铝合金热处理PPT课件
铝合金热处理
铝合金热处理特点:众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。
然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。
但这种淬火后的合金，放置一段时间，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。
淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。
时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。
2024 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。
这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。
由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。
硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。
淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。
淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。
沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。
沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。
对铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。
铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。
[3]2024合金属于Al-Cu-Mg系高强度硬铝合金，由于合金板带材的最佳淬火工艺，以达到改善合金性能，控制其具有强度高，耐热性好，成型性优良及耐损伤等特制淬火变形，提高产品质量的目的。
[4]高纯高强铝合金的固溶程度对其性能的影响十分强烈,尽可能地提高固溶程度是提高该类铝合金综合性能的一个有效途径。
[5]但是随温度升高，性能变化有一定的特点，控制升温的速度很关键，主要是由于要虑2024铝合金的共晶温度（504.98C ），高于共晶温度则发生了变化。
铝合金热处理技术-铝合金热处理T6热处理T5热处理T4热处理T7
鋁合金熱處理技術熱處理的定義很廣，凡是人為控制之加熱與冷卻過程，用以改善材料之結構與性質者皆屬於熱處理，所以鑄錠在加工前成形中，或加工後以及鑄件所施之加熱及冷卻過程都叫熱處理，亦包含下式的處理：(1)浸熱(Soaking)，均質化處理(homogenizing)預熱—使鑄塊組織均質化而長時間加熱處理。
(2)再熱(reheating)熱間加工，而加熱處理。
(3)Annealing退火-軟化材料。
(4)Solution heat treatment)溶體化處理，quenching淬火，回火(artificial aging 或temper)—提高材料強度(5)Stabilizing treatment安定化處理鋁合金分為兩大類：(1)Heat treatable alloy(2)Non-heat treatable熱處理鋁合金為2XXX，6XXX，7XXX或2XX.X，3XX.X，7XX.X，其區分是熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發生一種相變化，產生細緻析出物，藉此種析出物，強化材料。
這種現象叫析出硬化或時效硬化。
(Heat treatable alloy =precipitation-hardenable alloy)非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物)，故其強化作用通常借助一般的方法，如因溶體強化，加強化細晶強化。
(1)鋁合金之特性首先我們先討論鋁及其合金的特性來說明鋁及鋁合金為何大量的被運用。
(a)輕~2.7Mg/m，差不多是同體積銅或鋼的1/3重量。
(b)防腐蝕能力強。
(c)可反射輻射能—可見光、輻射熱、電磁波。
(d)導電及導熱能力強，且又是非鐵磁性。
(e)non-sparking(f)無毒性(g)外觀及表面易處理(h)機械性質良好(i)存量多鋁合金的代號甚多，例如：A.A(Aluminum,Association)Al coa：(Alumunum Company of America)，JIS，DIN，BS等等，在我們僅說明 A.A.代號及J.I.S 代號：A.A.代號用四位數字表示1XXX 純鋁系 99.00%以上2XXX Al-Cu3XXX Al-Mn4XXX Al-Si5XXX Al-Mg6XXX Al-Mg-Si7XXX Al-Zn8XXX 前代號以外之系統9XXX 備用J.I.S代號 A2P1A-代表鋁2-表示大區別 1.鋁 2.耐蝕鋁合金 3.高力鋁合金 4.耐熱鋁合金P-表示形狀 P板 R條 E圓板 PC合板 RC合條 T管B棒 W線 S擠壓形材 V卯釘材 F鍛造品H箔 TW熔接管 BC導體1-表示種類特1 特2分別用S.O(2)鋁合金之析出硬化當金屬所受襪力超過其降伏強度時，即發生塑性變形，從內部微結構的觀點來看，變形最主要是由差排(dislocation)再受外力下，開始移動而造成。
铝合金热处理状态
铝合金热处理状态
