2219铝合金板材形变热处理中预变形对微观组织和力学性能的影响_英文_

Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) s370?

s375

Effect of pre-deformation on microstructure and mechanical properties of

2219 aluminum alloy sheet by thermomechanical treatment

AN Li-hui 1,2

, CAI Yang 1

, LIU Wei 1

, YUAN Shi-jian 1, ZHU Shi-qiang 2, MENG Fan-cheng 2

1. National Key Laboratory for Precision Hot Processing of Metals,

Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;

2. Capital Aerospace Machinery Company, Beijing 100076, China

Received 28 August 2012; accepted 25 October 2012

Abstract: Thermomechanical treatment is usually used to achieve good mechanical properties and microstructure of metal materials. The effect of pre-deformation on the microstructure and mechanical properties of 2219 aluminum alloy sheet by TMT process was investigated. The studies show that the yield strength and tensile strength increase firstly and decrease with the increase of pre-deformation under a certain heat treatment condition and total deformation. The tensile strength of 2219 aluminum alloy sheet reaches the maximum value when the pre-deformation is about 2%. It is also found that the very fine Al 2Cu appears inside the grain, which is the precipitated phase for the strengthening of the 2219 aluminium alloy.

Key words: 2219 aluminum alloy; thermomechanical treatment (TMT); pre-deformation; precipitation strengthening; mechanical properties

1 Introduction

High performance aluminum alloy is widely used in the fields of aviation and aerospace to manufacture some main structures and key components of airplane or aircraft for its characteristics of low density and high strength. Generally, the high performance mechanical properties of this kind of aluminium alloy can be achieved by thermomechanical treatment (TMT) process, which includes three main procedures of solid solution-quenching, plastic deformation and aging [1]. TMT process can give the excellent performance of material by taking advantage of its deformation strengthening during plastic deformation and the transformation strengthening during heat treatment [2]. For example, TMT process can refine the precipitated phase significantly [3], and produce mesh substructure by the intertwined dislocation with precipitated phase, which can improve the mechanical properties of the 2014 aluminum alloy greatly [4]. Plastic deformation process may be useful in the effect of aging process, which is helpful to improve the mechanical properties of 2519A

aluminium alloy and refine the precipitated phase of alloys notably [5,6].

The mechanism of TMT process has been revealed by some studies that the plastic deformation in the phase of heat transition can increase the lattice defects, which has an great effect on the kinetics of the precipitated phase transition [7,8]. The typical lattice defects include dislocation, vacancy, stacking fault, small angle grain boundary, and high angle grain boundary, etc. So, as the results, plastic deformation can form greater area of dislocation networks, make the grain boundary distribution more uniform, and achieve best microstructure and properties of aluminum alloy. What’s more, some studies also show that the pre-deformation before heat treatment is crucial for TMT process [9?14]. However, there are few study results available concerning the effect of the pre-deformation degree and the strengthening rule of pre-deformation on the phase transition and microstructure.

Therefore, the effect of pre-deformation on microstructure and mechanical properties of 2219 aluminum alloy sheet in TMT process was investigated in this work. The flat rectangular blank was stretched at

Foundation item: Project (NCET-11-0799) supported by the Program for New Century Excellent Talents in University of China; Project

(HIT.BRETIII.201204) supported by Fundamental Research Funds for the Central Universities of China; Project (2011ZX04001-011) supported by the High-end CNC Machine Tools and Basic Manufacturing Equipment Technology Major Project

Corresponding author: CAI Yang; Tel: +86-451-86414761; E-mail: 108caiyang@https://www.wendangku.net/doc/c41414588.html, DOI: 10.1016/S1003-6326(12)61733-6

AN Li-hui, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) s370?s375 s371

different degrees of pre-deformation with a specially designed setup and the tested specimens were cut off from the pre-deformed blank and the strain of the tested specimens was measured by grid analysis method. Then, the mechanical properties of the test specimen were determined by using uniaxial tensile test. The fracture morphology was observed with scanning electron microscope (SEM), and substructure was analyzed with transmission electron microscope (TEM).

