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铝合金门窗厂家：铝合金淬火知识
来源：www.cqswmc.com 发布时间：2023年04月26日
淬火原理
大部分挤压铝合金都是可热处理的强化合金。挤压后，通过固溶热处理和时效可以提高这些合金的强度，并获得有用的组织和性能。热处理强化铝合金的显著特点是随着温度的升高，其主要合金元素在固态铝中的溶解度大大增加。
1 .淬火加热温度
原则上，这类合金的加热温度可以通过相图来确定。淬火加热温度的下限是固溶度曲线，上限是起始熔化温度。一般淬火时效合金对合金元素的浓度要求严格，允许波动范围小。比如某些铝合金的淬火温度只允许在2℃~ 3℃之间波动，还要求加热时金属温度能保证良好的均匀性。所以淬火加热所用的设备一般都是温度控制、炉内温度均匀的浴式炉，工件单件悬浮在炉内，既能保证加热均匀，又能保证淬火时冷却均匀。当然，对于淬火温度范围较宽的合金，淬火加热容易控制。
在淬火过程中，金属内部会发生一系列的物理化学变化，包括再结晶、晶粒长大以及与周围介质的相互作用，这些都会影响淬火后合金的性能。在确定淬火温度时，应根据不同合金的特性来考虑。比如，在不过烧的前提下，提高淬火温度有助于时效强化过程，但有些合金在高温下有晶粒长大的趋势，所以要限制Z高加热温度。
过烧是淬火时容易出现的缺陷。轻度烧成时，表面特征不明显，晶界略厚，有少量球状易熔成分，晶粒较大。体现在性能上，冲击韧性降低，腐蚀速率大大增加。严重过烧时，粗晶界平坦，氧化严重，除晶界处有薄层易熔物和球状易熔物外，三种晶粒的结合点呈黑色三角形，有时沿晶界出现裂纹。产品表面颜色较暗，有时会出现气泡等突起颗粒。
2。淬火加热保温时间
保温的目的是使相变过程充分进行(多余相充分溶解)，组织充分转变成淬火所需的形状。在工业批量生产条件下，保温时间应从炉料Z冷部分达到淬火温度下限开始计算。保温时间长短主要取决于成分、原成分和加热温度。
温度越高，相变速率越大，保持时间越短。
材料的预处理和原始组织(包括强化相的大小和分布等。)对保持时间也有很大影响。铸态合金中的二相一般比较粗大，溶解速率较低，需要比变形合金长得多的保温时间。就同一变形合金而言，大变形程度所需的时间比小变形程度所需的时间短。在退火合金中，强化相的尺寸大于淬火时效合金，因此退火合金的淬火、加热和保温时间比再淬火合金长得多。
保温时间还与炉料、工件厚度、加热方式等因素有关。炉料越多，工件越厚，保温时间越长。浴炉加热比气体介质加热更快更短。为了获得细晶组织，防止晶粒长大，在保证所有强化相溶解的前提下，尽可能采用快速加热和短保温时间是合理的。
3。淬火速度
合金淬火时的冷却速度须保证过饱和固溶体固定不分解，以防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。所以淬火时冷却速度越快越好。但冷却速度越大，淬火产品的残余应力和变形越大，所以一般根据不同的合金和不同形状尺寸的产品来确定冷却速度。合金的淬火敏感性越强，选择的淬火冷却速率越大。例如，2A11和2A12铝合金的淬火冷却速度应在50℃/s以上，而7A04铝合金对冷却速度非常敏感，其淬火速度应为170℃/s。
淬火应力
工件在淬火介质中快速冷却时，产生热应力，导致材料变形不均匀。对于铝合金厚板(厚度> =6mm)，尤其是超厚板(厚度> =50mm)，淬火应力问题更为突出。淬火后的残余应力会影响材料的力学性能，如抗应力腐蚀性能、断裂韧性和抗疲劳性能。如果淬火后的产品需要切削处理，可能会影响淬火应力的亚稳态平衡，使淬火后的产品出现扭曲、翘曲、弯曲等缺陷。
合金在淬火冷却过程中，工件内部沿截面存在一定的温度梯度，表面温度低，中间温度高，存在温差。温度梯度对淬火应力有重要影响，影响温度梯度的淬火工艺因素主要包括淬火加热温度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形状。为了降低合金淬火后的残余应力，应适当降低淬火冷却速度，以减小温度梯度。这种方法对于截面复杂、壁厚差异大的型材尤为重要。常用的方法是将淬火介质水的温度提高到60-80℃，或采用等温淬火和间断淬火技术，或采用液氮和一些有机介质进行淬火，使工件得到平缓均匀的冷却，不均匀变形和淬火应力明显降低。但对于淬火敏感的合金，当淬火冷却速度下降到一定程度时，合金时效后的力学性能不会达标，在保证合金力学性能的前提下，适当降低淬火冷却速度是降低淬火应力的有效途径。
大部分挤压铝合金都是可热处理的强化合金。挤压后，通过固溶热处理和时效可以提高这些合金的强度，并获得有用的组织和性能。热处理强化铝合金的显著特点是随着温度的升高，其主要合金元素在固态铝中的溶解度大大增加。