铝合金热处理状态，这可真是个超级有趣的领域啊！你知道吗，铝合金就像是一个拥有多种技能的超级英雄，而热处理状态就是它展现不同超能力的方式。
铝合金在经过不同的热处理过程后，会发生奇妙的变化。
就好像一个孩子逐渐成长，变得越来越强大和成熟。
比如固溶处理，这就像是给铝合金洗了一个神奇的热水澡，让它的内部结构发生改变，从而获得更好的性能。
时效处理呢，则像是给铝合金施了一个魔法，让它在时间的推移下慢慢变得更加坚韧和耐用。
这难道不令人惊叹吗？
还有退火处理，这简直就是给铝合金来了一场放松之旅，让它消除内部的应力，变得更加温顺和易于加工。
想象一下，这些不同的热处理状态就像是为铝合金打造了不同的性格特点。
有的勇猛刚强，有的温柔坚韧，每一种都有着独特的魅力和用途。
在航空航天领域，铝合金的热处理状态就显得尤为重要。
它要承受巨大的压力和极端的环境，没有合适的热处理状态怎么行呢？这就好比让一个普通人去攀登珠穆朗玛峰，没有经过专业训练和准备，那肯定是不行的啊！
在汽车制造中，铝合金的热处理状态也是关键所在。
它要让汽车既轻便又坚固，既要跑得快又要安全可靠。
这不就像是要求一个运动员既要跑得快又要耐力好吗？
在日常生活中，从我们使用的手机到家里的门窗，铝合金的热处理状态都在默默地发挥着作用。
我们每天都在享受着它带来的便利和好处，却往往没有意识到。
铝合金的热处理状态真的是太神奇了！它让铝合金变得无所不能，在各个领域都大显身手。
我们应该更加深入地了解它，探索它的奥秘，让它为我们的生活带来更多的惊喜和改变。
难道我们不应该这样做吗？。
铝合金热处理-时效
众所周知，固溶热处理过的材料，以时间和温度为主要因素，从过饱和固溶状态产生析出，在此过程中材料的强度增加。
这种现象称为时效现象，它是继固溶热处理的重要的过程。
一般在室温下引起的时效叫做自然时效，在高温下引起的时效叫做人工时效。
前者也称为低温时效，后者也称为高温时效。
在室温时效时，时效速度缓慢不能达到最终值，而在高温时效时，时效速度达到最大值后引起软化。
这种现象称为过时效。
图5 2014，6061合金板材的人工时效条件与强度的关系图5是2014，6061合金板材的高温时效曲线，根据时间和温度的因素来了解淬火时的强度变化。
表4是实用合金的析出处理条件的一个例子。
用日本工业标准标号表示，T4状态为低温时效，T6为高温时效。
某些合金在热加工时就呈固溶状态，不用淬火处理，而只用析出处理也能获得强度。
6063挤压的材料的T5处理是其代表性的处理。
在生产过程中，时效处理时的生产技术上的问题，不比固溶处理时少。
因此更详细些就涉及到时效处理的机理。
如上所述，固溶热处理→室温过饱和固溶→时效→硬化发生性质上的变化，这是由于在过饱和固溶体的分解过程中合金结构发生了变化，因此关于形成什么样的析出相，过去就进行了大量的研究。
现在，对研究最多的了解详细的铝-4%铜合金的强化机理为例加以说明。
图6示出在两种时效条件下铝-4%铜合金析出硬化的区域、中间相的范围与硬度的关系，由此形成过饱和固溶体→G.P(1)→G.P(2)→→→CuAl2的序列。
图6 铝-4%铜合金在2种时效条件下时效硬化时组织对硬度的影响由于在室温那样比较低的温度下形成G.P区，因而在一定的临界温度以上加热时变为不稳定和再固溶。
由于这样原因，在时效硬化时强化的机械性能可以返回到固溶处理后(沾火当时)的软质状态。
这种现象称为回归。
例如，铝-4%铜合金进行常温时效，产生G.P区，如果再把它在200℃下加热1分钟左右，就恢复到淬火后的状态。
时效硬化的机理从位错理论来说，由于存在上述那样的析出质点，可根据位错运动妨害的程度情况来说明。
铝合金热处理原理及工艺
铝合金热处理原理及工艺铝合金是一种广泛应用于工业和日常生活中的材料，它具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。
然而，铝合金的力学性能和耐腐蚀性能可以通过热处理来进一步改善。
热处理是通过加热、保温和冷却等过程，使铝合金的组织结构发生变化，从而达到提高材料性能的目的。
铝合金热处理的原理是基于固溶体和析出相的原理。
铝合金中存在多种不同类型的固溶体相，如α相、β相、θ相等。
这些固溶体相中溶解了一定量的合金元素，通过热处理可以使合金元素溶解或析出，从而改变材料的性能。
热处理除了改变固溶体相的时效效应外，还可以通过形成析出相来增强材料的硬度和强度。
铝合金热处理的工艺包括固溶处理和时效处理。
固溶处理是将铝合金加热到固溶温度，使固溶体中的合金元素溶解到铝基体中，然后快速冷却以保持合金元素的固溶状态。
固溶处理可以使合金元素溶解度增加，晶内析出物减少，提高铝合金的塑性、延展性和韧性。
时效处理是将铝合金在固溶处理后加热到较低的温度，并保持一定时间，使合金元素通过固溶过饱和形成析出相。
时效处理可以增强铝合金的硬度和强度，提高其抗疲劳和耐腐蚀性能。
对于不同的铝合金，热处理工艺也有所不同。
常规的铝合金如2XXX、6XXX和7XXX系列合金，一般采用固溶处理和时效处理相结合的方式进行热处理。
而高强度铝合金如2XXX、7XXX系列合金，由于含有铜、锌等合金元素，在时效处理时需要进行气体调节才能达到最佳的性能。
除了固溶处理和时效处理，还有一些特殊的热处理工艺可用于改善铝合金的性能。
例如，冷变形后的铝合金经再热处理可以恢复其力学性能；退火处理可以消除铝合金的残余应力和改善其韧性；固态调质处理可以在保持铝合金高强度的同时提高其塑性。
这些特殊的热处理工艺可以根据具体要求进行选择和应用。
综上所述，铝合金热处理是通过加热、保温和冷却等工艺，改变铝合金的组织结构和形成析出相，从而提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。
