 m 12 m之间o3在线淬火实例兰州铝业公司西北铝加工分公司用6061合金在45MN反向挤压机上进行在线热处理工艺 研究，其工艺参数见表4O在线淬火采用水冷式冷却,制品完全浸入在水中，可以保证淬火冷in却强度。从水槽中岀来的制品温度为30兀 100兀，挤压速度最大的为上限

11、。表4挤压工艺参数铸棒规格/nunA残料长度/mm锭温/%挤压速度/(iwmin-1)筒温代0312 x 100018.150400 44016380400312 X 1000418.15048011450312 x 100018.15052016450杞12 x 100018.15054011450试验采用在线淬火与空气炉加热淬火进行对比,都采用175%保温8 h的人工时效制度, 其力学性能如表5所示。表5制品分别在线淬火与空气炉淬火后人工时效其力学性能比较淬火方式挤压速度m min 1锭温 兀R mN#mni2R p0.2Nnim2A%硬度HV在线淬火2.052034533515.2102

12、在线淬火11.048030029016.581在线淬火11.052035534515.0110在线淬火11.054036035016.0112在线淬火16.052033032515.093空气炉淬火11.0520 53031530513.091II!nr由表5可以看出：随着挤压温度提高，抗拉强度和屈服强度随之提高，伸长率变化不大。 当铸锭加热温度为480咒时，由于低于临界淬火温度499T,合金固溶不充分，其强化效果相应 降低。当铸锭的加热温度为520兀和540尤时，合金强化效果好。因此可以得出结论：6061合 金在挤压温度520弋540弋，挤压速度3 m/min10 m/min,可以实现在线水

13、冷淬火。如上所述，工业铝合金挤压制品的在线淬火只有其挤压速度大于3 m/min时才有可能实 现。在线淬火有许多优点:在线水冷淬火的制品的粗晶环和晶粒度比空气炉淬火的小,更容易 获得较高的硬度和强度，且抗腐蚀性能、抗疲劳性能不亚于用立式空气炉淬火的。可以节省设 备投资和节约能源,大大缩短生产周期。能显著提高生产效率和经济效益。对热处理可强化 铝合金进行在线淬火研究,无疑是一项有实用价值和经济价值的课题。值得注意的是，近期福建闽发铝业有限公司申请了一项在线淬火发明专利,打破了以上的 限制，解决了所有工业铝合金在线淬火问题。其专利的核心技术是铝合金挤压制品从模孔流 出后，直接进入一个可以调温的保温装

14、置中，相当于把淬火炉搬到生产现场，当整根制品挤压 完以后，打开保温罩，直接用水冷却，实现在线淬火。该发明专利对在线淬火是一个重大技术 突破，使我国的工业铝材的在线淬火工艺走在世界的前列。4立式空气炉的淬火工艺除在线淬火外,多数热处理可强化变形铝合金都是在空气热循环炉中进行加热保温,其中使用最广的是在立式空气炉中加热保温,然后在深水井中冷却淬火。工业铝合金淬火的加热 温度、转移时间、冷却方式都有严格的规定4.1淬火加热温度的选择IIIIIIIIIB%1淬火加热温度与合金成分的 关系III淬火温度比AT时七，腕时间8 h淬火加热温度主要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度来选择。如图1

15、为二元相图示意图。成分为B的合金只有温度高于溶时B相溶于基体形成单一的a固溶体。 当温度继续升高到块时，超过了非平衡结晶条件下的低熔点共晶温度，即产生低熔点共晶体 熔化，称过烧。金属制品过烧，造成废品。因此淬火加热温度必须低于共晶温度（过烧温度），而 高于合金的溶解度曲线温度。从理论上讲共晶温度与过烧温度是一致的。实际上由于非平衡结 晶以及杂质元素的加入,实际的过烧温度比理论上的共晶温度略低。所以一般选择淬火温度都 是低于过烧温度1030花,溶与/共之间的温度范围窄的则选下限，溶与块之间的温度范 围宽的则视工艺和性能情况而选择。图2 2A02合金C20 mm棒材淬火 温度对力学性能影响人工吋效

