铝合金热处理技术

1、铝合金热处理技术    热处理的定义很广，凡是人为控制之加热与冷却过程，用以改善材料之结构与性质者皆属于热处理，所以铸锭在加工前成形中，或加工后以及铸件所施之加热及冷却过程都叫热处理，亦包含下式的处理：(1)   浸热(Soaking)，均质化处理(homogenizing)预热使铸块组织均质化而长时间加热处理。(2)   再热(reheating)热间加工，而加热处理。(3)   Annealing退火-软化材料。(4)   Solution heat treatment)溶体化处理

2、，auenching淬火，回火(artificial aging 或 temper)提高材料强度(5)   Stabilizing treatment安定化处理铝合金分为两大类：(1)   Heat treatable alloy(2)   Non-heat treatable热处理铝合金为2XXX，6XXX，7XXX或2XX.X，3XX.X，7XX.X，其区分是热处理铝合金如施以适当热处理其内部结构发生一种相变化，产生细致析出物，藉此种析出物，强化材料。这种现象叫析出硬化或时效硬化。(Heat treatable alloy =pr

3、ecipitation-hardenable alloy)非热处理合金则无析出硬化现象(但也会有析出物)，故其强化作用通常借助一般的方法，如因溶体强化，加强化细晶强化。(1) 铝合金之特性首先我们先讨论铝及其合金的特性来说明铝及铝合金为何大量的被运用。(a)   轻2.7Mg/m，差不多是同体积铜或钢的1/3重量。(b)   防腐蚀能力强。(c)   可反射辐射能可见光、辐射热、电磁波。(d)   导电及导热能力强，且又是非铁磁性。(e)   non-sparking(f)  

4、; 无毒性(g)   外观及表面易处理(h)   机械性质良好(i)   存量多铝合金的代号甚多，例如：A.A(Aluminum,Association)A-   代表铝2-表示大区别 1.铝 2.耐蚀铝合金 3.高力铝合金   4.耐热铝合金P-表示形状   P板   R条   E圆板   PC合板   RC合条   T管    B棒 

5、  W线   S挤压形材   V卯钉材   F锻造品      H箔   TW熔接管   BC导体1-表示种类   特1   特2分别用S.O2) 铝合金之析出硬化    当金属所受袜力超过其降伏强度时，即发生塑性变形，从内部微结构的观点来看，变形最主要是由差排(dislocation)再受外力下，开始移动而造成。因此差排运动的难易关系到金属的强度，差排越不易运动，则

6、外加力势必越大材足以使他移动而形成塑性变形，此时材料呈现的强度越高，反之，呈现的强度越低。因而各种使材料强化的手段包括设计适当合金成分、施加适当铸造技术、热处理技术、加工技术，实质上就是造成材料内部差排移动阻碍的因素，阻碍差排运动的因素有溶质原子(即所谓固溶强化)、差排互相干扰(即加工强化)、晶界(即细晶强化)、麻田散相(即麻田散强化)、第二相颗粒(有散布强化、扩散强化、析出强化)等。    在上述强化方法中，乙烯初强化最晚为人类所发现，但他是一种十分有效的强化方法，可使一个材料晶析出硬化热处理提高5至6倍的强度，许多高级的结构材料即靠析出强化来获致其强度，如Al

7、-Zn-Mg，Al-Cu、Al-Mg-Si，Cu-Be、麻时效钢(maraging steel)、析出硬化型不锈钢等。    以Al-Cu合金平衡图为例，可了解此种原理。由图可看出铝基地(相)对Cu的饱和溶解度，再548时是5.7%，随温度逐渐下降，至0时仅 0.2%。当铝基地中的Cu含量超过此一固线(solvus line)时，多余的Cu含量便以(CuAl 化合物)析出来。例如Al-4%Cu合金，在540时Cu全铝基中而为固溶体，如果将之缓慢冷却，到了A点以下，饱和溶解度开始低于4%，此时便开始析出，沿晶界析出较粗大，基地内析出较小些。如果吾人采用快速冷却，例如

8、将之淬火至室温水或更低温液体，由于冷却速率太快，不超过12秒的时间，就到达低温状态，故此时不像食盐水之能迅速析出沉淀，在这短时间内，相是来不及析出的。且由于固体中原子扩散速率再低温时甚为缓慢，在一段时间内，析出几乎被抑制，因而淬火后得到的是过饱和的固溶体。    淬火在时效析出物比缓慢冷却者细小而致密，由于前以叙述及析出物越致密，其析出强化效果越好，固实用的析出硬化热处理程序必须包括下列三个基本步骤：    固溶热处理(solution treatment)淬火(quench)时效处理(aging treatment) &#