热处理工艺包括固溶处理和时效处理，可根据不同的铝合金类型和要求选择合适的热处理工艺。
铝合金时效分析试验 ppt课件
董立新
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一、实验目的
熟悉铝合金的分类、特性及用途。 掌握变形铝合金的时效处理过程及组织分析。 掌握变形铝合金时效过程的硬度变化。 掌握铝合金的硬度测试。
具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。
铝合金常加入的合金元素主要有：Cu、Mn、Si、Mg、 Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。铝合金 具有高强度，又保持纯铝的优良特性。
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2.2 铝合金的应用
美国F-117隐形战斗机 所用材料大部分是铝合P金PT课件
高比强铝合金机翼
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3） 铸造铝合金（按GB3190-82中的 旧牌号）
包括：Al-Si系：ZL1+两位数顺序号 Al-Cu系：ZL2+两位数顺序号 Al-Mg系：ZL3+两位数顺序号 Al-Zn系：ZL4+两位数顺序号
（1） Al-Si系又称硅铝明。 其中ZL102（ZLlSi12），其中含12%Si，含有铝硅二元
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2.2 铝合金的分类
铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。 可热处理强化
变形铝合金 不可热处理强化
铸造铝合金
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2.3 铝合金的热处理
可热处理强化变形铝合金的热处理方法：
固溶处理+时效 固溶处理——将合金加热到固溶线以上，保温并淬火
后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。
时效——将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度 保温，以析出弥散强化相的处理。
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铝合金的热处理
铝合金的热处理时间:2009-07-30 13:56来源:作者:点击:次铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。
前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。
因为金属型铸件、低压铸造件铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。
前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。
因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。
铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。
一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。
因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面： 1）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力； 2）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能； 3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化； 4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
二、热处理方法1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化，改善合金的塑性。
其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300℃，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。
铝合金热处理-退火
当铝板进行成形加工时，成问题的是表面粗糙，这种现象成为在退火过程中产生粗大晶粒的原因。
决定这种晶粒大小的条件是合金组分和加工过程等软化条件，比如最高加热温度、保持时间及加热速度认为也是主要原因之一。
其中关于加热速度的影响是众所周知，除非常高纯度铝之外，一般加热速度越快，晶粒越细。
为了用快速加热方法达到晶粒细化，采用反射加热方式，从而近来发展了更大规模的和自动化的热处理装置，已经供给实际应用。
图20示出一个例子，称为快速连续热处理，其中用薄板开卷装置、转环型坑式加热装置、水冷却装置、干燥机、矫直机、完工设备、检查设备及卷卷装置等。
图20 快速连续热处理装置加热的方式是：从炉顶和炉床喷射热风，在加热介质中使铝板浮游，即用空气缓冲器夹持，连续地移动。
使用这种装置进行热处理时不仅比用间歇式炉进行软化时能获得更细的再结晶组织，而具有表面质量提高、应变或弯曲减少及能稍微调正一个卷质量的优点。
这种热处理装置在日本也处在普及阶段。
