超高强铝合金热处理工艺及其应用

　　摘要：在对超高强铝合金进行热处理时，需要研究和分析热处理工艺的具体情况，才能保证超高强铝合金的性能以及质量达到应用要求。文章探讨了超高强铝合金热处理工艺的各个环节，有助于技术人员掌握铝合金的操作要点，推动超高强铝合金材料进一步发展。

　　1　超高强铝合金材料的国内发展现状

　　超高强铝合金的硬度比较高、强度比较大，是一种应用范围比较广泛的铝合金材料。超高强铝合金的制作成本相对较低，在民用领域以及军事领域中的应用都比较广泛。我国关于超高强铝合金的研发时间起步相对较晚，随着我国社会经济的快速发展，科技水平在不断加强，目前超高强铝合金在我国的制备方法也越来越多。对不同的铝合金制备方法进行应用，能够获取性能不同的铝合金结构材料。开发出的低频电子半连续铸造技术，不仅能够有效提高超高强铝合金的晶粒细化效果，而且能够对铝合金表面质量进行有效改进。此外，超高强铝合金材料制备过程中可以在极大程度上提高溶质元素的固溶度，并进一步推动超高强铝合金制备方法的创新发展。

　　2　超高强铝合金制备与性能测试

　　在对超高强铝合金进行研究时，需要完成材料制备以及性能测试和组织分析等工作。首先，材料制备。在研究过程中确定超高强铝合金的成分主要包括铜（Cu）、锌（Zn)、铝（Al）、镁（Mg）以及钛（Ti）等。对超高强铝合金材料进行制备时，流程为半连续铸锭-铸锭-均匀化处理-挤压处理-固溶处理-多级时效处理。其次，完成材料制备工作后，需要对材料性能进行测试。主要是在470℃~500℃之间的温度进行性能检测。对超高强铝合金的过烧温度进行检测时利用金相法。利用HB5143-80对合金的拉伸性能进行检测。同时，要利用透射电镜对合金结构进行观察记录。

　　3　超高强铝合金热处理工艺

　　3.1　均匀化处理

　　在均匀化热处理过程中，主要是对铸锭的温度进行合理控制，将铸锭加热到与固相线或者共晶温度接近的温度范围内。同时，需要在这一温度环境中长时间保温，之后便将其冷却到室温，这样能够完全溶解能够溶解的相以及组织，从而使过饱和固溶体以及少量弥散析出细小的质点。在均匀化处理以后可以保证铸造过程中形成非平衡第二相溶解，有利于降低第二相的体积分数，提高合金的热塑性以及固溶度。还有利于提升铝合金的固熔强度。在均匀化退火处理后，铸锭组织在室温下的塑性能够得到一定提升，改善冷变形工艺性能以及热变形工艺性能，有利于降低铸锭热轧开裂的危险系数，可以极大程度上改善热轧带板的边缘质量，有利于提高制品的挤压速度。另外，利用均匀化退火处理能够降低铸锭的抗变形抗力，提高整体生产率。

　　3.2　固溶处理

　　在超高强铝合金热处理过程中，固溶处理措施是不能缺少的主要环节。在固溶处理过程中合金组织会产生一定变化，直接影响合金制品的后续变形以及热处理的效果。固溶处理的主要目的是获取过饱和固溶体。在应用过程中可以将第二相在基体内随着温度降低减小的合金加热到第二相能够全部融入固溶体的温度。在保温一段时间后，可以利用相对较快的冷却速度对第二相自溶固体进行冷却，这样能够获取过饱和溶质原子以及空位。在传统的铸锭均匀化处理过程中，温度以及变形组织的固溶温度都比非平衡共晶熔点低，一般情况下残留的结晶粒不能彻底溶解。在铸锭均匀化处理时，即使能够完全溶解非平衡共晶，但是在固溶处理过程中也不能保证固溶残留结晶相良好。残留的结晶相会在晶内以及晶界上聚集分布，转变成为应力集中以及裂纹的萌生部位。虽然在铸锭的后续变形中，残留的第二相颗粒可以碎化，但是仍然会有一部分保留在组织内，会直接影响合金的断裂韧性、拉伸强度以及疲劳性能等。

　　3.3　时效处理

　　在超高强铝合金热处理过程中，时效处理也是其中的重要环节。时效处理主要包括单级时效处理以及双级时效处理两种。①单级时效处理。在单级时效处理过程中，必须将溶解温度的临界值作为合金热处理的分界点，才能够对单级时效处理进行有效划分。根据铝合金进行时效处理后的具体组织，可以对时效分划分为峰值时效、欠时效、过时效3种。其中，欠时效的时效温度相对较低，这样能够确保铝合金的合金塑性。而过时效的温度相对较高，可以在极大程度上保证了合金制品的综合性能良好。②双级时效处理。双级时效处理主要是在不同温度环境下对合金进行两次时效处理。第一级时效处理以低温预时效为主，这种时效处理在超高强铝合金热处理过程中属于成核处理阶段，处理成的铸锭密度相对较高，同时可以使铸锭形成较大尺寸。在这种情况下可以作为时效沉淀相的核心进行应用，能够保证组织的均匀性。除此之外，预时效温度一般比溶解温度更低，而时效温度比较高的情况下，可以进行保温操作并优先成核。

　　3.4　形变热处理

　　在超高强铝合金形变热处理过程中，将塑性变形以及热处理共同作用在合金上，能够对合金的形状等进行有效控制。形变热处理的技术比较多，主要包括低温形变热处理、高温形变热处理、中间形变热处理以及最终形变热处理等。通常情况下，在对超高强铝合金进行形变热处理时，中间形变热处理以及对中性面热处理的应用比较多。低温形变热处理技术主要是对Al-Cu-Mg系列的合金进行处理，但对Al-Zn-Mg-Cu系列的合金会产生不利影响。高温形变热处理技术将热加工作为固溶处理环节，之后在短时间内淬火，一般对Al-Cu以及Al-Mg-Si系列合金有较为优良的处理效果，但是不能将高温形变热处理工艺应用在Al-Zn-Mg-Cu系列合金中。

　　4　结语

　　综上所述，在超高强铝合金材料发展过程中，将其应用在工业领域、民用领域以及军事领域都具有较强的应用效果。为了能够进一步提高超高强铝合金的加工水平，需要全面掌握超高强铝合金热处理技术。在对热处理工艺进行研究时，需要从超高强铝合金的均匀化处理、固溶处理、时效处理以及形变热处理等方面出发，对每一个热处理工艺要点进行科学掌握，这样才能不断完善我国超高强铝合金的热处理技术，提高超高强铝合金的加工质量。

　　作者简介：张尉（1980-），男，山东烟台人，陆装驻洛阳地区航空军事代表室工程师，研究方向：航空军械。

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　　（责任编辑：周羿廷）