2 Experimental

2.1 Material

The material used in this experiment is 2219 aluminum alloy sheet under annealed condition with 6.5

mm in thickness. The main chemical constituent is listed

in Table 1.

Table 1 Chemical composition of 2219 Al alloy sheet (mass

fraction, %)

Cu Mn Si Fe Mg 5.80?6.80 0.20?0.40 0.20?0.40 0.30

0.02

Zn Zr Ti V

Impurities

0.10 0.10

?0.25 0.02?0.10 0.05?0.25 ≤0.05

2.2 TMT process with pre-deformation

Figure 1 shows the main procedures of pre-deformation TMT process. A pre-deformation procedure was added before the heat treatment of traditional TMT process. The degree of pre-deformation was controlled from 0 to 12% and the total deformation of the whole process was kept at 12% in order to investigate the effect of deformation on mechanical properties. Furthermore, the same heat treatment condition was followed during each test, as listed in Table 2. The interval time between solution and artificial aging did not exceed 60 min.

Fig. 1 Schematic diagram of TMT process with pre- deformation

Table 2 Parameters of TMT process of 2219 aluminum alloy

Process Temperature Time Solution 535 °C 55 min

Quenching

Room temperature, Water quenching

Less than 10 s

Aging 175 °C

18 h

2.3 Deformation method

In order to study the pre-deformation (

P

d ) befor

e heat treatment and the total deformation (T d ) o

f TMT process, a special experimental setup was developed to produce uniaxial tensile test specimens with different plastic deformations, as shown in Fig. 2. To begin with,

the blank was held closely by the upper and lower blank holders without any material flow-in. Then, the blank was stretched by the drawing of a cylindrical surface punch. By this method, the value and distribution of plastic deformation on blank can be controlled by the drawing height and the shape of the punch.

Fig. 2 Diagram of deformation experimental setup

In this work, a rectangular blank with length of 360 mm and width of 160 mm was used in the experiments, and the circular grid with 5 mm in diameter was printed on both sides of the blank by electric corrosion method, then after the TMT process the test specimens for uniaxial tensile test were cut off from the deformed blank, as shown in Fig. 3.

Fig. 3 Diagram of test specimen after pre-deformation

2.4 Test methods

Grid strain test was carried out to measure and analyze the deformation of test specimen after pre-deformation and artificial aging, respectively. The photos of the deformed grids were captured by a digital camera and distinguished through the ASAME software. The final strain results were output by ASAME software.

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Uniaxial tensile test was carried out to determine the

mechanical properties of tested specimen after TMT

process. Tensile specimen was cut along the rolling

direction, as shown in Fig. 3, which is perpendicular to

the deformation direction. The specimen geometry was

designed according to the standard GB/T 228—2002.

Instron-1186 electronic universal testing machine was

used for tensile test with drawing speed of 5 mm/min.

Finally, fracture morphology was observed with

scanning electron microscope, and substructure was

analyzed with transmission electron microscope.

3 Results

3.1 Mechanical properties

The results of mechanical properties by uniaxial

tensile test are given in Table 3.

Table 3 Mechanical properties of tensile tested samples

Pre-deformation,

P d/% Total

deformation,

T d/%

Yield

strength/

MPa

Tensile

strength/

MPa

Elongation

/%

0.69 11.27

269.75

365.72

19.83

1.63 11.67

288.62

387.96

16.83

3.31 11.98

267.09

353.83

15.90

6.63 11.48

260.81

355.57

15.90

9.12 11.45

256.33

357.34

15.22

Figure 4 shows the effect of pre-deformation on the final mechanical properties of test specimen after TMT process in the case of equal total deformation for 2219 aluminum alloy blank. The tensile strength and yield strength increase firstly and then decrease with the increase of pre-deformation. The tensile strength and yield strength increase significantly when the pre-deformation is lower than 2%. The maximum tensile strength is 387.96 MPa, and yield strength is 288.62 MPa, when the pre-deformation degree is 1.63%. The elongation decreases obviously and then changes very little when the pre-deformation exceeds 2%, and the minimum elongation is about 16%.