图21 加工过的金属退火时引起的变化冷加工过的材料由于晶体排列不规则，因而具有较高的应变能，但是进行加热时如图22所示，引起晶体再次排列，减少应变能，向稳定状态移动，达到再结晶完了为止。
这样变成最软化的状态称为退火。
对变形材料实行退火，就相当于O状态。
此外，根据加工状态可选择适当程度的退火加热条件。
从图21的强度图中可了解这种情况。
这种处理处在强度对温度的敏感性的虚线范围内，因而温度不严格控制时误差就增大。
这种处理可用在不可热处理合金上(相当于H2n状态)，在相同的程度上与H2n相对应，而采用这种处理时具有延伸率大及深拉加工性良好的优点。
软化曲线很大程度上取决于合金种类和加工过程，特别取决于最终加工率，因此最好每次要求达到正确。
此外，由于退火在冷加工中间进行，因此更多地用最终冷加工率调整状态(相当于H1n状态)，根据目的组成不同的配合。
(2)稳定化处理铝-镁系合金在加工硬化状态下于常温下长时间放置时拉伸强度及屈服点以及抗腐性都有些下降，而延伸率增大。
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常见的热处理缺陷——过烧
2019/11/4
正常淬火组织×400
严重过烧组织×400
2019/11/4
避免过烧的措施
1.掌握不同合金的实际过烧温度
2.严格执行淬火加热工艺规程和准确控制炉温 3.定期检查实际炉温的均匀性和控温仪表的 可靠性
2019/11/4
常见的热处理缺陷——淬火开裂
水温过低
铸件开裂
要点：在不过热过烧条件下，T淬高些，保温t 长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用20～80℃水冷却
时效 工艺
温度：对一定合金，有最佳时效温度. 时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。 方式：单级和多级时效。高强合金常用分级时效
2019/11/4
常见的热处理缺陷
过烧 淬火变形与开裂 机械性能不合格 腐蚀氧化
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程。
加热：一般都是加热到相变温度以上，以获得高温 组织。
保温：使内外温度一致，保证显微组织转变完全。
冷却：随炉冷、空冷、水冷。
温度（℃）
L+α
L
α
α+β
Al 水冷
空冷
时间（t） 随炉冷
2019/11/4
铝合金的主要热处理形式
铝合金的主要热处理形式是退火与淬火时效。
2019/11/4
时效 将淬火后的铝合金，在室温
或低温加热下保温一段时间， 随时间延长其强度、硬度显著 升高而塑性降低的现象，称为 时效。室温下进行的时效称为 自然时效；低温加热下进行的 时效称为人工时效。
2019/11/4
3、影响时效强化的主要因素
固溶 处理
规律：淬火T越高，淬火冷却V越快，转移t越 短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大
屈服强度s0.2/MPa
503 485 461 385 354 316
伸长率δ /%
11.2 10.7 10.3 12.0 11.6 11.0
2019/11/4
淬火
铸铝的淬火冷却介质一般选用热水，以减少铸件的 变形。 对于形状复杂、容易产生变形和裂纹的铸件，以及 要求尺寸稳定性好的铸件，应当在沸水中或热油中 淬火。 铸件形状比较复杂、壁厚相差较大，加热及冷却时 容易发生变形且较难校正，因此加热和淬火速度需 适当减缓。
铝合金热处理
2019/11/4
何谓热处理？
图1：热处理曲线示意图
2019/11/4
热处理的作用
去1/4
图2：二元合金相图
2019/11/4
2019/11/4
固溶体示意图
铝合金的一般相图
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2019/11/4
10
0.5
3
2019/11/4
水温过高
强度不够
常见的热处理缺陷——机械性能不合格
2019/11/4
退 火 塑性不够 产 品
退火温度偏低 保温时间不足 冷却速度过快
常见的热处理缺陷——机械性能不合格
2019/11/4
淬 火 硬度不够 产 品
淬火温度偏低 保温时间不足 转移和冷却过慢
2019/11/4
常见的热处理缺陷——腐蚀氧化
2019/11/4
淬火工艺参数
加热温度：在避免发生过烧的情况下，尽可能提高 加热温度，促使更多的强化相溶入基体。 保温时间：对于含铜及含镁量高的合金，以及砂型 铸造的厚大铸件，应选取较长的淬火加热保温时间。 转移时间：越短越好。
淬火转移时间/s
3 10 20 30 40 60
抗拉强度sh/MPa
533 525 517 460 427 404
在空气炉内进行高温加热，如炉膛内湿度 较大或含有其他有害物质，如硫化物，将 加剧铝制品的高温氧化。 特征：在金属表面形成气泡或在金属内形 成空洞。
2019/11/4
Al-Cu二元合金相图
铸造铝合金
铸造 铝合金
2019/11/4
铝硅系 合金
铝铜系 合金
铝镁系 合金
铝锌系 合金
铸造、机械 性能良好
高温强度高（耐 热），易腐蚀
强度、塑性高 ，耐腐蚀，铸
造时易氧化
强度高，易 腐蚀，价格
低
2019/11/4
热处理工艺
铝合金的热处理
2019/11/4
前者是一种软化处理，消除材料中的内应力 及加工硬化，使组织趋于平衡。 后者属于强化热处理，目的是提高合金的机 械强度。
2019/11/4
淬火（固溶处理）
将铝合金加热到固溶线以上保温一 段时间，使铝合金中的强化相溶入基体， 随后快冷，以抑制强化相在冷却过程中 重新析出，从而获得一种过饱和的以铝 为基的固溶体。淬火后铝合金的强度和 硬度不高，具有很好的塑性。