熱處理工藝對高強(qiáng)鋁合金性能的影響探究

尚麗麗

摘 要：Al-Zn-Mg-Cu合金是一種高強(qiáng)度鋁合金，被大量的運(yùn)用至航空航天行業(yè)，但是此系合金的耐腐蝕性相對偏差，嚴(yán)重影響了此系合金的運(yùn)用范疇。本文就熱處理工藝對高強(qiáng)鋁合金性能的影響進(jìn)行深入地探究。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋁合金；熱處理工藝；性能；影響

1 引言

鑄造鋁合金是一種極為常見的金屬原料，憑借其高強(qiáng)度、低密度等優(yōu)勢。在航空、航天、機(jī)械以及汽車等領(lǐng)域有著大量的運(yùn)用。伴隨現(xiàn)代化工業(yè)與鑄造工藝的迅猛發(fā)展。針對鑄造鋁合金，特別是具備毒液性能，例如：具備較強(qiáng)的耐腐蝕性、優(yōu)異的耐磨性以及強(qiáng)度較高的鑄造鋁合金，需求量日益增大。

2 熱處理工藝簡介

熱處理所指的是金屬原料在固態(tài)下，經(jīng)過保溫、加熱又或是冷卻等方式，轉(zhuǎn)變材料內(nèi)部又或是外表的化學(xué)組分和組織，以取得所需性能的一類金屬熱加工技術(shù)。

3 高強(qiáng)鋁合金概述

純鋁主要有高純鋁與工業(yè)純鋁兩種不同的形式，在含鋁量層面有著非常微妙的差異。即使純鋁具備較大的塑性，然而其強(qiáng)度相對較低，因此純鋁的運(yùn)用量相對較少。鋁合金便是在純鋁里面加入合金，以使得其具備全新的特性滿足運(yùn)用需求。鋁合金主要有鑄造材料與加工材料兩種，其又可以劃分為熱處理型合金與非熱處理型合金。

現(xiàn)階段，全球范圍內(nèi)一共有40多種Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)合金的標(biāo)準(zhǔn)牌號。所有的組分里面Mg與Zn元素發(fā)揮著主導(dǎo)的強(qiáng)化作用，其次，Cu具備加強(qiáng)材料抵抗腐蝕性的功能。合金里面還包含其他的輔助元素（例如：Cr、Mn、Mr、Zr以及B等等）以及Si、Fe等有一定危害性的雜質(zhì)。合金的性能便可以經(jīng)過針對材料的導(dǎo)電率、硬度、拉伸性以及極化曲線等實(shí)施檢測。高強(qiáng)鋁合金的常溫力學(xué)性遭受熱處理環(huán)境所造成的影響，合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性以及導(dǎo)電率等均發(fā)生了不同程度的降低又或是提高。

4 熱處理工藝對高強(qiáng)鋁合金性能影響的實(shí)驗(yàn)案例分析

（1）材料成分分析

高強(qiáng)鋁合金往往是由Cu、Al、Mg、Si、Ti以及Mn等相關(guān)元素所構(gòu)成，各個(gè)元素比例不一樣，其力學(xué)性能也有著較大的差異。為了盡可能的減少試驗(yàn)進(jìn)行的次數(shù)，防止試驗(yàn)的隨機(jī)性，本文運(yùn)用了正交試驗(yàn)法，正交試驗(yàn)取5個(gè)不同的因素，主要包括Mg、Si、M n、Cu以及Ti等元素，其它的是Al，每個(gè)4水平，以L16（45）進(jìn)行表示，按照正交試驗(yàn)表，一共組織了16次試驗(yàn)。所有的試驗(yàn)以5 kg配料，熔化，電阻坩鍋爐熔煉，熔體處理手段以及16次試驗(yàn)配料等完全一樣，每一次澆鑄12根試棒，用以熱處理試驗(yàn)以及力學(xué)性能測試。

（2）熱處理工藝

對于力學(xué)性能需求相對較高的元件，鑄造鋁合金在鑄態(tài)環(huán)境下的力學(xué)性是否可以達(dá)到相應(yīng)的運(yùn)用需求，需要經(jīng)過熱處理不斷加強(qiáng)鑄件的力學(xué)性能與其它運(yùn)用性能。鑄造鋁合金具備多相組織特點(diǎn)，固溶體晶粒附近有著非常多粗大的共晶組織，固溶體濃度的不平衡性存在第二相質(zhì)點(diǎn)，晶粒之間不但存在著氣孔的顯微縮孔，同時(shí)還夾著部分金屬，其均可以促使晶粒相互隔絕，嚴(yán)重影響擴(kuò)散環(huán)節(jié)的實(shí)施，鑄造鋁合金熱處理的強(qiáng)化機(jī)理便是以合金組元又或是金屬間化合物在鋁的固溶體里面的溶解程度的改變?yōu)榛?，?jīng)過淬火加人工時(shí)效以達(dá)到的。

為了能夠確定最優(yōu)的熱處理方案，明確了3種不同的熱處理工藝方案，都是淬火加人工時(shí)效，其淬火方案如圖1、圖2與圖3所示，人工時(shí)效都是（175±5）℃并且保溫8 h以后再出爐進(jìn)行空冷。所有試驗(yàn)澆鑄的12根試棒分為三個(gè)不同的小組，每個(gè)小組4根，根據(jù)以上3種不同的熱處理方案實(shí)施淬火加人工時(shí)效處理，熱處理以后的試棒送到力學(xué)室進(jìn)行力學(xué)性能測試。從最終的測試結(jié)果可知：鋁合金組元配方不一樣在同等熱處理工藝環(huán)境下的力學(xué)性能也完全不一樣；在完全一樣的配方環(huán)境下，不一樣的熱處理工藝其所產(chǎn)生的力學(xué)性能也是完全不一樣的。全面考慮正交試驗(yàn)里面所有因素不一樣水平的優(yōu)劣程度，明確起一個(gè)最優(yōu)的元素比列方案：Mg占1%，Si占11.4%，Mn占0.15%，Cu占0.8%以及Ti占0.15%，其它的用Al。以此配方反復(fù)實(shí)施3次試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

從表1能夠得知，方案3效果最佳，力學(xué)性能可以達(dá)到相關(guān)需求同時(shí)減少了淬火所需的時(shí)間，節(jié)約大量的能源。其次以完全一樣的配方，運(yùn)用方案3實(shí)施3次反復(fù)性的試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表2。

5 結(jié)論

高強(qiáng)鋁合金是一種熱處理型鋁合金，不一樣的熱處理工藝對于鋁合金的性能有著完全不一樣的影響。經(jīng)過對于熱處理工藝的分析，對于加強(qiáng)材料的加工能力與合金的性能具有非常重要的意義。

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