铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法
铝及铝合金的热处理
铝及铝合金的热处理退火及淬火时效是铝合金的基本热处理形式。
退火是一种软化处理。
其目的是使合金在成分及组织上趋于均匀和稳定,消除加工硬化,恢复合金的塑性。
淬火时效则属强化热处理,目的是提高合金的强度,主要应用于可热处理强化的铝合金。
第一节 退火根据生产需求的不同,铝合金退火分铸锭均匀化退火、坯料退火、中间退火及成品退火几种形式。
一、铸锭均匀化退火铸锭在快速冷凝及非平衡结晶条件,必然存在成分及组织上的不均匀,同时也存在很大的内应力。
为了改变这种状况,提高铸锭的热加工工艺性,一般需进行均匀化退火。
为促使原子扩散,均匀化退火应选择较高的退火温度,但不得超过合金中低熔点共晶熔点,一般均匀化退火温度低于该熔点5~40℃,退火时间多在12~24h之间。
二、坯料退火坯料退火是指压力加工过程中第一次冷变形前的退火。
目的是为了使坯料得到平衡组织和具有最大的塑性变形能力。
例如,铝合金热轧板坯的轧制终了温度为280~330℃,在室温快速冷却后,加工硬化现象不能完全消除。
特别是热处理强化的铝合金,在快冷后,再结晶过程未能结束,过饱和固溶体也未及彻底分解,仍保留一部分加工硬化和淬火效应。
不经退火直接进行冷轧是有困难的,因此需进行坯料退火。
对于非热处理强化的铝合金,如LF3,退火温度为370~470℃,保温1.5~2.5H后空冷,用于冷拉伸管加工的坯料、退火温度应适当高一些,可选上限温度。
对于可热处理强化的铝合金,如LY11及LY12,坯料退火温度为390~450℃,保温1~3H,随后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到270℃以下再出炉空冷。
三、中间退火中间退火是指冷变形工序之间的退火,其目的是为了消除加工硬化,以利于继续冷加工变形。
一般来说,经过坯料退火后的材料,在承受45~85%的冷变形后,如不进行中间退火而继续冷加工将会发生困难。
中间退火的工艺制度基本上与坯料退火相同。
根据对冷变形程度的要求,中间退火可分为完全退火(总变形量ε≈60~70%),简单退火(ε≤50%)和轻微退火(ε≈30~40%)三种。
铝合金的各种状态说明
铝合金的各种状态说明
铝合金状态通常以数字和字母的组合来表示，其中数字表示不同的处理状态，字母表示具体的处理方法。
以下是一些常见的铝合金状态对照表：
F状态（As Fabricated）：
F状态表示铝合金经过成型工艺（锻造、轧制等）后的未进行热处理的初始状态。
O状态（Annealed）：
O状态表示经过退火处理，提高了铝合金的可塑性，但没有经过其他热处理。
H状态（Strain Hardened）：
H状态表示经过冷加工或拉伸硬化处理。
数字后面的数字表示硬化的程度，例如H14、H32等。
T状态（Thermally Treated）：
T状态表示经过热处理。
数字后面的数字表示具体的热处理过程，例如T6、T651等。
T6：人工时效，人工时效对合金进行固溶处理（加热至高温）后，通过人工冷却来硬化合金。
T651：人工时效后的拉伸应力释放处理，是T6状态的变体，通过在拉伸过程中释放应力，提高了铝合金的稳定性。
T4：自然时效，合金在自然条件下经过一段时间的时效硬化。
T73：T6状态后进行稳定时效处理，以提高合金的抗应力腐蚀裂纹性能。
T81：T8状态的一种变体，通过稳定时效处理提高了抗应力腐蚀裂纹性能。
铝合金状态表示法
铝合金状态表示法铝合金状态表示法根据合金元素含量不同铝板可以分为8个系列分别为1***，2***，3***，4***.5***.6***.7***.8***根据加工工艺不同又可分为冷轧和热轧。
根据厚度不同可以分为薄板和中厚板。
GB/T3880-2006标准中规定厚度0.2毫米一下的称为铝箔。
比较常用的牌号：纯铝板1060 板.带材。
箔材。
厚板，拉伸管。
挤压管。
型。
棒。
冷加工棒材主要用于要求耐蚀性于成形性比较高的场合，但对强度不高的零部件，如化工设备，船舶设备，铁道油罐车，导电体材料，仪器仪表材料，焊条等。
3003：板.带材。
箔材。
厚板，拉伸管。
挤压管。
型。
棒。
线材。
冷加工棒材，冷加工线材，铆钉线材，锻件，箔材，散热片料主要用于加工需要良好的成型性能，高的抗蚀性能，或可焊性好的零部件，或既要求有这些性能的有需要比1***系合金强度高的工件，如运输液体的槽和罐，压力罐，储存装置，热交换器，化工设备，飞机油箱，油路导管，反光板，厨房设备，洗衣机缸体，铆钉，焊丝。
包铝3003合金板材，厚板，拉伸管。
挤压管房屋隔断，顶盖，管路等3004板材，厚板，拉伸管。
挤压管只要用于全铝易拉罐罐身，要求要比3003合金更高的零部件，化工产品生产与储存装置，薄板加工件，建筑挡板，电缆管道，下水道，各种灯具零部件。
包铝的3004合金板材，厚板主要用于房屋隔断，挡板，下水道，工业厂房房屋顶盖5052板材，厚板，板材，箔材，拉伸管，冷加工棒材，冷加工线材，铆钉线材，此合金有良好的成型加工性能，抗腐蚀性，可焊性，疲劳强度与中等的静态强度，用于制造飞机油箱，油管，以及交通车辆，船舶的钣金件，仪表，街灯支架与铆钉线材等。
6061板材，厚材，拉伸管。