9、160;  固溶处理系指将材料生温至固溶体单相区一段时间，以便让溶质全部溶入基地而成单一相；淬火系指将固溶处理后的材料迅速冷却以得饱和固溶体。时效处理则将此过饱和固溶体放置在恒温，使其逐渐析出析出物而造成性质上的变化。此恒温若为室温则称为自然时效(natural aging)，若在叫高温炉中进行则称之为人工时效(artificial aging)。图3-1显示一个典型的时效硬度曲线，硬度在时效初期质逐渐上升，对时间后达最高硬度，过了最高点，硬度逐渐下降，这三个阶段分别称做初时效、最高时效及过时效；一般而言，初时效硬度上升是由于析出物逐渐析出，体积比逐渐增加，析出物间距越小所致；到了最

10、高时效时，此时析出物呈现最佳的分布状态，亦即对差排的阻力最大；过时效的形成是由于析出物的粗化，所谓粗化就是说由于析出物在希望减少总表面积以降低总表面能的趋使下，大的析出物越长越大，小的析出物逐渐变小而消失，亦即粗化的结果，造成析出物半径增大，个数减少，间距加大，根据前述之强化机构，可之粗化降低对差排的阻力，并使硬度下降。(3)铝合金热处理技术1.   热处理铝合金加工代号F：As fabricated表示冷加工，热加工或铸造成形后不在施以特别处理。O：Annealed表示退火至最低强度水平之锻制品，及经退火增加延展性及尺寸安定性之铸造品。H：Strain Hardened表

11、示经加工变形之锻制品。W：Solut heat treated：表示仅固溶体处理后自然时效W1/2 hr。T：Heat treated to produce stable tempers other than F . O . or H .2.   热处理代号H1：仅加工硬化者H2：加工硬化且未完全退火(部分退火)H3：加工硬化作低温加热以便稍微降低强度以增进延展性及安定性H1X，H2X，H3XX由188：50以下将完全退火之合金施以75%冷滚所的之强度0：为完全退火之强度48+ 0/2H 112 制造成形时加工硬化但加工量为加以控制H 321 制造成形时加工硬化，加工量特定

12、3.   T代号之细分 T 1 从较高温之成形加铸造、挤形等过程中冷却下来并自然时效。T 2 从较高温之成形施以冷加工并自然时效。T 3 固溶体处理后，冷加工并自然时效T 4 固溶体处理后，直接自然时效T 5 轻较高温度成形施以人工时效T 6 固溶处理后人工时效T 7 固溶处理后人工时效至过时效状态T 8 固溶体处理后，冷加工并人工时效T 9 固溶体处理后人工时效并冷加工T 10 较高温之成形施以冷加工并人工时效TX 51 固溶体处理后用伸张的方法消除内部应力TX 52 固溶体处理后用压缩的方法消除内部应力TX 53 用伸张及压缩的方法消除内部应力4. 

13、  热处理注意事项：1.Solution Heat Treatment 固溶体处理 一般处理温度约只低于共晶温度1015，对于高成分的合金要避免超过共晶温度，否则发生共晶反应在晶界上形成脆性之共晶结构影响材质1.   Over heating2.   Nonequilibrium Melting3.   Underheating4.   Solution Treating time, soaking time5.   High Temperature Oxidation 高温

14、氧化2.Quenching淬火    淬火之目的在造成过饱和之固溶体，最理想的淬火是保持固溶体之溶解度细密、析出强度高，且耐蚀及抗属力腐蚀性也会改善保持大量之Vacancy有益析出硬化原则上淬火速率越快，淬火温度越低越好，但是淬火速率太快往往会造成变形或内部应力，因此对形状较不规则的物体仍采慢淬火为宜。注意事项：1.   操作需迅速迟了机械性质、耐力、伸度会劣化，组织不均匀也会降低耐蚀性越薄越快。2.   淬火材料要够3.Precipitation Heat Treatment(时效处理)析出热处理温度越高硬度上升越快达到硬

15、度之时间越短，但最高硬度相形下降，而工业上，温度越高，成本越大。自然时效 natural aging(常温时效)如2040合金，T4人工时效 artificial aging, Precipitation heat treatment   7075自然时效虽快但硬化一直增加中难获安定之结构，故此合金采人工时效。一般而言，过时效之伸长率与韧性数初时效差一般合金不适合作过时效处理，但若考虑高温安定性时，较高温之过时效是以必要的。另外7000系铝、锌镁合金t6处理之强度高，但抗蚀性最差，过时效反可大幅改善，因之7000系如 7075，在实用上如应力腐蚀顾虑时必将T73或T76处现。淬火后再低于