3.2 Tensile fracture morphology

Figure 5 shows the SEM images of tensile fracture morphology of 2219 aluminum alloy after TMT process.

It can be seen that fracture surfaces were full of dimples

in different deformation conditions. The fracture mechanism is the fracture mode by congregation of micro-cavity. It is easy to find that a little pre-deformation can make the tensile fracture morphology change obviously when the total deformation is about 6.5%, as shown in Fig. 5(a) and Fig. 5(b). In comparison, the size of dimple shown in

Fig. 4 Effect of pre-deformation on mechanical properties: (a) Strength; (b) Elongation

Fig. 5(b) is smaller than that in Fig. 5(a), the depth of dimple is much shallower and its distribution is more uniform. When the total deformation is about 11.5%, the similar observation is found from Fig. 5(c) and Fig. 5(d). The reason is that smaller second-phase particles are brought by pre-deformation during TMT process.

3.3 Microstructure

Figure 6 shows the TEM images of the grains for test specimen after TMT process. Figure 6(a) shows a TEM image of sheet inside the grains when the pre-deformation is 0 and total deformation is 9.76%. Figure 6(b) shows a TEM image of sheet inside the grains when the pre-deformation is 1.13% and total deformation is 9.41%. It can be found that there are many orthogonal flaky precipitated phases inside the grains for the 2219 aluminum alloy after TMT which mainly act as the obstacles for deforming easily. These dense precipitated phases growing orthogonally in the α-matrix make the dislocation motion become difficult, which leads to further deformation conducting hardly. The direct result is that sheet gets to be strengthened. Through observing the density of precipitated phases in two TEM images, it can be seen that the precipitated

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Fig. 5 Tensile fracture morphologies in different conditions: (a) P d =0, T d =6.76%; (b) P d =1.3%, T d =6.26%; (c) P d =1%, T d =11.12%; (d) P d =1.63%, T d =11.67%

Fig. 6 TEM images of grains: (a) P d =0, T d =9.76%; (b) P d =1.13%, T d =9.41%

phase becomes dense. The results reflect that the pre-deformation promotes the precipitated phase to precipitate after the TMT process, so it has a better strengthening effect.

The reason for the pre-deformation promoting the precipitated phase to precipitate after the TMT process is that extensive dislocation inside the sheet is produced during pre-deformation process before solution, which

leads to the density of vacancy increasing. The increasing density of vacancy makes activation energy of the precipitated phase formation decrease, which leads to the solute atoms spreading easier, and the θ′ nucleation sites increasing, so that the substructure in the crystal becomes refined.

Figure 7(a) shows the TEM image at the grain boundary when the pre-deformation is 0 and the total

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deformation is 9.76%. Figure 7(b) shows the TEM image at the grain boundary when the pre-deformation is 1.13% and the total deformation is 9.41%. A new different granular precipitated phase can be found at the grain boundary of 2219 aluminum alloy sheet after TMT process, the size is bigger and quantity is less compared with precipitated phase inside grain. The diffraction pattern illustrates that the strength phase is Al2Cu. From the two TEM images, it can be known that the quantity of precipitated phase at the grain boundaries is greater, whose grain boundaries are effective to impede the

Fig. 7 TEM images at grain boundaries: (a) P d=0, T d=9.76%;

(b) P d=1.13%, T d=9.41%

Fig. 8 Diffraction patterns of θ′ phase dislocation to move. Generally, the relationship is positively proportional between the quantity of precipitation phase at grain boundary and the ability to impede dislocation motion. That’s why the strength is higher, which is in line with the mechanical properties. Therefore, pre-deformation makes 2219 aluminum alloy strengthened during TMT.