16、温度rar,保温时间16 h60050040030020)10007EW000 190 500 510 520 530 540 550人工D擞温度19兀，保温时间16h“2A16合金也mm棒材淬火温度图4 2A17合金030 mm棒材淬火温度对对力学性能影响力学性能影响III由图1可知，铝合金的淬火加热温度范围很窄，应适当选择，且其温度波动范围一般不应超过3兀。但由于立式空气淬火炉其高度与炉膛直径比大，难以真正控制在3%的温度范 围内，所以多数的立式空气淬火炉要求的温差控制在5七范围内。一般来说在保证不发生过 烧的前提下,应尽量提高淬火加热温度。因为温度越高，合金元素和强化相固溶越好,则淬火

17、时效后的力学性能就越高，从图2、图3和图4可以看出淬火温度对产品力学性能的影响。部 分工业铝合金的淬火加热温度见表60炉膛控制开始保温淬火温度 温度代 温度代 r合金炉膛控制开始保温淬火温度 温度代 温度代 TIII7005446454445450 57075,7A09458 465458463 57A10,7A03470 475470472 57A04472 477472474 5仝 口7 A15,7003465 475466470 52A12,2024 20 mm制品493 497493495 52A12,2024Dw20 mm496502497500 52A06,2A012B11495

18、505495500 52A11,2017495 499495497 52A02,20142A14,2A042A50,2B506A02,2A902A17,60616063,2A102A70,2A802A134A11,635160822B122A16,2A17500 505500503 5510 515510512 5516 521516518 5520 525520523 5526 531526528 5525 535525530 5485 495485490 5530540530535 5铝合金型、棒材淬火温度工业铝型材技术专集 # 工业铝型材技术专集 # 4.2淬火加热保温时间的确定淬火加热

19、保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温 度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。Hi一般淬火加热温度取上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大 的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大，使其强化相溶解 工业铝型材技术专集 625 速度较慢，因而保温时间相应地长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大111不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金型、棒材多数是用立式空气淬火炉中 加热，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。表7列出了不同规

20、格铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中的加热保温时间。表8为不同壁厚管材 在立式空气淬火炉中的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解,才能获型材壁厚及 棒材直径/mm加热时间/min型材壁厚及 棒材直径/mm加热时间/min制品长度 13 m制品长度M13 m制品长度V 13 m制品长度M 13 mV3.0304530.1 40.01051353.1 50456040.1 60.01501505.1 10.0607560.1 100.018018010.1 12.07590 100.021021012.1-30.090120得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，否则在某些情况下会使

21、合金性能降低。表7铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中加热保温时间表8铝合金管材在立式空气淬火炉中加热保温时间壁厚/mm加热时间/riiin壁厚/mm加热时间/min _ (_ II._ - I _ .， I.* 亠 I. TT - W2.03010.1-20.0752.1 5.04020.090605.1-10.04.3淬火转移时间许多热处理可强化合金如2A12.7A04等，其淬火冷却的敏感性很强，将它们从淬火加热炉 中拿出转移到淬火水槽中，短短的十几秒钟甚至是几秒钟在空气中冷却，就会有强化相的析 出，影响强化效果。因此制品从淬火炉转移到淬火介质中必须在规定的转移时间内完成。这 一时间称为容许转

22、移时间或淬火延迟时间。容许转移时间与合金的成分、材料的形状、设备操 作的自动化程度有关。条件允许的话，淬火转移时间越短越好。一般工艺规定:小型材的转移 时间不应超过20 s,大型材或成批淬火的型材,不应超过40 s。对于超硬铝合金如7A04,转移 时间不应超过15 so表9为不同转移时间对7A04合金力学性能的影响，可以看出，转移时间 超过20 s其力学性能会显著降低。表9 7A04合金淬火转移时间对制品力学性能的影响转移时间/s7?in/(N*mm2)/fpo/CN-mm-2)A/%353350311.21052548510.72051746110.33046038512.040427354

23、11.66040431611.04.4淬火冷却速度淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出和降低淬 火时效后的力学性能。淬火冷却速度越快越好。但是冷却速度过大，淬火制品的残余应力和变形也增大，对于壁厚不均容易变形的制品应适当控制冷却速度。因此冷却速度要根据不同 合金和不同形状、尺寸的制品来确定。一般而言，合金的淬火对冷却速度敏感性强的,选择的 冷却速度要大，如2A11.2A12合金淬火冷却速度应在50T：/s以上，而7A04合金对冷却速度非 常敏感，其淬火冷却速度要求在170/s以上。对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温度 来

