在线热处理技术在铝挤压中的运用探讨

郝先芃，邹 超

（龙口市丛林铝材有限公司技术部，山东 龙口 265705）

所谓“热处理”，主要是指把金属材料置于特定的介质当中，经过加热、保温以及冷却等过程，使得材料内部或者表面的金相组织结构发生变化，从而实现对其性能进行控制的金属热加工技术。铝挤压在线热处理技术是借助挤压形成的余热，在挤压机前梁出口位置处对其进行迅速冷却，以实现热处理强化的目标。可以按照不同制品对于冷却速率要求的差异以及合金特性的差异，来选择使用水浴冷却、喷水冷却、水雾冷却以及风冷等相应的冷却措施。

1 铝合金热处理概述

1.1 铝合金热处理的特征

所谓“铝合金热处理”，主要指的是选择使用某种热处理规范，调控加热速率增长至某对应温度时保温特定时间，再以事先设置好的速度进行冷却，从而使得合金组织发生变化，其根本目标在于加强合金自身的力学性能、提高合金的耐腐蚀性、增强合金的加工性能、得到更加稳定的尺寸。大家所熟知的是，针对碳元素占比较大的钢材，通过淬火处理后即刻就可以得到较高的硬度，但是其塑性却比较低。但是，铝合金却并非如此，铝合金材料通过淬火处理以后，其硬度和强度并不会即刻增加，同时塑性不仅并非降低，反而有不同程度的提高。然而经过此类淬火处理得到的合金，放置特定时间(比如4～6天)以后，其硬度与强度就会有比较明显的提升，并且塑性会有较为显著的下降。淬火处理后，铝合金的硬度和强度随着时间迁移而明显提升的情况，被人们称作“时效”；常温环境下形成的时效为“自然时效”，非常温环境下（如100℃～200℃）形成的时效为“人工时效”。

1.2 铝合金挤压在线热处理的工作原理

铝是十分活泼的，基本上可以和任何气体产生反应。除惰性气体以外，铝合金是否能够准确熔炼对于熔体质量优劣有着决定性的影响，金属吸气通常会导致铸锭在凝固时无法及时完全排除。在铝合金具体熔炼环节，炉料由于受热而逐渐发生熔化，导致铸锭内部组织发生的缺陷在碰到反应金属后就无法再还原，获得液态金属。在该过程中，可以实现金属氧化的目标，或许会对金属性能产生负面的影响。这时，遭受烧损破坏的金属，则会导致合金的化学成分出现变化，而且还增加了氧化夹渣产生的几率，对铝合金铸锭的运用效果有极其严重的影响，同时在此过程中还会形成不同数量的气孔[1]。在如此的机制干扰下，会对铝合金铸锭造成影响，导致其实践过程中所需要的产品加工质量无法得到保证。并且，由于铝具备较好的活性，使其能够在特定的熔炼温度环境下与碳氢化合物、水等产生化学反应，同时经由对连续熔炼法的合理应用，可以达到熔炼作业需求。在铝合金熔炼过程中，为了防止产生铝合金铸锭废品，确保产品的质量，应当减少铝合金熔炼作业时熔体所停留的时间，同时严格控制整个熔炼过程，将气孔产生的几率控制在最低水平。

2 在线热处理技术在铝挤压中的运用

2.1 退火处理

2.1.1 去应力退火

对于塑性变形工件、切削加工件、焊接件以及铸件等工件来说，其通常有着比较大的残余内应力，此不但使得应力有更加大的腐蚀性，而且还严重影响了机械性能与组织的稳定性。所以，应当开展应力退火处理，也就是把铝合金材料加热至某个相对较低的温度，维持特定时间以后再慢慢冷却，该过程的主要目标是在升高温度的过程中提高原子的活动能力，进而消除或者是尽量减少晶体晶格当中的部分缺陷，并且还可以使得晶格的扭曲能量有所下降。通过去应力退火处理，能够有效控制晶格的弹性畸变，降低内应力，不仅降低了腐蚀倾向、确保尺寸稳定，而且还保证了其硬度及强度。

2.1.2 再结晶退火

所谓“再结晶退火”，也就是把铝合金材料的温度加热超过再结晶温度，维持特定时间以后再慢慢冷却，其主要目标在于细化晶粒、降低合金硬度、消除内应力、加强塑性形变能力[2]。为了能够得到细晶粒组织，应当严格控制加热速度、加热温度以及保温时间。对于相同类型的合金而言，在加热温度比较高的条件下，需要适当减少保温时间，防止出现聚集再结晶现象进而导致晶粒长大；在加热温度比较低的条件下，需要适当增加保温时间，由此保证再结晶的完全性，可以得到均匀、细小的组织。

2.1.3 均匀化退火

在铸锭或者铸件浇注过程中，如果冷却速率比较快，就会造成结晶无法在平衡状态下完成，如此通常会引起部分缺陷，比如：不平衡共晶体、偏析、硬脆相沿晶界分布以及第二相晶粒粗大等等，进而会对合金的硬度、强度等性能产生较大的影响。所以，为了防止上述问题的出现，应当展开均匀化退火，也就是把合金加热至与熔点无限接近的温度，维持特定时间以后再慢慢冷却。均匀化处理实际上就是原子不断扩散的过程，所以又被称作“扩散退火”，应保证其质量，主要就是控制好保温时间以及加热温度。

