关于铝合金热处理工艺的分析

万茹涛

摘 要：随着当前航天技术的飞速发展，很多的制造技术得到了较好的发展，其中铝合金（超塑性）结构是飞行器设计中极其重要的技术，本文首先分析了国内外对铝合金热处理工艺的研究现状，同时阐述了铝合金热处理工艺，最后总结了铝合金热处理工艺问题的解决途径。

关键词：铝合金 热处理工艺 研究现状 解决措施

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0103-02

随着现代航空业、汽车行业的高速发展，铝合金材料得到了较好的应用，通过利用先进的工艺能够有效地改善铝合金的性能，目前，我国改善铝合金性能的途径主要包括：调整元素含量（组元比值）、使用特殊的工艺、减少Fe、Si等杂质的含量、添加结晶抑制剂、热工艺处理技术等，本文主要分析的是中间形变热处理工艺（ITMT）和最终形变热处理（FIMT）工艺技术。

1 国内外对铝合金热处理工艺的研究现状

1.1 国内外对中间形变热处理工艺（ITMT）的研究现状

国外对铝合金中间形变热处理工艺（ITMT）的开发和研究主要集中在7000系的铝合金，热处理主要包括优化结晶分数、改进结晶粒的尺寸等。对早期的AA7075型的铝合金处理，采用的是冷轧和再结晶退火两者相结合的工艺，通过深冲、单轴拉伸发现，这类工艺能够提升7075板材的性能。采取挤压AA7000系列的板材，进行冷轧和再结晶处理技术，能够减少结构内的体积分数，提升板材的性能。

国内的中间形变热处理工艺（ITMT），主要是通过利用超塑预处理工艺，能够促使铝合金的横向、纵向晶粒达到30μm，将铝合金的性能提升了25.8%，针对其他系列的铝合金，热处理工艺也有所涉及，过时效温度和终扎温度能够提升铝合金的结晶性能，高过时效温度还能有效地细化晶粒，提高铝合金的抗拉强度、屈服强度。

1.2 国内外對最终形变热处理（FIMT）工艺研究现状

同中间形变热处理工艺（ITMT）比较类似，最终形变热处理（FIMT）工艺也应用在沉淀强化型号的铝合金中，例如：AL-LI系列的铝合金、7000系列、2000系列。

国外对最终形变热处理（FIMT）工艺研究主要是针对不同厚度、不同纯度的铝合金，国外学者研究了固溶后变形的铝合金2024系列和7A04系列，实验之后发现最终形变热处理（FIMT）工艺能够加速时效影响，对2024系列的铝合金强度提升效果显著，但是对7A04系列的铝合金没有明显的效果，反而降低了7A04的延伸率，通过分析得知，主要是因为大的冷形变所带来的高密度加剧了相的粗化。

通过本文上述分析能够得知，中间形变热处理工艺（ITMT）在确保强度的基础上，提升了铝合金的塑性，最终形变热处理（FIMT）工艺虽然能够提升铝合金的强度，但是对导致铝合金失去一部分塑性。

2 铝合金热处理工艺

本文阐述的铝合金热处理工艺主要是为最终形变热处理（FIMT）工艺技术、中间形变热处理工艺（ITMT）技术两类，具体如下。

2.1 中间形变热处理工艺（ITMT）

中间形变热处理工艺（ITMT）是在机械热处理工艺的基础上，将变形和热处理结合的工艺技术，其目的是为了提升铝合金的性能。同中间形变热处理工艺技术不同的是，这类技术适用于T6、7451等系列的铝合金处理。

通过使用中间形变热处理工艺（ITMT）技术，能够使得7075系列的铝合金尺寸达到30μm、15μm，可以将厚度为25.4mm板材的延伸率提高52.3%.在国内相关学者的探讨下，研发出塑性预处理技术，利用过时效方式，对固溶淬火后的材料实施预处理，在中温环境下变形，最后进行结晶处理。这类工艺技术将7075系列的铝合金晶粒细化到了10μm之下，提升了该系列铝合金的超塑性、延伸率。

2.2 最终形变热处理（FIMT）工艺技术

最终形变热处理（FIMT）工艺技术最大的特点是将形变和时效强化工艺相结合，目前使用最普遍的工艺流程有两种；（1）淬火—自然时效—变形—再时效处理，如图1（a）所示；（2）淬火—变形—时效，如图1（b）所示。

最终形变热处理（FIMT）工艺技术在使用过程中，会出现大量的位错现象，主要是因为铝合金中的原子（溶质）会产生一些低压稳定气团，气团出现钉扎作用时，会影响位错的移动性，在此基础上就能够提升铝合金的强度，变形产生的位错缺陷，能够加速时效的分析速度，促使析出的相分布均匀。

利用沉淀热化反应，首先需要加热、快速冷却，形成一种过饱和的固溶体，这类工艺为固溶热处理工艺。采取这类工艺的目的是为了将合金的硬化元素融入固溶中，此工艺还包括将合金加热到足够温度，确保温度长时间保温，接着在水中快速冷却。简单而言，提升铝合金的强度、硬度热处理工艺，主要包括：（1）在固溶热处理工艺中，实现可溶相溶解；（2）淬火，在此工艺环节形成过饱和的固溶液；（3）在自然时效、人工时效（沉淀热处理时效）中，确保溶质原子沉淀析出。

3 铝合金热处理工艺问题的解决途径

虽说热处理工艺技术得到了普遍的应用且应用效果也比较显著，但不可否认的是，相比西方发达国家，我国的热处理工艺技术的理论还存在着较大的缺陷，在工业生产的应用中还需要理论支持、实验验证，因此，相关的科技人员必须要加强对热处理工艺机理的研究力度。例如：国外学者就建立了热处理工艺技术在不同系列铝合金中的使用，将时效性、析出预设时间、应变、再结晶抑制剂等融入在模型内，最终模型预测的结晶尺寸、实验结果误差较小。国内可以借鉴此方法，不断地完善热处理工艺技术，提升我国热处理工艺技术水平。

与此同时，针对热处理工艺技术在7000系列铝合金中的使用，析出阶段产生的相（S），可以在调整成分的基础上进行改善。在7075系列的铝合金中使用热处理工艺技术，能够实现大晶粒、小晶粒共存的现象，这类现象能够改变铝合金材料的塑性。

通过本文的分析能够得知，热处理工艺技术对铝合金材料的力学、疲劳性、抗腐蚀性等方面影响均存在着较大的差异，为了减少这类差异，扩展热处理工艺的使用范围，需要不断地完善热处理工艺的机理，探索出一套能够适用于不同系列的铝合金热处理技术。

4 结语

综上所述，铝合金的热处理工艺能够在提升晶粒塑性的基础上，改善铝合金板材的延伸率，以提升铝合金的韧性。同其他的铝合金处理技术相比较，热处理技术的工艺比较简单，适用面较广。但是热处理工艺中的ITMT工艺加工周期较长，不适用于工业化生产，虽说FTMT工艺技术的效果显著，但是工艺难度较大。这就要求相关的学者、专家不断地研究热处理工艺，发挥铝合金材料的优势，促进铝合金热处理技术更好地应用在工业化生产中。

参考文献

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