24、实现。对于形状简单、中小型、棒材，可用室温水淬火(水温10七35兀)；对于形状复杂、壁 厚差别较大的型材，可用40兀 50汇的水淬火;而对于特别易产生变形的制品,甚至可以将水 温升至75兀85七进行淬火。试验证明，随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能 有所降低。铝合金最常用的淬火介质是水，因为水的黏度小、热容量大,散热快,冷却能力强,而且使 用非常方便、经济。但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中冷却可 以分为三个阶段:第一阶段为膜状沸腾阶段,当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面立即形成 一层不均匀的过热蒸汽薄膜,它很牢固,导热性不好,使制品的冷却速度降低;第二阶段为气

25、泡 沸腾阶段，当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾,发生强烈的热交换;第三 阶段为热量对流阶段，冷却水的循环或制品左右摆动、上下移动,增加制品表面与水产生对流 的热交换，以提高冷却速度。根据上面分析,为了很快突破第一阶段,进一步冷却,保证淬火制品冷却均匀,对于深水井 需要在淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品下入水槽后要适当的摆动。另外，为 保证水温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量(一般应为淬火制品总体积的20倍以上)。而 且冷却水应有循环装置。111除了调节水温来控制淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷 却能力。通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，

26、同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制 品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，常用这种聚乙醇水溶液来淬火。5 热处理可强化工业铝合金的时效5.1时效方法热处理可强化铝合金淬火得到过饱和固溶体组织。它不稳定有自发分解的趋势，在一定的温度下保持一定时间，过饱和固溶体发生分解(称为脱溶)，引起铝合金强度和硬度大幅度提高，这种热处理过程称之为时效。在室温下自然停放一定的时间，以提高铝合金强度及硬度的 方法称为自然时效。将铝合金制品在高于室温的某一温度保温一定时间，以提高其强度及硬度的方法称为人工时效。1I1J对于Al-Mg-Si系的6005.6063等合金而言，自然时效进行得非常缓慢，在室温停留一个 月

27、甚至更长的时间，也达不到最佳的强化效果，比人工时效的强化效果要低30%以上,所以此 类合金不用自然时效，一般都采用人工时效。含有主要强化相M&Si.MgZn和的合金，都只有进行人工时效才能获得最咼的强度。Ml含有主要强化相CuA12和S(Al2CuMg)等相的合金，可以采用自然时效和人工时效两种方法，都可以获得满意的强化效果。如2A11和2A12合金采用自然时效和人工时效都可以获得 最佳强化效果。究竟采用哪种时效方法，需要根据合金的本性和用途来决定。一般在高温下 工作的这些变形铝合金多采用人工时效,而在室温下工作的宜采用自然时效。关于时效强化机制，有许多理论，多数学者认为是溶质原子富集成硬化区

28、，时效过程是过 饱和固溶体的分解脱溶过程,具有一定的顺序:先形成GP( 1)区,GP区的有序化形成GP(2)区,627工业铝型材技术专集再形成过渡相少（或H），最后形成平衡相。许多书籍都有详细介绍,在此不赘述o5.2工业铝合金的时效工艺1）时效方法的选择对于像2x x x系和7x x x系的铝合金如2A11.2A12和7A04合金，一般都可以进行自然时效。淬火后在室温放置4昼夜均可以达到最佳的力学性能，自然时效效果最明显是在24h之内，通常在48 h之内可以基本完成时效强化过程。因此一般都在淬火两天以后检测产品 的力学性能，图5和图6示出自然时效时间对力学性能的影响。以上合金可以自然时效也可以

29、进行人工时效，采用哪种方法时效应根据其使用要求而定。 一般来说采用自然时效屈服强度较低，耐蚀性较好;采用人工时效屈服强度较高,伸长率和耐腐蚀性能较低。但对A1 - Zn - Mg - Cu系合金如7A04合金则相反，采用人工时效时，合金的耐 腐蚀性能反而较自然时效的好。60002448 72192淬火力H热温度G500C淬火保温时间4Onin6005505004504001923500 24 48 71201510淬火汇,淬火保温时5 2A11合金C30mm棒材自然时效时间对力学性能的影响2）淬火后停放时间的确定图6 2A12合金机5 mm棒材自然时效时间对力学性能的影响III#工业铝型材技术