固溶热处理(或淬火)通常包括两个步骤，即固溶处理和冷却。一步是在固溶曲线温度以上对材料进行热处理，形成固溶体，但温度低于固相线温度(或共晶温度)，热处理所需时间取决于合金中Mg2Si化合物颗粒的大小和分布以及热处理温度。精细的、高度分散的Mg2Si化合物颗粒将比粗大的聚集颗粒溶解得更快。一定形状的Mg2Si颗粒的溶解度随着温度的升高而显著增加。二步，将高温固溶的合金材料足够快地冷却到室温，防止Mg2Si析出，使合金元素Mg和Si保持过饱和固溶体，为时效析出做准备。
1 .淬火加热温度
原则上，这类合金的加热温度可以通过相图来确定。淬火加热温度的下限是固溶度曲线，上限是起始熔化温度。一般淬火时效合金对合金元素的浓度要求严格，允许波动范围小。比如某些铝合金的淬火温度只允许在2℃~ 3℃之间波动，还要求加热时金属温度能保证良好的均匀性。所以淬火加热所用的设备一般都是温度控制、炉内温度均匀的浴式炉，工件单件悬浮在炉内，既能保证加热均匀，又能保证淬火时冷却均匀。当然，对于淬火温度范围较宽的合金，淬火加热容易控制。
在淬火过程中，金属内部会发生一系列的物理化学变化，包括再结晶、晶粒长大以及与周围介质的相互作用，这些都会影响淬火后合金的性能。在确定淬火温度时，应根据不同合金的特性来考虑。比如，在不过烧的前提下，提高淬火温度有助于时效强化过程，但有些合金在高温下有晶粒长大的趋势，所以要限制Z高加热温度。
过烧是淬火时容易出现的缺陷。轻度烧成时，表面特征不明显，晶界略厚，有少量球状易熔成分，晶粒较大。体现在性能上，冲击韧性降低，腐蚀速率大大增加。严重过烧时，粗晶界平坦，氧化严重，除晶界处有薄层易熔物和球状易熔物外，三种晶粒的结合点呈黑色三角形，有时沿晶界出现裂纹。产品表面颜色较暗，有时会出现气泡等突起颗粒。
2。淬火加热保温时间
保温的目的是使相变过程充分进行(多余相充分溶解)，组织充分转变成淬火所需的形状。在工业批量生产条件下，保温时间应从炉料Z冷部分达到淬火温度下限开始计算。保温时间长短主要取决于成分、原成分和加热温度。
温度越高，相变速率越大，保持时间越短。
材料的预处理和原始组织(包括强化相的大小和分布等。)对保持时间也有很大影响。铸态合金中的二相一般比较粗大，溶解速率较低，需要比变形合金长得多的保温时间。就同一变形合金而言，大变形程度所需的时间比小变形程度所需的时间短。在退火合金中，强化相的尺寸大于淬火时效合金，因此退火合金的淬火、加热和保温时间比再淬火合金长得多。
保温时间还与炉料、工件厚度、加热方式等因素有关。炉料越多，工件越厚，保温时间越长。浴炉加热比气体介质加热更快更短。为了获得细晶组织，防止晶粒长大，在保证所有强化相溶解的前提下，尽可能采用快速加热和短保温时间是合理的。
3。淬火速度
合金淬火时的冷却速度须保证过饱和固溶体固定不分解，以防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。所以淬火时冷却速度越快越好。但冷却速度越大，淬火产品的残余应力和变形越大，所以一般根据不同的合金和不同形状尺寸的产品来确定冷却速度。合金的淬火敏感性越强，选择的淬火冷却速率越大。例如，2A11和2A12铝合金的淬火冷却速度应在50℃/s以上，而7A04铝合金对冷却速度非常敏感，其淬火速度应为170℃/s。
淬火应力
工件在淬火介质中快速冷却时，产生热应力，导致材料变形不均匀。对于铝合金厚板(厚度> =6mm)，尤其是超厚板(厚度> =50mm)，淬火应力问题更为突出。淬火后的残余应力会影响材料的力学性能，如抗应力腐蚀性能、断裂韧性和抗疲劳性能。如果淬火后的产品需要切削处理，可能会影响淬火应力的亚稳态平衡，使淬火后的产品出现扭曲、翘曲、弯曲等缺陷。
合金在淬火冷却过程中，工件内部沿截面存在一定的温度梯度，表面温度低，中间温度高，存在温差。温度梯度对淬火应力有重要影响，影响温度梯度的淬火工艺因素主要包括淬火加热温度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形状。为了降低合金淬火后的残余应力，应适当降低淬火冷却速度，以减小温度梯度。这种方法对于截面复杂、壁厚差异大的型材尤为重要。常用的方法是将淬火介质水的温度提高到60-80℃，或采用等温淬火和间断淬火技术，或采用液氮和一些有机介质进行淬火，使工件得到平缓均匀的冷却，不均匀变形和淬火应力明显降低。但对于淬火敏感的合金，当淬火冷却速度下降到一定程度时，合金时效后的力学性能不会达标，在保证合金力学性能的前提下，适当降低淬火冷却速度是降低淬火应力的有效途径。
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