铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法-111

1铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法—刘静安教授20101、铝及铝合金热处理工艺1.1铝及铝合金热处理的作用将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。1.2铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理1.2.1铝及铝合金热处理的分类（见图1）图1铝及铝合金热处理分类1.2.2铝及铝合金热处理基本作用原理(1)退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工铝及铝合金热处理回归均匀化退火退火成品退火中间退火过时效欠时效自然时效人工时效多级时效时效固溶淬火离线淬火在线淬火一次淬火阶段淬火立式淬火卧式淬火2应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。(2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。(3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效，有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。人工时效可分为欠时效和过时效。①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。可分为二阶段、三阶段时效(4)回归处理：为了提高塑性，便于冷弯成形或矫正形位公差，将已淬火时效的产品，在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理。1.2.3铝合金材料的的热处理制度(1)铝合金铸锭的均匀化处理制度(见表1)3表1：铝合金铸锭的均匀化规范合金牌号铸锭或坯料形状和尺寸均匀化温度、℃保温时间、h5A02空心圆锭480-50565A03空心圆锭470-490103A21空心圆锭590-630102A04实心圆锭480-490242A10实心圆锭470-500242A11实心圆锭480-50082A17实心圆锭512-5306-126A02实心圆锭532-54012-142A50、2B50实心圆锭φ≥350mm515-530242A50、2B50实心圆锭φ＜350mm515-530122A70实心圆锭φ≥350mm485-505162A70实心圆锭φ＜350mm485-50582A80实心圆锭φ＜350mm485-50582A14实心圆锭485-50510-166061实心圆锭530-55010-126063实心圆锭550-5704-66005、6005A实心圆锭560-5804-67A10、7A03、7005实心圆锭460-48015-187A04、7A09实心圆锭460-47024（2）美国变形铝合金淬火时效规范，见表2表2：美国变形铝合金淬火时效规范合金产品淬火处理时效处理温度℃状态温度℃时间h状态2011冷加工棒、线、材525T3T451160――14――T8――2014挤压产品500T4T42T4510T451116016016016018181818T6T62T6510T65112017冷加工棒、线材500T4,T42,T451-----------2024冷加工棒、线材490T4T351T3619019019012128T6T851T86热挤压棒、型、管材490T42T3T3510T351119019019019016121212T6T81T8510T85112219挤压棒、型、管材535T31T3510T3511T4219019019019018181836T62T81T8510T85116005挤压件530T11808T546061挤压件530T4T42T4510T45111801801801808888T6T62T6510T65116063挤压件、拉伸管520T1T4T42T42051801801801888T5T6T62T831,T8326066挤压件、型管材530T4T42T4510T45111801801801808888T6T62T6510T65116101挤压管、棒、型材505T42005T66070挤压管、棒、型材550T4T421601601818T6T626261挤压管、棒、型材520T41855T66262挤压件540T4、T42170180812T6T626351挤压件505T41706T66463挤压件520T1T4T42205180180188T5T6T627001挤压件470W12024T6,T62,T6510,T65117005挤压件480W105℃*8h+150℃*16hT57075挤压件465120105℃*8h+175℃*8h24T6,T62T737079挤压件440WW5111151154848T6T65117178挤压件465℃*3-5h+160℃*20h、1202424T6,T62T76T6510,T6511（3）美国常用变形铝合金的退火制度，见表3表3：常用铝合金退火制度合金退火制度℃*h合金退火制度℃*h1119、1180、1070、1170、1060、1050、EC、1100、1200345±3*30分6053345±3*2-32011、2014、2017、2018415±3*2-36061415±3*2-352024、2025、2117、2218415±3*2-36063415±3*2-32618350±3*26066、6151415±3*2-33003、3004415±3*30分6261、6262、6351415±3*2-34032345±3*26463350±3*44043350±3*30分7001、7004415±3*2-35005、5050345±3*30分7072345±3*1-25052345±3*30分7075415±3*2-35056、5083、5086、5154、5205、5252、5254、5454、5456、5457、5652345±3*30分7079415±3*2-37178415±3*2-32、铝及铝合金产品状态表示法2.1基本状态代号，见表4表4产品基础状态代号代号名称说明与应用F自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字W固溶热处理状态一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T热处理状态(不同于F、O、H状态)适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字2.2H（加工硬化）状态的细分（1）H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面添加两位阿拉伯数字（称做HXX状态），或三位阿拉伯数字（称做HXXX状态）表示H的细分状态1）HXX状态：H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序，如下所示：H1——单纯加工硬化状态。适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。H2——加工硬化及不完退火的状态。适用于加工硬化程度超过成品规定要求后，经不完全退火，使强度降低到规定指标的产品。对于室温下自然时效软化的合金，H2与对应的H3有相同的最小极限抗拉强度值；对于其他合金，H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度值，但伸长率比H1稍高。H3——加工硬化及稳定化处理的状态。适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。H3状态仅适用于在室温下逐渐时效软化（除非经稳定化处理）的合金。H4——加工硬化及涂漆处理的状态。适用于加工硬化后，经涂漆处理导致了不完全退火的产品。H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度。数字8表示硬状态。通常采用O6状态的最小抗拉强度与表5规定的强度差值之和，来规定HX8状态的最小抗拉强度值。对于O（退火）和HX8状态之间的状态，应在HX代号后分别添加从1到7的数字来表示，在HX后添加数字9表示比HX8加工硬化程度更大的超硬状态。各种HXX细分状态代号及对应的加工硬化程度如表6所示。表5HX8状态与O状态的最小抗拉强度的差值O状态的最小抗拉强度/MPaHX状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPaO状态的最小抗拉强度/MPaHX8状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPa≤4045~6065~8085~100105~120125~160556575859095165~200205~240245~280285~320≥325100105110115120表6HXX细分状态代号与加工硬化程度细分状态代号加工硬化程度HX1抗拉强度极限为O与HX2状态的中间值HX2抗拉强度极限为O与HX4状态的中间值HX3抗拉强度极限为HX2与HX4状态的中间值HX4抗拉强度极限为O与HX8状态的中间值HX5抗拉强度极限为HX4与HX6状态的中间值HX6抗拉强度极限为HX4与HX8状态的中间值HX7抗拉强度极限为HX6与HX8状态的中间值HX8硬状态HX9超硬状态，最小抗拉强度极限值超HX8状态至少10MPa注：当按上表确定的HX1-HX9状态抗拉强度极限值不是以0或5结尾时，应修正至少0或5结尾的相邻较大值。2.3退火（O）状态代号分类2.3.1O1——均匀化退火2.3.2O2——产品不完全（局部）退火2.3.3O3——产品完全退火2.4热处理（T）状态代号细分类2.4.1TX状态细分及应用，见表7表7TX细分状态代号说明与应用状态代号说明与应用T0固溶热处理后,经自然时效再通过冷加工的状态适用于经冷加工提高强度的产品T1由高温成型过程冷却,然后自然时效至基本稳定的状态适用于由高温成型过程冷却后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品T2由高温成型过程冷却,经冷加工后自然时效到基本稳定的状态适用于由高温成型过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品7T3固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效到基本稳定的状态适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T4固溶热处理自然时效到基本稳定的状态适用于固溶热处理后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品T5由高温成型过程冷却,然后进行人工时效的状态适用于由高温成型过程冷却后,不经