30、专集III#工业铝型材技术专集HJJ需要人工时效的合金，淬火后在室温停放一定时间再进行人工时效会引起时效后力学性 能降低,这种现象称为“停放效应” O为防止“停放效应”,需要进行人工时效的合金从理论上讲淬火后应立即人工时效,或停放 的时间越短越好。但在实际生产安排上难以做到，因为生产一批料需要一定的时间，时效炉也 需要备足一炉料后才能开始时效，因此总有一部分料会停放一段时间。通常时效工艺规程规定,需要进行人工时效的铝合金，淬火后在室温停放时间不应超过2 h4 h。3）人工时效工艺的确定III工业铝合金的时效工艺应根据时效炉的形状、大小、温差和对力学性能的要求来选择最佳 的时效工艺参数,最好是通

31、过实验来确定,如2A14合金可选择6组试样（每组3个），在不同的 温度（如120、130、140、150、160、170七）进行时效,保温相同时间（如选择保温时间6 h）,分别测 定每组试样的平均力学性能，绘成不同温度下的力学性能曲线。如曲线的最高处是在150T 和160兀之间，我们就可以确定该合金的合理时效工艺为:时效温度150兀+5兀,保温时间6h。 如果要确定更合理的保温时间，可以选定一个时效温度（如155弋），用壁厚不同的两种型材, 选择两大组试样，每大组又分成若干小组（如3、4、5、6、7 h），然后测定每组试样时效后的力学 性能,结果发现壁厚较薄的第一大组的保温时间4 h可以达到最

32、佳力学性能，壁厚较厚的第二 大组要6 h才可以达到最佳力学性能,则可以确定该合金的155弋时效时，保温时间4 h6 h 为最佳（壁厚较薄的取下限、较厚的取上限）。III633工业铝型材技术专集实验证明,在相同的保温时间内，若时效温度相差10兀，其力学性能相差较大，说明铝合 金的时效效果对温度非常敏感。因此对时效炉的温差要求较严，一般应在 5咒范围内，最好能控制在3弋范围内。工业铝合金的人工时效工艺可参看表10o表10变形铝合金人工时效工艺合金时效温度/咒保温时间/h合金时效温度代保温时间/h7A10120 + 5126070165 547A09135势122A02,2A16165 + 5167

33、A04138 + 5162A80170 + 587A15145 + 5202014171 + 582A50,2B50150 + 546351180 582A14150 + 5612（厚壁材）2A17185 + 5166A02155 + 582A70185 + 587A1295 + 5155 + 55（第一阶段）8（第二阶段）6101200 + 564A11160 + 582A16210 + 562A90165+58r6061,6063180 + 5200 + 5515.3影响时效效果的因素1）合金化学成分的影响时效强化效果取决于合金组元能否溶于固溶体以及固溶体随温度而变化的程度。如猛、 硅在铝

34、中的固溶度较小,且随温度的变化不大，镁、锌虽然在铝基中有较大的固溶度，但它们与 铝形成的化合物的结构与铝基体的差异较小，强化效果甚微。所以Al- Mn、Al - Si、Al - Mg、Al -Zn系合金通常都不采用时效强化处理。而A1 - Cu.Al - Mg - Si和Al - Cu - Mg - Si系合金 中的6 （CuA12）相、0 （M&Si）相、S（A12CuMg）相在高温下能溶于固溶体，溶解度随温度而变化, 因而可以通过淬火、时效提高合金的强度。并且随着CuAl2.M&Si和ACuMg相的含量增加,in【IIin时效强化效果逐渐增加2）时效温度的影响在不同时效温度下获得最大强度值