挤压管，棒材，型材，线材，导管，轧制或挤压结构型材，冷加工棒材，冷加工线材，铆钉线材，锻件。
要求有一定的强度，抗腐蚀性，可焊性高的各种工业结构件，如制造卡车，塔式建筑，船舶，电车，铁道车辆，家具等用的管，棒材，型材。
术语
c指硬度;
ys指屈服强度;
ts指抗拉强度;
el指延伸率；
ECAP全称为equal-channel angular pressing，即等通道转角挤压，又称ECAE。
2、铝及铝合金产品状态表示法
2.1 基本状态代号，见表1
表1 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。
变形铝及铝合金状态代号
变形铝及铝合金状态代号变形铝及铝合金状态代号是指用于表示铝及铝合金不同处理状态的一种符号体系。
这种符号体系以字母和数字的组合形式来表示，不同的组合代表不同处理状态。
通过这种代号可以方便地识别出铝及铝合金的特定性能和特点，满足不同工艺和工程要求。
一、变形铝的状态代号：1. F：表示未经加工的纯铝或合金铝。
2. O：表示经过软化处理的铝或铝合金，即火法炼铝的状态。
此状态下的铝材具有良好的可塑性和可深冲模性能，但强度低，机械性能较差。
3. H：表示经过硬化处理的铝或铝合金。
这个状态下的铝材通过热处理、冷变形和时效处理等加工工艺达到一定的硬度和强度。
H状态下的铝材分为H1、H2、H3、H4、H6、H8、H9等级，等级越高，硬度和强度也相应增加。
4. T：表示经过热处理的铝或铝合金。
这个状态下的铝材通过热处理工艺，如固溶处理和时效处理等，使其达到一定的强度和硬度。
T 状态下的铝材分为T1、T2、T3、T4、T5、T6等级，等级越高，强度和硬度也相应增加。
5. W：表示经过固溶处理的铝或铝合金，即水溶性合金的状态。
这个状态下的铝材通过固溶处理工艺，使其达到一定的强度和硬度。
W 状态下的铝材分为W1、W2、W3、W4等级，等级越高，强度和硬度也相应增加。
二、铝合金的状态代号：1. T1：经过固溶处理。
2. T2：经过稳定化处理。
3. T3：经过沉淀硬化处理。
4. T4：经过拉伸退火处理。
5. T5：经过人工时效处理。
6. T6：经过人工时效和自然时效处理。
7. T7：经过稳定化处理和沉淀硬化处理。
8. T8：经过拉伸退火和人工时效处理。
9. T9：经过拉伸退火和人工时效处理，再自然时效。
这些状态代号在铝及铝合金的加工和应用中具有重要意义。
比如，在制造航空器和汽车等工业产品中，需要使用高强度的铝合金，因此可以选择T6或T8状态的铝合金；而在制造铝罐、铝包装材料和电线电缆等领域，需要使用具有良好可塑性和深冲性能的铝材，因此可以选择O状态的铝材。
铝合金常用状态
铝合金基本状态代号：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特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定（不常见）O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品（偶尔会出现）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（一般为非热处理强化型材料）W固熔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（不常见）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）加工硬化达到稳定的产品。
T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字（一般为热处理强化型材料）我们常见的非热处理强化型铝合金后面的状态代号一般是字母H加两位数字。
如1100 H14。
下面简单介绍以下状态代号的含义内容。
字母H后面一般跟两位数字：第一位数字表示的就是加工硬化处理的方法。
H后面的第一位数字有：1，2，3，4即H1* H1*表示单纯加工硬化处理H2* H2*表示加工硬化及不完全退火H3* H3*表示加工硬化及稳定化处理H4* H4*表示加工硬化及涂漆处理第二位数字表示的就是材料所达到的硬化程度。
H后面的第二位数字有：1，2，3，4，5，6，7，8，9既H*1 0与2之间的硬度H*2 1/4硬H*3 2与4之间的硬度H*4 1/2硬H*5 4与6之间的硬度H*6 3/4硬H*7 6与8之间的硬度H*8全硬状态H*9超硬状态（H后面跟三个数字的情况不多，只有几个。
H111表示最终退火后又进行了适量的加工硬化。
H112表示适用于热加工成型的产品。
H116表示含镁量≥4.0%的5***系合金制成的产品.）我们常见的热处理强化型铝合金后面的状态代号一般是字母T加添加一位或多位阿拉伯数字表示T的细分状态在T后面添加0—10的阿拉伯数字，表示细分状态（称作TX状态）。
T后面的数字表示对产品的热处理程序。
铝合金及热处理
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各铝牌号代表合金