In addition, it can be found from two TEM images that clear free zones of the precipitation occur when the pre-deformation is 0 and the total deformation is 9.76%. However, precipitation free zones shown in Fig. 7(b) are thinner or not obvious. Generally, the reason for the appearance of precipitation free zones is that the supersaturated vacancy by water quenching is easy to slide into the grain boundary, so that solute concentration is very low at the grain boundary, which is bad for the precipitation of the phase, and then precipitation free zones appear. WAGN et al [15] pointed out that the solute atoms dissolve faster at the grain boundaries, and dissolution phase absorbs solute atoms at the grain boundaries, which produces the precipitate-free zones at the grain boundaries. In the precipitate-free zones, the more the quantity of precipitation phase on the grain boundaries, the fewer the degree of transgranular fracture and the worse the plasticity of the alloy. This conclusion is consistent with the mechanical property testing that pre-deformation makes plasticity of 2219 aluminum become poor.

4 Conclusions

1) The strength of test specimen increases firstly and then decreases with the increase of pre-deformation, when the total deformation is kept at about 12%. The maximum tensile strength and yield strength are obtained when the pre-deformation is about 2%.

2) The strength phase is Al2Cu which precipitates inside the grains, and grows orthogonally and distributes dispersively.

3) Pre-deformation can make the distribution of precipitated phase more dispersive. The reason is that the pre-deformation can promote more nucleation sites in solution, and more second phases precipitate in aging. Therefore, motion of dislocation is pinned and the strength of the sheet increases.

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.

2219铝合金板材形变热处理中预变形对

微观组织和力学性能的影响

安利辉1,2，蔡洋1，刘伟1，苑世剑1，祝世强2，孟凡成2

1.哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨 150001；

2. 首都航天机械公司，北京 100076

摘 要：形变热处理(TMT)是一种能够使金属材料获得最终优良性能和微观结构的工艺方法。研究2219铝合金板材在两次形变热处理工艺中预变形量对其力学性能及组织的影响。研究表明，经过两次形变热处理的铝合金板材的屈服强度和抗拉强度随着第一次变形的变形量先增大后减小；第一次变形量为2%左右时，强度达到最高值。通过微观组织观察，发现经过形变热处理的2219铝合金板材内部有Al2Cu相析出，在经过第一次变形量为2%的两次形变热处理时，板材中的析出相最细密，因此，2219铝合金得以强化。

关键词：2219铝合金；形变热处理(TMT)；预变形；析出强化；力学性能

(Edited by YANG Bing)

铝合金的热处理工艺

铝合金的热处理 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280-300C，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。 2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在 500C以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100C 的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固溶处理或冷处理。 3、时效处理 时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。 合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-P I区）和G-P I区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-P H区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的G-P H区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效强化在室温下进行的时

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定的速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1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（如4～6昼夜后），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。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 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。图3－1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％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G?P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P（Ⅰ）区。G?P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化－形成G?P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时

铝合金热处理原理

铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 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（如4～6昼夜后），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。 铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 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。图3－1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％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 形成稳定的θ相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的

