变形铝合金固溶处理的目的是什么,如何编制固溶处理工艺

来源:热处理工艺问答作者:袁凤松

    固溶处理和时效是变形铝合金(除防锈铝外)的主要热处理工艺。变形铝合金固溶处理目的是为了获得最大饱和度的固溶体,并经过时效后,具有较高的力学性能。

    铝合金中的合金元素都能溶于铝,形成以铝为基的固溶体。将铝合金加热至一定温度,保温后迅速冷却,可获得过饱和固溶体。这种操作属于淬火,但对铝合金而言,则称为固溶处理。

    (1)固溶处理温度。为使铝合金具有较高的力学性能,固溶处理温度的选择原则是:①使强化相最大限度地溶入固溶体。②必须防止过烧。铝合金的固溶处理温度越高,强化相溶入固溶体中就越多,保温后迅速冷却,强化效果就越显著。但是如果加热温度太高,合金中的低熔点共晶体易熔化,会产生过烧现象,使合金的力学性能显著降低;同时,耐蚀性也变坏。这是铝合金固溶处理时不允许的。加热温度过低时,固溶处理后的固溶体饱和度不足,不能发挥最大的效果。所以,固溶处理加热温度应适当低于过烧温度。过烧温度取决于合金的成分及合金中共晶体的熔化温度。变形铝合金固溶处理温度见表7-21

    7-21    变形铝合金固溶处理温度

 

变形铝合金固溶处理温度

 

    (2)保温时间。保温时间的长短主要取决于强化相完全溶解和固溶体均匀化所需的时间,也与工件的有效厚度、塑性变形程度、原始组织、制品的状态等有关。有效厚度大的工件比小的保温时间要长一些,大型锻件、模锻件和棒材的保温时间比薄件长好几倍;软状态的工件比加工硬化的保温时间适当延长一些;重复固溶处理时,保温时间可减少一半;完全退火的合金强化相粗大,保温时间要延长。几种变形铝合金在盐浴炉和空气炉中固溶加热保温时间见表7-22和表7-23

    7-22    几种变形铝合金在盐浴炉中固溶加热保温时间

 

几种变形铝合金在盐浴炉中固溶加热保温时间

 

    7-23    几种变形铝合金在空气炉中固溶加热保温时间

 

几种变形铝合金在空气炉中固溶加热保温时间

 

    (3)淬火冷却。铝合金的淬火冷却必须有足够快的速度,以免析出粗大的过剩相。同时,由于铝合金强度较低,还要防止产生畸变和开裂。因此,既要控制淬火转移时间,又要根据工件的形状、大小选择最合适的淬火方法和淬火介质,使工件能均匀冷却。

    1)淬火转移时间。淬火转移时间是指工件从加热炉转移至淬火槽所经过的时间。转移时间过长,过饱和固溶体在淬火前将发生分解,使合金时效后的强度显著下降,耐蚀性变坏。因此,淬火操作要快,转移时间一般不超过30s,最好控制在15s以内。

    2)淬火介质。常用淬火介质有水、油、熔盐及聚合物水溶液等。铝合金最常用的淬火介质是水。水的冷却速度与水温有关,水温越高,冷却速度越低。室温下的水冷却速度快,获得的过饱和固溶体浓度高,合金时效后的力学性能好;但淬火后的内应力大,产生畸变和开裂的倾向大。为防止和减少畸变及开裂倾向,可采用调节水温的方法来获得所需要的冷却速度。形状简单及小型工件一般在40℃以下水中淬火,形状复杂的工件可在40~50℃水中淬火,大型复杂工件可采用50~80℃的水冷却,但水温不可超过80℃。

    聚合物水溶液也是铝合金淬火常用的冷却介质,如聚乙烯醇水溶液、聚醚、聚氧化乙烯水溶液等。聚合物水溶液具有逆溶性,这一特性使工件在高温和低温时都具有比较均匀的冷却速度,其冷却速度介于室温水与沸水之间,从而减少了工件的淬火畸变和开裂倾向。

    3)淬火方法。

    ①液-气雾化介质淬火。雾化介质为水或聚合物水溶液。对于厚度不同、要求冷却速度不同的铝合金工件,可采用液-气雾化介质淬火。高压液体和高压气体混合后形成液-气雾,联合喷射在灼热的工件上。由于压力大,气雾以高速喷射时,在工件表面上不会形成明显的气膜沸腾、泡状沸腾和对流冷却三个阶段,在整个温度范围能均匀冷却,因而可以避免畸变和开裂。这种淬火方法的冷却速度可在较大范围内调节,工艺参数有:喷水压力与流量、气体压力及流量、喷射均匀度。一般情况下,当水的压力与流量大而气体压力及流量小时,雾粒大,冷却速度快。此外,喷嘴距工件的距离及分布情况对喷射均匀度和冷却速度也有影响。不同工件的各种工艺参数应在工艺试验后确定。

    ②分级淬火。对于形状复杂的工件,为减小畸变倾向,可进行分级淬火。工件在固溶加热后,先在温度较高的介质中保温一段时间,然后放入室温下的水中冷却。为保证分级淬火时盐浴温度不致升高得太多,浴槽容积应比淬火工件的体积大20倍以上。

    ③等温淬火。将工件淬入150~200℃的热油或硝盐中,保温数小时。这样处理的工件不但变形小,而且不必进行时效处理