鋁合金淬火工藝[1]

1、鋁合金淬火工藝 簡(jiǎn)介:一、淬火加熱溫度的選擇    工業(yè)擠壓鋁合金制品不像建筑鋁型材6063合金，可以在擠壓時(shí)用風(fēng)冷或水冷進(jìn)行淬火(在線淬火)，而多數(shù)合金要在專(zhuān)門(mén)的加熱和冷卻設(shè)備(淬火爐和冷卻槽)中進(jìn)行淬火處理。淬火的.淬火加熱溫度的選擇    工業(yè)擠壓鋁合金制品不像建筑鋁型材6063合金，可以在擠壓時(shí)用風(fēng)冷或水冷進(jìn)行淬火(在線淬火)，而多數(shù)合金要在專(zhuān)門(mén)的加熱和冷卻設(shè)備(淬火爐和冷卻槽)中進(jìn)行淬火處理。淬火的加熱溫度、轉(zhuǎn)移時(shí)間、冷卻方式都有嚴(yán)格的規(guī)定。1淬火加熱溫度的選擇    淬火加熱溫度主要根據(jù)相圖中

2、低熔點(diǎn)共晶溫度和合金溶解度曲線的溫度來(lái)選擇。如圖352為二元相圖示意圖。成分為B1的合金只有溫度高于t溶時(shí)相溶于基體形成單一的固溶體。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到t共時(shí)， 超過(guò)了非平衡結(jié)晶條件下的低熔點(diǎn)共晶溫度，即產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶體熔化，稱(chēng)過(guò)燒。金屬制品過(guò)燒，造成廢品。因此淬火加熱溫度必須低于共晶溫度(過(guò)燒溫度)，而 高于合金的溶解度曲線溫度。從理論上講共晶溫度與過(guò)燒溫度是一致的。實(shí)際上由于非平衡結(jié)晶以及雜質(zhì)元素的加入，實(shí)際的過(guò)燒溫度比理論上的共晶溫度略低。所 以一般選擇淬火溫度都是低于過(guò)燒溫度l030。t溶與t共之間的溫度范圍窄的選下限，t溶與t共之間的溫度范圍寬的視工藝和性能情況而選擇。 &#

3、160;  淬火加熱溫度是鋁合金熱處理中的一個(gè)重要的工藝參數(shù)，由圖352可知，鋁合金的淬火加熱溫度范圍很窄，應(yīng)適當(dāng)選擇，且其溫度波動(dòng)范圍一般不應(yīng)超 過(guò)±3。但由于鋁合金制品淬火大多采用立式淬火爐，其溫差很難保證在±3以?xún)?nèi)，多數(shù)淬火爐的溫差都有±5甚至更大，所以淬火加熱溫度的溫差通?？刂?在±5。一般來(lái)說(shuō)在保證不發(fā)生過(guò)燒的前提下，應(yīng)盡量提高淬火加熱溫度。因?yàn)闇囟仍礁撸辖鹪睾蛷?qiáng)化相固溶越好，則淬火時(shí)效后的力學(xué)性能就越高。如圖3 53、圖354和圖355所示。部分工業(yè)鋁合金的淬火加熱溫度見(jiàn)表351。    

4、                             圖352淬火加熱溫度與合金成分的關(guān)系圖     圖353 2A02合金2mm棒材           

5、                                           淬火溫度對(duì)力學(xué)性能影響      

6、             圖354 2A16合金2mm棒材          圖355  2A17合金30mm棒材   淬火溫度對(duì)力學(xué)性能影響                    

7、;       淬火溫度對(duì)力學(xué)性能影響   表351鋁合金型、棒材淬火溫度表合金爐膛控制溫度/開(kāi)始保溫溫度/淬火溫度/合金爐膛控制溫度/開(kāi)始保溫溫度/淬火溫度/7005446454445450±52A02，20142A14，2A04500505500503±57075,7A09458465458463±52A50,2B50510515510512±57A10,7A03470475470472±56A02,2A90516521516518±57A044724

8、77472474±52A17,606110520525520523 ±57A15,7003465475466470±52A70,2A80,2A13526531526528±52A12,2024(>20 mm制品)493497493495±54A11,6351,6082525535525530±52A12,2024(20 mm)496502497500±52B12485495485490 ±52A06,2A01,2B11495505495500±52A16,2A17530540530535±

9、52A11,2017495499495497 ±5    2淬火加熱保溫時(shí)間    淬火加熱保溫時(shí)間主要取決于強(qiáng)化相的固溶速度。而強(qiáng)化相的固溶速度又與淬火加熱溫度、合金的本性、組織狀態(tài)、制品斷面大小、加熱條件、介質(zhì)及裝爐多少等因素有關(guān)。    一般淬火加熱溫度偏上限時(shí)，其保溫時(shí)間相應(yīng)要短一些。經(jīng)過(guò)高溫?cái)D壓、變形程度較大的，保溫時(shí)間較短。而預(yù)先經(jīng)過(guò)退火的制品，由于其強(qiáng)化相緩慢析出較粗大， 使其強(qiáng)化相溶解速度較慢，因而保溫時(shí)間相應(yīng)的長(zhǎng)一些。制品在熱空氣中加熱和在鹽浴中加熱其保溫時(shí)間大不一樣

