新绍铝材告诉你6063铝合金型材时效提高硬度工艺的技巧

　　一、影晌时效效果的因素

　　1.合金的化学成分影响

　　时效强化效果取决于合金组元能否溶于固溶体以及固溶体随温度变化产生脱溶相的性质和脱溶程度。如锰、硅在铝中的固溶度较小，且随温度变化不大，镁、锌虽然在铝基中有较大的固溶度，但它们与铝形的化合物的结构与铝基体的差异较小，强化效果甚微。所以Al-Mn，Al-Si，Al-Mg，Al-Zn系合金通常都不采用时效强化处理。而Al-Cu，Al-Mg-Si和Al-Cu-Mg-Si系合金中的(CuAl2)相、Mg2Si相、S(Al2CuMg)相在高温下能溶于固溶体中，溶解度随温度而变化，因而可以通过淬火、时效提高合金的强度。对于以θ(CuAl2)相、Mg：Si相和S(A12CuMg)相为强化相的合金而言，随着CuAl2，Mg2Si和Al，CuMg的含量增加，时效强化效果逐渐增加。

　　2.时效温度的影响

　　变形铝合金人工时效工艺

　　从图可知，不同时效温度获得最大强度值的保温时间不同或在同一保温时间下的强度值不同。这是因为在不同温度时效，析出相的临界晶核大小、数量、成分以及富集区长大速度不同。如温度太低、扩散困难，GP区不易形成或数量很少，因而时效后的强度低，而时效温度过高时，扩散容易产生，过饱和固溶体析出相粗大，使强度降低，即产生过时效现象。因此每种合金都有在某一保温时间内最佳的时效温度。不同的时效温度对时效效果的影响不相同。

　　应当指出，一定的时效温度必须与一定的时效时间相结合，才能获得满意的强化效果。时效时间太短，将使合金时效不充分，降低强化效果。时效时间太长，将会产生过时效，同样降低强化效果，特别是时效温度较高时，这种影响更为明显。

　　3.淬火到人工时效中间停放时间的影响

　　从淬火到人工时效中间停放时间，是指挤压制品经风冷或水冷到人工时效开始之间的时间，或挤压制品从淬火炉出来进行淬火后到人工时效开始之间的时间。

　　不同合金的中间停放时间，都会不同程度地影响时效后的强化效果，这种现象称为“停放效应”。对于Al-Mg-Si系合金而言，中间停放时间，根据其化学成分的不同，可以使合金的力学性能降低，也可以使合金的力学性能提高。如图3-5-10所示，当形成的Mg2Si含量在1.0%以下时，中间停放时间将引起人工时效后强度增加，Mg2Si含量高于1%时，将引起人工时效后强度降低。6063合金的Mg︰Si含量一般在0.8%-1.1%之间，因此室温停放时间对人工时效后的强度影响不大，甚至还稍有提高。

　　对于6061合金和硬铝、超硬铝合金如7A04，7075等合金，中间停放时间会使人工时效后的强度降低。实验证明在4-30h的范围内影响最大。因此这类合金最好在淬火后立即进行人工时效。规定中间停放时间应在4h之内。

　　有人对6A02合金的中间停放时间进行研究、对型材抗拉强度的影响如下图所示。由图可知：

　　1)停放时间很短(1h以内)，由于在停放时间内自然时效产生的小尺寸GP区，在人工时效温度下不稳定而重新溶于固溶体，形核率降低，人工时效后的型材组织内存在粗大过渡相，因而使型材抗拉强度不高。

　　2)当停放时间在2-3 h之内，可获得最佳的时效效果。因为此时获得了尺寸适当的GP区，它在人工时效开始时稳定，形核率高。人工时效时，Mg和Si的原子继续向硅偏聚团上迁移,大量的稳定晶核继续成长,形成弥散的Mg2Si强化相,同时CuAl2相也参加时效,型材性能达到峰值。

　　3)如果停放时间过长，合金内产生大量的大尺寸偏聚团，使固溶体内溶质原子浓度降低，人工时效过程中，大于临界尺寸的GP区重新溶于固溶体而大量共格析出产物粗大，形成了较大的Mg2Si相粒子，使型材性能降低。

　　停放时间对型材抗拉强度影响图24 h引起抗拉强度的变化

　　A1-Mg-Si合金淬火后存放

　　二、分级时效与形变时效

　　1.分级时效

　　近年来随着工业铝材的应用Et益广泛，20世纪70年代研究开发的一种新的时效方法，分级时效已越来越多被采用。分级时效又称阶段时效。它是把淬火后的制品放在不同温度下进行两次以上加热保温的一种时效方法。

　　在分级时效时，一般都是第一阶段采用较低的温度，促使过饱和固溶体内形成大量弥散的GP区作为向中间相过渡的核心，随着GP区密度的增加，也等于加大了中间相的弥散度。第二阶段采用较高的温度时效，促使在较低温度下形成的GP区继续长大，得到密度较大的中间相，引起制品充分强化。

　　分级时效与单级时效相比，可以缩短时效时间，并且可以改善超硬铝合金Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金的显微结构，可以保持力学性能不变的情况下，显著提高合金的耐应力腐蚀能力、疲劳强度和断裂韧度。

　　分级时效工艺一般都是第一阶段温度较低，要保证形成GP区在短时间内完成。第二阶段的时效温度较高，促使GP区向中间相转变，以获得较高的强度和其他良好的性能。几种超硬铝合金的分级时效工艺见表3-5-8。

　　几种铝合金的分级时效工艺

　　2.形变时效

　　形变时效是把时效硬化和加工硬化结合起来的一种新的热处理方法。也称低温形变热处理。通常的处理方式有：

　　1)淬火——冷变形——人工时效

　　2)淬火——自然时效——冷变形——人工时效

　　3)淬火——人工时效(短时)——冷变形——人工时效

　　形变时效由于把时效硬化与加工硬化结合起来，增加了合金中的位错与空位，在固溶体中形成了稳定的亚结构，因而提高了铝合金的强度和耐蚀性。

　　对于不同的合金可以试用不同的低温形变热处理工艺组合。低温形变使合金中形成较多的位错网络，使脱溶相形核更广泛和均匀，利于合金强度提高。合金淬火后，经过冷变形再加热到时效温度后，脱溶与回复过程同时发生，脱溶过程因冷变形而加速，脱溶相质点更加弥散。冷变形使合金产生大量的位错塞积与缠结，有利于溶质原子的聚集和强化相的形核和析出，使得时效过程加速。

　　形变时效由于淬火和人工时效之间要进行一次冷变形，对于铝型材来说是不太适用的，因此主要用于板材、管材和棒材。如2A12合金板材淬火后采用小于30%的冷变形，再人工时效，可以提高抗拉强度，在150℃的温度下抗拉强度可提高13%～18%。

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