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鋁合金熱處理原理

  鋁合金鑄件的熱處理就是選用某一熱處理規范，控制加熱速度升到某一相應溫度下保溫一定時間并以一定得速度冷卻，改變其合金的組織，其主要目的是提高合金的力學性能，增強耐腐蝕性能，改善加工型能，獲得尺寸的穩定性。

 鋁合金熱處理特點

  眾所周知，對于含碳量較高的鋼，經淬火后立即獲得很高的硬度，而塑性則很低。然而對鋁合金并不然，鋁合金剛淬火后，強度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒有下降，反而有所上升。但這種淬火后的合金，放置一段時間（如4～6晝夜后），強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而顯著提高的現象，稱為時效。時效可以在常溫下發生，稱自然時效，也可以在**室溫的某一溫度范圍（如100～200℃）內發生，稱人工時效。 

  鋁合金在淬火加熱時，合金中形成了空位，在淬火時，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內。這些在過飽和固溶體內的空位大多與溶質原子結合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩定狀態，必然向平衡狀態轉變，空位的存在，加速了溶質原子的擴散速度，因而加速了溶質原子的偏聚。

  硬化區的大小和數量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區的數量也就越多，硬化區的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內所固定的空位越多，有利于增加硬化區的數量，減小硬化區的尺寸。

  沉淀硬化合金系的一個基本特征是隨溫度而變化的平衡固溶度，即隨溫度增加固溶度增加，大多數可熱處理強化的的鋁合金都符合這一條件。沉淀硬化所要求的溶解度－溫度關系，可用鋁銅系的Al－4Cu合金說明合金時效的組成和結構的變化。圖3－1鋁銅系富鋁部分的二元相圖，在548℃進行共晶轉變L→α＋θ（Al2Cu）。銅在α相中的極限溶解度5.65％（548℃），隨著溫度的下降，固溶度急劇減小，室溫下約為0.05％。

合金化學成分的影響

  一種合金能否通過時效強化，**取決于組成合金的元素能否溶解于固溶體以及固溶度隨溫度變化的程度。如硅、錳在鋁中的固溶度比較小，且隨溫度變化不大，而鎂、鋅雖然在鋁基固溶體中有較大的固溶度，但它們與鋁形成的化合物的結構與基體差異不大，強化效果甚微。因此，二元鋁－硅、鋁－錳、鋁－鎂、鋁－鋅通常都不采用時效強化處理。而有些二元合金，如鋁－銅合金，及三元合金或多元合金，如鋁－鎂－硅、鋁－銅－鎂－硅合金等，它們在熱處理過程中有溶解度和固態相變，則可通過熱處理進行強化。

 合金的固溶處理工藝影響

為獲得良好的時效強化效果，在不發生過熱、過燒及晶粒長大的條件下，淬火加熱溫度高些，保溫時間長些，有利于獲得較大過飽和度的均勻固溶體。另外在淬火冷卻過程不析出*二相，否則在隨后時效處理時，已析出相將起晶核作用，造成局部不均勻析出而降低時效強化效果。



  時效溫度的影響

  在不同溫度時效時，析出相的臨界晶核大小、數量、成分以及聚集長大的速度不同，若溫度過低，由于擴散困難，G?P區不易形成，時效后強度、硬度低，當時效溫度過高時，擴散易進行，過飽和固溶體中析出相的臨界晶核尺寸大，時效后強度、硬度偏低，即產生過時效。因此，各種合金都有較適宜的時效溫度。

 鋁合金的回歸現象

  經淬火自然時效后的鋁合金（如鋁－銅）重新加熱到200～250℃，然后快冷到室溫，則合金強度下降，重新變軟，性能恢復到剛淬火狀態；如在室溫下放置，則與新淬火合金一樣，仍能進行正常的自然時效，這種現象稱為回歸現象。關于回歸現象的解釋是合金在室溫自然時效時，形成G?P區尺寸較小，加熱到較高溫度時，這些小的G?P區不再穩定而重新溶入固溶體中，此時將合金快冷到室溫，則合金又恢復到新淬火狀態，仍可重新自然時效。在理論上回歸處理不受處理次數的限制，但實際上，回歸處理時很難使析出相*重溶，造成以后時效過程呈局部析出，使時效強化效果逐次減弱。同時在反復加熱過程中，固溶體晶粒有越來越大的趨勢，這對性能不利。因此回歸處理僅用于修理飛機用的鉚釘合金，即可利用這一現象，隨時進行鉚接，而對其他鋁合金則沒有使用價值。



 固溶處理與淬冷

  為了利用沉淀硬化反應，**通過加熱及**冷卻，形成一種過飽和的固溶體。形成固溶體的工藝過程稱固溶熱處理。其目的是把合金較大量實際可溶解的硬化元素溶于固溶體中。這一工藝過程包括把合金加熱到足夠高溫度下保溫足夠長時間然后水中快冷。

  概括的說，提高鋁合金強度、硬度的熱處理，包括三個步驟的工藝過程：（1）固溶熱處理－可溶相的溶解。（2）淬火－過飽和固溶體的形成。（3）時效－在室溫下（自然時效）或高溫下（人工時效或沉淀熱處理）溶質原子的沉淀析出。


6061鋁合金  6061鋁板  6061鋁棒  6061鋁排  6061鋁管 
化學成分(%):   
　　Cu  :0.15～0.4   
　　Mn  :0.15   
　　Mg  :0.8～1.2   
　　Zn  :0.25   
　　Cr  :0.04～0.35   
　　Ti  :0.15   
　　Si  :0.4～0.8   
Fe  :0.7   
Al  :余量 
6061鋁合金性能:   
　　6061的極限抗拉強度為124  MPa   
　　受拉屈服強度  55.2  MPa   
　　延伸率25.0  %   
　　彈性系數68.9  GPa   
彎曲極限強度228  Mpa 
6061鋁合金屬Al-Mg-Si系合金，中等強度，具有良好的塑性和優良的耐蝕性。特別是無應力腐蝕開裂傾向，其焊接性優良，耐蝕性及冷加工性好，是一種使用范圍廣.很有前途的合金。可陽極氧化著色，也可涂漆上琺瑯，適應作建筑裝飾材料。其含有少量Cu，因而強度**6063的，但淬火敏感性也比6063高，擠壓之后不能實現風淬，需要重新固溶處理和淬火時效，才能獲得較高的強度。   
　　6061鋁合金的主要合金元素是鎂與硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的錳與鉻，可以中和鐵的壞作用；有時還添加少量的銅或鋅，以提高合金的強度，而又不使其抗蝕性有明顯降低；導電材料中還有少量的銅，以抵銷鈦及鐵對導電性的不良影響；鋯或鈦能細化晶粒與控制再結晶組織；為了改善可切削性能，可加入鉛與鉍。在Mg2Si固溶于鋁中，使合金有人工時效硬化功能。6061鋁合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有中等強度、良好的抗腐蝕性、可焊接性，氧化效果較好。   
　　美鋁6061-T651是6系合金的主要合金，是經熱處理預拉伸工藝的高品質鋁合金產品；美鋁6061具有加工性能較佳、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后**、上色膜*、氧化效果較佳等優良特點。   
　　主要用途:廣泛應用于要求有一定強度和抗蝕性高的各種工業結構件，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛。   
典型用途 
　　代表用途包括航天固定裝置、電器固定裝置、通訊領域，也廣泛應用于自動化機械零件、**加工、模具制造、電子及**儀器、SMT、PC板焊錫載具等等。