10、。在鹽浴中加熱的時(shí)間要短得多。工業(yè)用鋁合金型、棒材多數(shù)是用立式空氣淬火爐，其保溫時(shí)間是以金屬表面溫度或爐膛溫度達(dá)到淬火溫度下限開(kāi)始計(jì)算保溫時(shí)間。    表352列出了鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中，不同制品尺寸的加熱保溫時(shí)間。表353為管材在立式空氣淬火爐中，不同壁厚的加熱保溫時(shí)間。淬火加熱保溫時(shí)間必須保證強(qiáng)化相充分溶解，才能獲得最大的強(qiáng)化效果。但加熱時(shí)間也不宜太長(zhǎng)，在某些情況下，反而會(huì)使合金性能降低。二、淬火加熱保溫時(shí)間    淬火加熱保溫時(shí)間主要取決于強(qiáng)化相的固溶速度。而強(qiáng)化相的固溶速度又與淬火加熱溫度、合金的本性、組織狀態(tài)、制

11、品斷面大小、加熱條件、介質(zhì)及裝爐多少等因素有關(guān)。    一般淬火加熱溫度偏上限時(shí)，其保溫時(shí)間相應(yīng)要短一些。經(jīng)過(guò)高溫?cái)D壓、變形程度較大的，保溫時(shí)間較短。而預(yù)先經(jīng)過(guò)退火的制品，由于其強(qiáng)化相緩慢析出較粗大， 使其強(qiáng)化相溶解速度較慢，因而保溫時(shí)間相應(yīng)的長(zhǎng)一些。制品在熱空氣中加熱和在鹽浴中加熱其保溫時(shí)間大不一樣。在鹽浴中加熱的時(shí)間要短得多。工業(yè)用鋁合金 型、棒材多數(shù)是用立式空氣淬火爐，其保溫時(shí)間是以金屬表面溫度或爐膛溫度達(dá)到淬火溫度下限開(kāi)始計(jì)算保溫時(shí)間。    表352列出了鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中，不同制品尺寸的加熱保溫時(shí)間。表353

12、為管材在立式空氣淬火爐中，不同壁厚的加熱保溫時(shí)間。淬火加熱保溫時(shí)間必須保證強(qiáng)化相充分溶解，才能獲得最大的強(qiáng)化效果。但加熱時(shí)間也不宜太長(zhǎng)，在某些情況下，反而會(huì)使合金性能降低。表352鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中加熱保溫時(shí)間型材壁厚棒材直徑/mm加熱時(shí)間/min型材壁厚棒材直徑/mm加熱時(shí)間/min制品長(zhǎng)度<13m制品長(zhǎng)度13m制品長(zhǎng)度<13m制品長(zhǎng)度13m304560759045607590120 105150180210 135150180210 表353鋁合金管材在立式空氣淬火爐中加熱保溫時(shí)間    壁厚/mm

13、60;   加熱時(shí)間/min    壁厚/mm    加熱時(shí)間/min              30    40    60           75    90 三、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間 

14、60;  許多工業(yè)熱處理強(qiáng)化合金如2A12，7A04等高強(qiáng)度鋁合金，不像建筑鋁型材如6063合金那樣可以在空氣中淬火，即較小的冷卻速度就可以阻止強(qiáng)化相的析 出。它們從淬火加熱爐中拿出，轉(zhuǎn)移到淬火水槽中，短短的十幾秒鐘甚至是幾秒鐘在空氣中冷卻，就會(huì)有強(qiáng)化相的析出，影響強(qiáng)化效果。表354列出了 7A04合金不同轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)淬火后的力學(xué)性能的影響。表3-5-4 7A04合金淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)制品力學(xué)性能的影響  淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間/s  抗拉強(qiáng)度sh/MPa  屈服強(qiáng)度s/MPa    伸長(zhǎng)率/%    3

15、60;   10    20    30    40    60    533    525    517    460    427    404    503    485    461

16、    385    354    316                      因此淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間是鋁合金淬火工藝中必須規(guī)定的工藝參數(shù)之一。即制品從淬火爐中轉(zhuǎn)移到淬火介質(zhì)中，必須在規(guī)定的最大轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)完成。這一時(shí)間稱(chēng)最大容許轉(zhuǎn) 移時(shí)間或淬火延遲時(shí)間。這一時(shí)間與合金的成分、材料的形狀、設(shè)備操作的自

17、動(dòng)化程度有關(guān)。條件允許的話，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間越短越好。一般工藝規(guī)定：小型材的轉(zhuǎn)移 時(shí)間不應(yīng)超過(guò)20 s，大型的或成批淬火的型材，不應(yīng)超過(guò)40 s。對(duì)于超硬鋁合金如7A04，轉(zhuǎn)移時(shí)間不應(yīng)超過(guò)15 s。四、淬火冷卻速度    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7

18、A04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 l035)，對(duì)于形復(fù)雜、壁厚差別較大的型材，可用4050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7585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。    鋁合金最常用的淬火介質(zhì)是水。因?yàn)樗恼扯刃?、熱容量大，蒸發(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)