变形铝合金时效热处理相关知识汇总精品

【关键字】台阶、方法、条件、机制、有效、深入、继续、尽快、平衡、良好、加深、发现、了解、研究、措施、稳定、基础、倾向、制度、作用、标准、结构、关系、形成、满足、强化、调整、改善、加快、取决于、提高、转变、减轻、有序化 变形铝合金时效热处理相关知识汇总（1）时效 aging 经固溶处理或冷变形后的合金，在室温或高于室温下，组织和性能随时间延续而变化，硬度、强度增高，塑性、韧性降低的现象。在室温下发生时效称自然时效。高于室温发生时效称人工时效。时效现象除铝铜合金外，在钢、铜合金，铁基、镍基、钴基高温合金中普遍存在，是提高合金强度的重要方法。低碳钢冷变形后在常温长时放置即出现屈服强度提高。硬铝合金经高温(520℃)淬火后在100～200℃时效，可获得最佳的强化效果。马氏体时效钢，沉淀硬化不锈钢，铁基、镍基、钴基高温合金均可在固溶处理后选择不同温度时效处理，可以从中获得最佳的组织和性能。 （2）时效处理 aging treatment 过饱和固溶体合金在室温或加热至一定温度保温，使溶质组元富集或析出第二相的热处理工艺。常温下时效称自然时效。高于室温加热时效称人工时效。时效析出第二相获得强化的现象称时效强化。低于或高于强化峰值温度的时效分别称为亚时效与过时效处理。形变后时效称形变时效或直接时效。在应力下时效称应力时效。强化效果取决于析出第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素。广泛用于铝合金、钛合金、高温合金、沉淀硬化钢、马氏体时效钢等。铝合金时效硬化峰值出现在溶质组元的富集G-P区(Ⅱ)末期。时效处理是强化合金的有效方法，可显著提高合金的强度和硬度，调整时效温度、时间可使合金的组织、性能满足使用要求，获得高的屈服强度、

铝及铝合金热处理工艺

铝及铝合金热处理工艺

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。 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。自然时效：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。人工时效：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。

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 作者：中国铝板带箔信息中心日期：2006-12-16 点击数：284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1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（如4～6昼夜后），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。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 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。图3－1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％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 作者:中国铝板带箔信息中心日期:2006-12-16 点击数:284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1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(如4,6昼夜后)，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。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 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。图3,1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,。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程: 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区,G?P(?)区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P(?)区。G?P(?)区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化,形成G?P(?)区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P(?)区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P(?)区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P(?)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P(?)区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1:2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基

铝合金热处理

T651铝板?-T651是铝合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好。? -T651是铝合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 -T651代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 轻有色金属指密度小于/cm3 的有色金属材料，包括铝、镁、钠钾钙锶钡等纯金属及其台金。这类金属的共同特点是：密度小? /cm3) ，化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。其中在工业上应用最为广泛的是铝及铝合金，目前它的产量已超过有色金属材料总产量的1/3 。以铝位代表的系列铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。广泛应用于要求有一定强度和抗蚀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。?T651铝板其主要化学成分为：铜Cu :锰Mn : 镁Mg :～锌Zn : 铬Cr :～钛Ti : 硅Si :～铁Fe : 铝Al :余量他们是四位数字表示的以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金。第一位是数字，用以区分组别。后两位用于区分同一组别系列内的材料牌号，没有特殊意义。 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)

常用变形铝合金退火热处理工艺规范标准

常用变形铝合金退火热处理工艺规 1 主题容与适用围 本规规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2 引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规 《热处理手册》91版 3 概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质加热、保温、冷却，通过改变材料表面或部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类 车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4 准备工作 4.1 检查设备、仪表是否正常，接地是否良好，并应事先将炉膛清理干净； 4.2 抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量； 4.3工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位，应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5 一般要求 5.1 人员： 热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗5.2 设备 5.2.1 设备应按标准规要求进行检查和鉴定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标： 当给定温度t≤400℃时，温度总偏差为±5℃； 当给定温度t＞400℃时，温度总偏差为±(t/10)℃。 5.2.3 加热炉的热电偶和仪表选配、温度测量、检测周期及炉温均匀性均应符合QJ 1428的Ⅲ类及Ⅲ类以上炉的规定。 5.3 装炉 5.3.1 装炉量一般以装炉零件体积计算，每炉零件装炉的有效体积不超过炉体积一半为准。 5.3.2 零件装炉时，必须轻拿轻放，防止零件划伤及变形。 5.3.3堆放要求： a.厚板零件允许结合零件结构特点，允许装箱入炉进行热处理，叠放时允许点及较少的线接触，避免面接触，叠放间隙不小于10mm. b.厚度t≤3mm的板料以夹板装夹，叠放厚度≤25mm，零件及夹板面无污垢、凸点，零件间、零件与夹板间应垫一层雪花纸，以防止零件夹伤。 5.3.4 装炉后需检查零件与电热原件，确定无接触时，方可送电升温，在操作过程中，不得随意打开炉门； 5.3.5 加热速度：变形铝合金退火的加热速度约13℃～15℃/秒，例如加热到410℃设定时间为0.5小时。

铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法

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

铝合金热处理状态定义

铝合金T状态含义如下： T1-----铝材从高温热加工冷却下来，经自然时效所处的充分稳定的状态。适用于热挤压的不进行冷加工的材料，或矫直等冷加工对其标定力学性能无影响的产品。 T2-----铝材从高温热加工冷却后冷加工，然后再进行自然时效的状态。如为了提高强度，对热挤压产品进行冷加工，在通过自然时效可达到充分稳定的状态，也适用于矫直加工会影响其标定力学性能的产品。 T3-----固溶处理后进行冷加工，然后通过自然时效所达到的一种状态。适用于固溶处理后通过冷加工能提高其自然时效状态的强度性能的产品，或矫直能影响其标定力学性能的产品； T31-----固溶热处理，冷加工月1%变形量，然后自然时效； T351-----固溶热处理，通过可控的拉伸量消除应力（薄板的永久变形量0.5%～3.0%，厚板的1.5%～3%，棒材的冷精轧量即冷精整变形量1%～3%，手锻件或环锻件及轧制环的永久变形量1%～5%），然后自然时效。拉伸后不再进行矫直；T3510-----固溶热处理，通过可控的拉伸量对挤压材消除应力（挤压管、棒、型材的永久变形量1%～3%，拉伸管的永久变形量0.5%～3%），然后自然时效。拉伸后不再进行矫直； T3511-----同T3510状态，但拉伸后作了镜面矫直，以达到标准规定的尺寸偏差精度； T352-----固溶热处理，压缩永久变形量1%～5%以消除应力，然后自然时效；T354-----固溶热处理，在精整模内冷整形以消除应力，然后自然时效，适用于模锻件； T36-----固溶热处理，冷加工约6%变形量，然后自然时效； T37-----固溶热处理，冷加工约7%变形量，然后自然时效； T39-----固溶热处理，适量的冷加工变形以满足既定的力学性能要求，冷加工可在自然时效前进行，也可在其后进行。 T4-----固溶热处理与自然时效。 T41-----在热水中淬火的状态，以防止变形与产生较大的热应力，此状态用于锻件； T42-----固溶热处理与自然时效，适用于自退火状态或F状态固溶热处理的实验材料，也适用于用户将任何状态的材料固溶热处理与自然时效； T451-----固溶热处理，通过一定量的拉伸以消除应力（薄板的永久变形量0.5%～3.0%，厚板的1.5%～3%，棒材轧制永久变形量或冷精整相等的变形量，自由锻件、环锻件和轧制环的1%～5%），然后自然时效。拉伸后不得作进一步的矫直； T4510-----固溶热处理，一定量的拉伸以消除应力（挤压管、棒、型材的永久变形量1%～3%，拉拔管的永久变形量0.5%～3%），然后自然时效，拉伸后不得作进一步的矫直； T4511-----同T4510状态，但拉伸后作了镜面矫直，以达到标准规定的尺寸偏差精度； T452-----固溶热处理，压缩永久变形量1%～5%以消除应力，然后自然时效；T454-----固溶热处理，在精整模内冷整形以消除应力，然后自然时效，适用于模锻件； T5-----从热加工温度冷却后再进行人工时效。

变形铝及铝合金热处理规范

ICS 变形铝及铝合金热处理规范 Wrought aluminium and aluminium alloys heat treatment （送审稿） 全国有色标准化技术委员会 发布 YS

