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鋁合金門窗廠家：鋁合金淬火知識
來源：fang188.cn 發布時間：2023年04月26日
淬火原理
大部分擠壓鋁合金都是可熱處理的強化合金。擠壓后，通過固溶熱處理和時效可以提高這些合金的強度，并獲得有用的組織和性能。熱處理強化鋁合金的顯著特點是隨著溫度的升高，其主要合金元素在固態鋁中的溶解度大大增加。
1 .淬火加熱溫度
原則上，這類合金的加熱溫度可以通過相圖來確定。淬火加熱溫度的下限是固溶度曲線，上限是起始熔化溫度。一般淬火時效合金對合金元素的濃度要求嚴格，允許波動范圍小。比如某些鋁合金的淬火溫度只允許在2℃~ 3℃之間波動，還要求加熱時金屬溫度能保證良好的均勻性。所以淬火加熱所用的設備一般都是溫度控制、爐內溫度均勻的浴式爐，工件單件懸浮在爐內，既能保證加熱均勻，又能保證淬火時冷卻均勻。當然，對于淬火溫度范圍較寬的合金，淬火加熱容易控制。
在淬火過程中，金屬內部會發生一系列的物理化學變化，包括再結晶、晶粒長大以及與周圍介質的相互作用，這些都會影響淬火后合金的性能。在確定淬火溫度時，應根據不同合金的特性來考慮。比如，在不過燒的前提下，提高淬火溫度有助于時效強化過程，但有些合金在高溫下有晶粒長大的趨勢，所以要限制Z高加熱溫度。
過燒是淬火時容易出現的缺陷。輕度燒成時，表面特征不明顯，晶界略厚，有少量球狀易熔成分，晶粒較大。體現在性能上，沖擊韌性降低，腐蝕速率大大增加。嚴重過燒時，粗晶界平坦，氧化嚴重，除晶界處有薄層易熔物和球狀易熔物外，三種晶粒的結合點呈黑色三角形，有時沿晶界出現裂紋。產品表面顏色較暗，有時會出現氣泡等突起顆粒。
2。淬火加熱保溫時間
保溫的目的是使相變過程充分進行(多余相充分溶解)，組織充分轉變成淬火所需的形狀。在工業批量生產條件下，保溫時間應從爐料Z冷部分達到淬火溫度下限開始計算。保溫時間長短主要取決于成分、原成分和加熱溫度。
溫度越高，相變速率越大，保持時間越短。
材料的預處理和原始組織(包括強化相的大小和分布等。)對保持時間也有很大影響。鑄態合金中的二相一般比較粗大，溶解速率較低，需要比變形合金長得多的保溫時間。就同一變形合金而言，大變形程度所需的時間比小變形程度所需的時間短。在退火合金中，強化相的尺寸大于淬火時效合金，因此退火合金的淬火、加熱和保溫時間比再淬火合金長得多。
保溫時間還與爐料、工件厚度、加熱方式等因素有關。爐料越多，工件越厚，保溫時間越長。浴爐加熱比氣體介質加熱更快更短。為了獲得細晶組織，防止晶粒長大，在保證所有強化相溶解的前提下，盡可能采用快速加熱和短保溫時間是合理的。
3。淬火速度
合金淬火時的冷卻速度須保證過飽和固溶體固定不分解，以防止強化相析出，降低淬火時效后的力學性能。所以淬火時冷卻速度越快越好。但冷卻速度越大，淬火產品的殘余應力和變形越大，所以一般根據不同的合金和不同形狀尺寸的產品來確定冷卻速度。合金的淬火敏感性越強，選擇的淬火冷卻速率越大。例如，2A11和2A12鋁合金的淬火冷卻速度應在50℃/s以上，而7A04鋁合金對冷卻速度非常敏感，其淬火速度應為170℃/s。
淬火應力
工件在淬火介質中快速冷卻時，產生熱應力，導致材料變形不均勻。對于鋁合金厚板(厚度> =6mm)，尤其是超厚板(厚度> =50mm)，淬火應力問題更為突出。淬火后的殘余應力會影響材料的力學性能，如抗應力腐蝕性能、斷裂韌性和抗疲勞性能。如果淬火后的產品需要切削處理，可能會影響淬火應力的亞穩態平衡，使淬火后的產品出現扭曲、翹曲、彎曲等缺陷。
合金在淬火冷卻過程中，工件內部沿截面存在一定的溫度梯度，表面溫度低，中間溫度高，存在溫差。溫度梯度對淬火應力有重要影響，影響溫度梯度的淬火工藝因素主要包括淬火加熱溫度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形狀。為了降低合金淬火后的殘余應力，應適當降低淬火冷卻速度，以減小溫度梯度。這種方法對于截面復雜、壁厚差異大的型材尤為重要。常用的方法是將淬火介質水的溫度提高到60-80℃，或采用等溫淬火和間斷淬火技術，或采用液氮和一些有機介質進行淬火，使工件得到平緩均勻的冷卻，不均勻變形和淬火應力明顯降低。但對于淬火敏感的合金，當淬火冷卻速度下降到一定程度時，合金時效后的力學性能不會達標，在保證合金力學性能的前提下，適當降低淬火冷卻速度是降低淬火應力的有效途徑。
大部分擠壓鋁合金都是可熱處理的強化合金。擠壓后，通過固溶熱處理和時效可以提高這些合金的強度，并獲得有用的組織和性能。熱處理強化鋁合金的顯著特點是隨著溫度的升高，其主要合金元素在固態鋁中的溶解度大大增加。