35、的保温时间不相同，或者在同一保温时间后的强度值 不同。这是因为在不同温度时效，析出相的临界晶核大小、数量、成分以及富集区长大速度不 相同。如温度太低、扩散困难,GP区不易形成或数量很少，因而时效后的强度低;而时效温度 过高,扩散容易产生，过饱和固溶体析出相粗大，使强度降低，即产生过时效现象。因此每种合 金都有在某一保温时间内最佳的时效温度。不同的时效温度对时效效果的影响不相同。应当指出，一定的时效温度必须与一定的时效时间相结合，才能获得满意的强化效果。时效时间太短,将使合金时效不充分，降低强化效果。时效时间太长，将会产生过时效，同样降低 强化效果,特别是时效温度较高时,这种影响更为明显3）淬火

36、到人工时效中间停放时间的影响不同合金的中间停放时间,都会不同程度地影响时效后的强化效果。对于Al-Mg-Si系 合金而言，根据其化学成分的不同，中间停放时间可以使合金的力学性能降低,也可以使合金的力学性能提高，如图7所示，当形成的MSi含量在10%以下时，中间停放时间将引起人工时效后强度增加;MSi含量高于1%时，将引起人工时效后强度降低。6063合金的Si含量 一般在0.8%1.1%之间，因此室温停放时间对人工时效后的强度影响不大,甚至还稍有提咼。图 7 A1 - Mg - Si 合金 24 h停放时郎图8停放时间对6A02型材抗拉强度影响的减少和增大on中间存放时间引起抗拉强度#工业铝型材

37、技术专集635工业铝型材技术专集对于6061合金和硬铝、超硬铝合金如7A04.7075等，中间停放时间会使人工时效后的强度降低。实验证明在4h30h范围内的影响最大。因此这类合金最好在淬火后立即进行人工时效。规定中间停放时间应在4 h之内。有人对6A02合金的中间停放时间进行研究,对型材抗拉强度的影响如图8所示。由图8可知：(1) 停放时间很短时(1 h以内)，由于在停放时间内自然时效产生的小尺寸GP区,在人工 时效温度下不稳定而重新溶于固溶体，形核率降低，人工时效后的型材组织内存在粗大过渡相，因而使型材抗拉强度不高。(2) 当停放时间在2 h 3 h之内，可获得最佳的时效效果。因为此时获得了

38、尺寸适当的 GP区，它在人工时效开始时稳定，形核率高。人工时效时,Mg和Si的原子继续向硅偏聚团上迁移，大量的稳定晶核继续成长，形成弥散的MSi强化相，同时CuA12相也参加时效，型材性能达到峰值。(3) 如果停放时间过长，合金内产生大量的大尺寸偏聚团，使固溶体内溶质原子浓度降低。在人工时效过程中，大于临界尺寸的GP区重新溶于固溶体，而大量共格析岀产物粗大，形成了较大的M&Si相粒子，使型材性能降低。5.4分级时效20世纪70年代研究开发的一种新时效方法分级时效已越来越多被采用。分级时效 又称阶段时效。它是把淬火后的制品放在不同温度下进行两次以上加热保温的一种时效方 法。一般是第一阶段采用较低

39、的温度，促使过饱和固溶体内形成大量弥散的GP区严为向 间相过渡的核心，随着GP区密度的增加，也等于加大了中间相的弥散度;第二阶段采用较高 的温度时效，促使在较低温度下形成的GP区继续长大，得到密度较大的中间相，引起制品充分强化。分级时效与单级时效相比，可以缩短时效时间,并且可以改善超硬铝合金Al- Zn - Mg和Al- Zn- Mg- Cu系合金的显微结构，可以在保持力学性能不变的情况下，显者提咼合金的耐 工业铝型材技术专集 637 应力腐蚀能力、疲劳强度和断裂韧度。分级时效工艺一般都是第一阶段温度较低，要保证形成GP区在短时间内完成。第二阶 段的时效温度较高，促使GP区向中间转变，以获得较高的强度和其他良好的性能。几种超硬 铝合金的分级时效工艺见表llo表11几种铝合金的分级时效工艺合金时效温度/兀时效时间/h7A05.7A061 级 115 1251 级 155 160353570031级951002 级 155 160587A031 级 115 1252 级 160 170243570051 级 95 1052 级 150 1556 8121674751 级 110 1302 级 150 18061212 3070751 级 115 1252 级 160 1701级352级1518