YS/T ××××—×××× 目次 前言............................................................................... II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 定义 (1) 3.1 热处理 (1) 3.2 热处理批次 (1) 3.3 工作区 (1) 3.4 固溶热处理造成的砂眼和气孔 (1) 4 要求 (2) 4.1 建立工艺操作规程和工艺操作规程重新审定 (2) 4.2 定期工艺制度检查 (2) 4.3 定期产品监测 (2) 4.4 热处理设备 (2) 4.5 固溶热处理参数及工艺规程 (4) 4.6 淬火参数和工艺规程 (8) 4.7 装架和间距 (9) 4.8 建议时效热处理 (10) 4.9 推荐的退火工艺 (18) 5 质量保证措施 (18) 5.1 检查责任 (18) 5.2 热处理设备的温度检测 (19) 5.3 喷水淬火设备 (19) 5.4 产品定期监测 (21) 5.5 测试方法 (23) 5.6 试验结果的判定 (24) 5.7 锻件的热处理批号 (25) 附录A （资料性附录）铝合金热处理常用知识 (26) A.1 盐浴槽的优点 (26) A.2 气室炉的优点 (26) A.3 固溶热处理 (26) A.4 用于提高抗腐蚀能力的淬火 (27) A.5 合金和状态代号 (27) A.6 包铝板 (27) A.7 退火处理 (27) A.8 时效 (27) A.9 残余拉应力对腐蚀性能的影响 (28) A.10 电导率、硬度和状态的关系 (28) I

铝合金的热处理工艺

铝合金的热处理工艺文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

铝合金的热处理 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

铝合金的热处理及硬度

铝合金的硬度 一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金 1.1 非热处理合金：纯铝—1000系，铝锰系合金—3000系，铝矽系合金—4000系，铝镁系合金—5000系。 1.2 热处理合金：铝铜镁系合金—2000系，铝镁矽系合金—6000系，铝锌镁系合金—7000系。 二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。兹举 例说明如下：1070-H14(纯铝) 2017-T4(热处理合金) 3004-H32(非热处理合金) 2.1第一位数：表示主要添加合金元素。 1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为矽 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为矽与镁 7：主要添加合金元素为锌与镁 8：不属於上列合金系的新合金 2.2第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金。 0：表原合金 1：表原合金经第一次修改 2：表原合金经第二次修改 2.3第三及四位数： 纯铝：表示原合金 合金：表示个别合金的代号 ＂-″：后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的鍊度符号 -Hn ：表示非热处理合金的鍊度符号 -Tn ：表示热处理合金的鍊度符号

2 铝及铝合金的热处理 一、鍊度符号：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效 处理及软烧等处理，以获取所需要的强度及性能。这些处理的过程称 之为调质，调质的结果便是鍊度。 鍊度符号定义 F 制造状态的鍊度 无特定鍊度下制造的成品，如挤压、热轧、锻造品等。 H112 未刻意控制加工硬化程度的制造状态成品，但须保证机械性质。 O 软烧鍊度 完全再结晶而且最软状态。如系热处理合金，则须从软烧温度缓慢冷却，完全防止淬水效果。 H 加工硬化的鍊度 H1n：施以冷加工而加工硬化者 H2n：经加工硬化后再施以适度的软烧处理 H3n：经加工硬化后再施以安定化处理 n以1~9的数字表示加工硬化的程度 n=2 表示1/4硬质 n=4 表示1/2硬质 n=6 表示3/4硬质 n=8 表示硬质 n=9 表示超硬质 T T1：高温加工冷却后自然时效。挤型从热加工后急速冷却，再经常温十效硬化处理。亦可施以不影响强度的矫正加工，这种调质适合於热加工后冷却便有淬水效果的合金如：6063。 T3：溶体化处理后经冷加工的目的在提高强度、平整度及尺寸精度。 T36：T3经6%冷加工者。 T361：冷加工度较T3大者。 T4：溶体化处理后经自然时效处理。 T5：热加工后急冷再施以人工时效处理。 人工时效处理的目的在提高材料的机械性质及尺寸的安定性适用於热加工冷却便有淬水效