固溶熱處理(或淬火)通常包括兩個步驟，即固溶處理和冷卻。一步是在固溶曲線溫度以上對材料進行熱處理，形成固溶體，但溫度低于固相線溫度(或共晶溫度)，熱處理所需時間取決于合金中Mg2Si化合物顆粒的大小和分布以及熱處理溫度。精細的、高度分散的Mg2Si化合物顆粒將比粗大的聚集顆粒溶解得更快。一定形狀的Mg2Si顆粒的溶解度隨著溫度的升高而顯著增加。二步，將高溫固溶的合金材料足夠快地冷卻到室溫，防止Mg2Si析出，使合金元素Mg和Si保持過飽和固溶體，為時效析出做準備。
1 .淬火加熱溫度
原則上，這類合金的加熱溫度可以通過相圖來確定。淬火加熱溫度的下限是固溶度曲線，上限是起始熔化溫度。一般淬火時效合金對合金元素的濃度要求嚴格，允許波動范圍小。比如某些鋁合金的淬火溫度只允許在2℃~ 3℃之間波動，還要求加熱時金屬溫度能保證良好的均勻性。所以淬火加熱所用的設備一般都是溫度控制、爐內溫度均勻的浴式爐，工件單件懸浮在爐內，既能保證加熱均勻，又能保證淬火時冷卻均勻。當然，對于淬火溫度范圍較寬的合金，淬火加熱容易控制。
在淬火過程中，金屬內部會發生一系列的物理化學變化，包括再結晶、晶粒長大以及與周圍介質的相互作用，這些都會影響淬火后合金的性能。在確定淬火溫度時，應根據不同合金的特性來考慮。比如，在不過燒的前提下，提高淬火溫度有助于時效強化過程，但有些合金在高溫下有晶粒長大的趨勢，所以要限制Z高加熱溫度。
過燒是淬火時容易出現的缺陷。輕度燒成時，表面特征不明顯，晶界略厚，有少量球狀易熔成分，晶粒較大。體現在性能上，沖擊韌性降低，腐蝕速率大大增加。嚴重過燒時，粗晶界平坦，氧化嚴重，除晶界處有薄層易熔物和球狀易熔物外，三種晶粒的結合點呈黑色三角形，有時沿晶界出現裂紋。產品表面顏色較暗，有時會出現氣泡等突起顆粒。
2。淬火加熱保溫時間
保溫的目的是使相變過程充分進行(多余相充分溶解)，組織充分轉變成淬火所需的形狀。在工業批量生產條件下，保溫時間應從爐料Z冷部分達到淬火溫度下限開始計算。保溫時間長短主要取決于成分、原成分和加熱溫度。
溫度越高，相變速率越大，保持時間越短。
材料的預處理和原始組織(包括強化相的大小和分布等。)對保持時間也有很大影響。鑄態合金中的二相一般比較粗大，溶解速率較低，需要比變形合金長得多的保溫時間。就同一變形合金而言，大變形程度所需的時間比小變形程度所需的時間短。在退火合金中，強化相的尺寸大于淬火時效合金，因此退火合金的淬火、加熱和保溫時間比再淬火合金長得多。
保溫時間還與爐料、工件厚度、加熱方式等因素有關。爐料越多，工件越厚，保溫時間越長。浴爐加熱比氣體介質加熱更快更短。為了獲得細晶組織，防止晶粒長大，在保證所有強化相溶解的前提下，盡可能采用快速加熱和短保溫時間是合理的。
3。淬火速度
合金淬火時的冷卻速度須保證過飽和固溶體固定不分解，以防止強化相析出，降低淬火時效后的力學性能。所以淬火時冷卻速度越快越好。但冷卻速度越大，淬火產品的殘余應力和變形越大，所以一般根據不同的合金和不同形狀尺寸的產品來確定冷卻速度。合金的淬火敏感性越強，選擇的淬火冷卻速率越大。例如，2A11和2A12鋁合金的淬火冷卻速度應在50℃/s以上，而7A04鋁合金對冷卻速度非常敏感，其淬火速度應為170℃/s。
淬火應力
工件在淬火介質中快速冷卻時，產生熱應力，導致材料變形不均勻。對于鋁合金厚板(厚度> =6mm)，尤其是超厚板(厚度> =50mm)，淬火應力問題更為突出。淬火后的殘余應力會影響材料的力學性能，如抗應力腐蝕性能、斷裂韌性和抗疲勞性能。如果淬火后的產品需要切削處理，可能會影響淬火應力的亞穩態平衡，使淬火后的產品出現扭曲、翹曲、彎曲等缺陷。
合金在淬火冷卻過程中，工件內部沿截面存在一定的溫度梯度，表面溫度低，中間溫度高，存在溫差。溫度梯度對淬火應力有重要影響，影響溫度梯度的淬火工藝因素主要包括淬火加熱溫度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形狀。為了降低合金淬火后的殘余應力，應適當降低淬火冷卻速度，以減小溫度梯度。這種方法對于截面復雜、壁厚差異大的型材尤為重要。常用的方法是將淬火介質水的溫度提高到60-80℃，或采用等溫淬火和間斷淬火技術，或采用液氮和一些有機介質進行淬火，使工件得到平緩均勻的冷卻，不均勻變形和淬火應力明顯降低。但對于淬火敏感的合金，當淬火冷卻速度下降到一定程度時，合金時效后的力學性能不會達標，在保證合金力學性能的前提下，適當降低淬火冷卻速度是降低淬火應力的有效途徑。
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