1系代表有1050：0.3Si 0.4Fe 0.1Cu 0.1Mn 0.1Mg 0.1Zn 0.1V 。 高纯铝(含铝量99.9%以上)主要用于科学试验,化学工业及特殊用途。 抗拉强度 σb (MPa)95～125 ，条件屈服强度 σ0.2 (MPa)≥75，1050主要
特性 为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性，高耐腐蚀 性，良好的焊接性和导电性。热处理工艺 热处理规范1)完全退火：加热 390～430℃，随材料有效厚度不同，保温时间30～120min，以30～50℃/h速 度随炉冷至300℃下，再空冷。2)快速退火，加热350～370℃，随材料有效 厚度不同，保温时间30～120min。空或水冷。 3)淬火和时效:淬火500～ 510℃，空冷，人工时效 95～105℃，3h，空冷，自然时效。应用举例 ：广 泛用于对强度要求不高的产品，如化工仪器，薄板加工件，深拉或旅压凹形 器皿，焊接零件，热交换器，钟表面及盘面，铭牌，厨具，装饰品。
变质处理：变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质 剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒， 达到提高材料性能的目的。
孕育处理：在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长， 达到细化晶粒的目的。 习惯上，向铸铁中加入添加剂称为孕育处理；向有色合金中加入 添加剂则称变质处理。 从本质上说，孕育处理主要影响形核和促进晶粒游离；而变质处 理则是改变晶体的生长机理（抑制长大），从而影响晶体形貌。
铝合金热处理及牌号基本概念
铝合金热处理代号--（名称）
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)
铝合金产品热处理状态
铝型材自然时效——是型材在室温下时效强化，时效时间为1个月以上。
铝合金人工时效——是型材在高于室温的温度下（如185℃）进行时效强化。
常用铝型材热处理状态有T1、T4、T5、T591、T592、T595、T6等。
T4：固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。
适用于固溶热处理后，不再进行冷加工的产品。
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，不经过冷加工，予以人工时效的产品。
变形铝及铝合金状态、代号
1.在T后面添加0~10的阿拉伯数字，表示细分状态（称作TX状态）如下表所示。
T后面的数字表示对产品的热处理程序。
T状态及TXXX状态（消除应力状态外）在TX状态代号后面再添加一位阿拉伯数字（称作TXX状态），或添加两位阿拉伯数字（称作TXXX状态），表示经过了明显改变产品特性（如力学性能、抗腐蚀性能等）的特定工艺处理的状态，如下表所示。
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铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法
―――刘静安教授 06年11月
1、 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)
（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
（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
2、铝及铝合金产品状态表示法
2.1 基本状态代号，见表4
（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O 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。
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
2.3.1 O1——均匀化退火
2.3.2 O2——产品不完全（局部）退火
2.3.3 O3——产品完全退火
2.4 热处理（T）状态代号细分类
2.4.1 TX状态细分及应用，见表7
表7 TX细分状态代号说明与应用
注:某些6×××系的合金,无论是炉内固溶热处理,还是从高温成型过程急冷以保留可溶解组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果,这些合金的T3、T4、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种.
2.4.2 TXX状态及TXXX状态(消除应力状态除外)细分见表8
2.4.3 消除应力状态表示法
在上述TX或TXX或TXXX状态代号后面再添加“51”、或“510”、“511”或“54”表示经历了消除应力处理的产品状态代号,如表9所示:
(如51、52、54),以表示不稳定的固溶热处理及消除应力状态.
2.5我国铝材产品原状态与新状态代号对照见表10
2.6常见产品状态代号举例见表11
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