变形铝合金时效热处理相关知识汇总

变形铝合金时效热处理相关知识汇总（1）时效 aging 经固溶处理或冷变形后的合金，在室温或高于室温下，组织和性能随时间延续而变化，硬度、强度增高，塑性、韧性降低的现象。在室温下发生时效称自然时效。高于室温发生时效称人工时效。时效现象除铝铜合金外，在钢、铜合金，铁基、镍基、钴基高温合金中普遍存在，是提高合金强度的重要方法。低碳钢冷变形后在常温长时放置即出现屈服强度提高。硬铝合金经高温(520℃)淬火后在100～200℃时效，可获得最佳的强化效果。马氏体时效钢，沉淀硬化不锈钢，铁基、镍基、钴基高温合金均可在固溶处理后选择不同温度时效处理，可以从中获得最佳的组织和性能。 （2）时效处理 aging treatment 过饱和固溶体合金在室温或加热至一定温度保温，使溶质组元富集或析出第二相的热处理工艺。常温下时效称自然时效。高于室温加热时效称人工时效。时效析出第二相获得强化的现象称时效强化。低于或高于强化峰值温度的时效分别称为亚时效与过时效处理。形变后时效称形变时效或直接时效。在应力下时效称应力时效。强化效果取决于析出第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素。广泛用于铝合金、钛合金、高温合金、沉淀硬化钢、马氏体时效钢等。铝合金时效硬化峰值出现在溶质组元的富集G-P区(Ⅱ)末期。时效处理是强化合金的有效方法，可显著提高合金的强度和硬度，调整时效温度、时间可使合金的组织、性能满足使用要求，获得高的屈服强度、蠕变强度、疲劳性能等。含铜4%的铝合金经自然时效后强度为400MPa，比退火状态强度大一倍。时效硬化合金使用时，使用温度不应超过其时效温度。

（3）时效硬化 age hardening 经固溶处理的过饱和固溶体在室温或室温以上时效处理，硬度或强度显著增加的现象。原因是过饱和固溶体在时效过程中发生沉淀、偏聚、有序化等反应的产物，增加了位错运动的阻力形成的。位错与析出产物交互作用下硬化机制有位错剪切析出相粒子，基体与粒子间相界面积增加，使外力转变为界面能; 析出相与基体的层错能差异; 基体与析出粒子的切变模量不同。另外，析出相与基体共格应变场交互作用;参数不匹配;有序共格沉淀硬化作用;位错运动产生反相畴界，使位错不能通过析出相而弯曲绕过形成位错环也可产生硬化。控制时效温度、时间等条件可使合金获得不同的组织结构和强化效果。 （4）自然时效 natural aging 过饱和固溶体(主要是某些铝合金) 在室温(10～40℃)停放一段时间的过程称为自然时效。在室温下停放时，强度随时间的延续缓慢上升，达到一定数值后趋于稳定; 与此同时，合金的塑性逐渐减小。在硬度及强度明显增大前的一段时间内，塑性也较高，可进行成型加工及矫正等工序，然后再自然时效一段时间，待硬度(强度) 达稳定值后即可投入安装使用。对明显硬化前的时间间隔较短的合金，还可采用冷冻方法延迟时效过程，以便进行加工及矫正。自然时效倾向较小的合金则需采用人工时效进行强化。 （5）人工时效 Artificial ageing 将经过固溶处理的合金加热到低于溶解度曲线的某一温度保温一段时间，使第二相在该温度下发生脱溶，合金的强度和硬度升高。人工时效所需时间较短，但强化效果较差。在工业上比自然时效应用更加广泛。

铝合金热处理原理及工艺

铝合金热处理原理及工艺 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1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（如4～6昼夜后），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。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 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。图3－1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％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P （Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 3.1.2.4 形成稳定的θ相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗大。 铝－铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。但合金的种类不同，形成的G·P区、过渡相以及最后析出的稳定性各不相同，时效强化效果也不一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表3－1。从表中可以看到，不同合金系时效过程亦不完全都经历了上述四个阶段，有的合金不经过G·P（Ⅱ）区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时