2.2 固溶处理

铝合金材料的固溶处理，事实上就是让溶质原子均匀地融入到铝基体当中，借此得到过饱和的固溶体，为后续的时效奠定基础。如果淬火的温度比较高，则其冷却速度也是比较快的，也就会得到饱和度越大的合金，有益于合金在后续时效的沉淀析出，可以明显增强合金的力学性能。但是，如果淬火的温度过高，则就会导致铝合金晶粒粗大，同时或许会出现过烧；如果淬火冷却的速度过快，则会造成合金由于为均匀冷却而出现挠曲形变。对于此，需要强化对铝合TTP曲线当中淬火敏感性区间的研究，如此有利于设计出高效的淬火工艺以及采取对应的在线淬火手段以加强合金的性能。为了能够达到有些铝合金制品对于性能的独特需求，对于淬火敏感性比较高的铝合金制品还应当进行离线固溶处理。

2.3 淬火时效

淬火实际上就是尽量把铝合金材料加热到比较高的温度（通常是在500℃～570℃范围内），同时在此温度下维持比较长的时间，而后迅速将刚凝固的、依然处于高温状态的铝铸件直接淬入油或者水当中，使得固溶体呈现为过饱和状态，同时辅以人工时效，进而确保固溶体可以得到最好的强化效果。正常情况下，固溶化处理时的温度越高，其也就越会接近固相线温度或者共晶转变温度，同样会的获得更加好的淬火效果。然而需引起注意的是，因为铸件的冷却速率过快，合金在非平衡状态下结晶会产生非平衡的共晶体，所以，需要保证淬火的温度小于熔点共晶的熔点。对于此问题，可以使用分级加温的方法，初始温度需要保证低于共晶温度5℃～10℃，确保构成共晶体的第二相可以高效溶入固溶体当中，再不断加热到与固相线无限接近的温度，加以短期保温处理，尽量把余下的第二相溶入到固溶体当中，如此不仅防止了“过烧”问题的发生，同时还可以得到较强的机械性能。除此以外，在固溶化处理过程中，强化相溶入固溶体所用的时间直接决定了保温的时间。正常状况下，铝合金中强化相溶入到固溶体中的速率愈快，保温时间也就愈少，例如较金属型与薄壁铸件而言，砂型与厚壁铸件通常有更加久的保温时间；铝合金中的强化相通常会快速扩散，则可对应减少其保温时间。

2.4 回归再时效

回归再时效，也可称作“RRA处理”，其主要包含三个不同的过程：首先，在温度比较低的条件下展开峰值时效；其次，在温度较高的环境下实施短时回归；最后，在温度较低的环境下实施再时效。前两步与双极时效极其相似，增加第三步，根本目标在于增强合金的强度，同时维持第二步的合金抗腐蚀性[3]。

3 在线热处理技术在铝挤压中运用的注意事项

第一，避免出现粗大晶粒。在铝合金材料热处理过程中，首先应当引起注意的就是粗大晶粒的问题。在对铝合金进行热处理时，并未依据规定的操作流程，例如温度过低或者过高、温度掌控不到位等状况的出现，再有淬火工作不合格等，均或许会造成粗大晶粒问题的产生。第二，防范“过烧”现象。铝合金热处理第二个要注意的事项就是“过烧”的问题，其通常指的是对于温度的严格掌控。在对铝合金进行热处理时，应当严格掌控铝合金材料的熔点或者淬火温度，根据标准化流程来操作，避免出现“过烧”问题，导致铝合金材料的性能无法达到相应的要求，进而造成资源的严重浪费，同样在无形中加大了工作负担，严重影响了铝合金加工的效率。所以，在铝合金热处理过程中必须要完成好“过烧”问题的防范工作。第三，重视规范性操作。规范性操作是铝合金挤压热处理过程中最应该引起重视的问题，由于铝合金热处理是极其繁杂、并且对精细程度有严格要求的过程。在铝合金挤压热处理过程中，应当预先对重要步骤进行“演习”，掌握好核心节点，例如性能、熔点以及时效等的把握，各相关操作过程的规范性对通过热处理后得到的合金的性能有着决定性的影响。所以，在热处理作业开始以前，必须要熟悉和掌握铝合金自身的各项性能，完成好流程设计工作，完全根据制定好的流程来操作，实现全流程的严格把关。

4 结论

综上所述，伴随科学技术的不断创新，人们对于铝合金材料的用途及要求同样在不断提高。得益于铝材加工工艺的创新，进而使铝合金材料能够广泛运用于各个领域当中；尤其是神七成功升空以后，铝合金材料备受航空、航天、通信、电子、汽车、航海以及建筑等行业的青睐。铝挤压在线热处理技术的日益成熟，在很大程度上拓宽了铝合金材料的应用范畴，促使其可以运用于各式各样的环境下。