铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法

铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法―――刘静安教授06年11月铝及铝合金热处理工艺1.1铝及铝合金热处理的作用将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。1.2铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理1.2.1铝及铝合金热处理的分类（见图1）铝及铝合金热处理铝及铝合金热处理回归均匀化退火退火成品退火中间退火过时效欠时效自然时效人工时效多级时效时效固溶淬火离线淬火在线淬火一次淬火阶段淬火立式淬火卧式淬火图1铝及铝合金热处理分类1.2.2铝及铝合金热处理基本作用原理(1)退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。(2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。(3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效，有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。人工时效可分为欠时效和过时效。①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。可分为二阶段、三阶段时效回归处理：为了提高塑性，便于冷弯成形或矫正形位公差，将已淬火时效的产品，在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理。1.2.3铝合金材料的的热处理制度(1)铝合金铸锭的均匀化处理制度(见表1)表1：铝合金铸锭的均匀化规范合金牌号铸锭或坯料形状和尺寸均匀化温度、℃保温时间、h5A02空心圆锭480-50565A03空心圆锭470-490103A21空心圆锭590-630102A04实心圆锭480-490242A10实心圆锭470-500242A11实心圆锭480-50082A17实心圆锭512-5306-126A02实心圆锭532-54012-142A50、2B50实心圆锭φ≥350mm515-530242A50、2B50实心圆锭φ＜350mm515-530122A70实心圆锭φ≥350mm485-505162A70实心圆锭φ＜350mm485-50582A80实心圆锭φ＜350mm485-50582A14实心圆锭485-50510-166061实心圆锭530-55010-126063实心圆锭550-5704-66005、6005A实心圆锭560-5804-67A10、7A03、7005实心圆锭460-48015-187A04、7A09实心圆锭460-47024（2）美国变形铝合金淬火时效规范，见表2表2：美国变形铝合金淬火时效规范合金产品淬火处理时效处理温度℃状态温度℃时间h状态2011冷加工棒、线、材525T3T451160――14――T8――2014挤压产品500T4T42T4510T451116016016016018181818T6T62T6510T65112017冷加工棒、线材500T4,T42,T451-----------2024冷加工棒、线材490T4T351T3619019019012128T6T851T86热挤压棒、型、管材490T42T3T3510T351119019019019016121212T6T81T8510T85112219挤压棒、型、管材535T31T3510T3511T4219019019019018181836T62T81T8510T85116005挤压件530T11808T56061挤压件530T4T42T4510T45111801801801808888T6T62T6510T65116063挤压件、拉伸管520T1T4T42T42051801801801888T5T6T62T831,T8326066挤压件、型管材530T4T42T4510T45111801801801808888T6T62T6510T65116101挤压管、棒、型材505T42005T66070挤压管、棒、型材550T4T421601601818T6T626261挤压管、棒、型材520T41855T66262挤压件540T4、T42170180812T6T626351挤压件505T41706T66463挤压件520T1T4T42205180180188T5T6T627001挤压件470W12024T6,T62,T6510,T65117005挤压件480W105℃150℃T57075挤压件465120105℃*8h+17524T6,T62T737079挤压件440WW5111151154848T6T65117178挤压件465WWW510W511120120℃*3-5h+1602424T6,T62T76T6510,T6511（3）美国常用变形铝合金的退火制度，见表3表3：常用铝合金退火制度合金退火制度℃*h合金退火制度℃*h1119、1180、1070、1170、1060、1050、EC、1100、1200345±3*30分6053345±3*2-32011、2014、2017、2018415±3*2-36061415±3*2-32024、2025、2117、2218415±3*2-36063415±3*2-32618350±3*26066、6151415±3*2-33003、3004415±3*30分6261、6262、6351415±3*2-34032345±3*26463350±3*44043350±3*30分7001、7004415±3*2-35005、5050345±3*30分7072345±3*1-25052345±3*30分7075415±3*2-35056、5083、5086、5154、5205、5252、5254、5454、5456、5457、5652345±3*30分7079415±3*2-37178415±3*2-32、铝及铝合金产品状态表示法2.1基本状态代号，见表4表4产品基础状态代号代号名称说明与应用F自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字W固溶热处理状态一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T热处理状态(不同于F、O、H状态)适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字2.2H（加工硬化）状态的细分（1）H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面添加两位阿拉伯数字（称做HXX状态），或三位阿拉伯数字（称做HXXX状态）表示H的细分状态1）HXX状态：H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序，如下所示：H1——单纯加工硬化状态。适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。H2——加工硬化及不完退火的状态。适用于加工硬化程度超过成品规定要求后，经不完全退火，使强度降低到规定指标的产品。对于室温下自然时效软化的合金，H2与对应的H3有相同的最小极限抗拉强度值；对于其他合金，H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度值，但伸长率比H1稍高。H3——加工硬化及稳定化处理的状态。适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。H3状态仅适用于在室温下逐渐时效软化（除非经稳定化处理）的合金。H4——加工硬化及涂漆处理的状态。适用于加工硬化后，经涂漆处理导致了不完全退火的产品。H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度。数字8表示硬状态。通常采用O状态的最小抗拉强度与表5规定的强度差值之和，来规定HX8状态的最小抗拉强度值。对于O（退火）和HX8状态之间的状态，应在HX代号后分别添加从1到7的数字来表示，在HX后添加数字9表示比HX8加工硬化程度更大的超硬状态。各种HXX细分状态代号及对应的加工硬化程度如表6所示。表5HX8状态与O状态的最小抗拉强度的差值O状态的最小抗拉强度/MPaHX状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPaO状态的最小抗拉强度/MPaHX8状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPa≤4045~6065~8085~100105~120125~160556575859095165~200205~240245~280285~320≥325100105110115120表6HXX细分状态代号与加工硬化程度细分状态代号加工硬化程度HX1抗拉强度极限为O与HX2状态的中间值HX2抗拉强度极限为O与HX4状态的中间值HX3抗拉强度极限为HX2与HX4状态的中间值HX4抗拉强度极限为O与HX8状态的中间值HX5抗拉强度极限为HX4与HX6状态的中间值HX6抗拉强度极限为HX4与HX8状态的中间值HX7抗拉强度极限为HX6与HX8状态的中间值HX8硬状态HX9超硬状态，最小抗拉强度极限值超HX8状态至少10MPa注：当按上表确定的HX1-HX9状态抗拉强度极限值不是以0或5结尾时，应修正至少0或5结尾的相邻较大值。2.3退火（O）状态代号分类2.3.1O1——均匀化退火2.3.2O2——产品不完全（局部）退火2.3.3O3——产品完全退火2.4热处理（T）状态代号细分类2.4.1TX状态细分及应用，见表7表7TX细分状态代号说明与应用状态代号说明与应用T0固溶热处理后,经自然时效再通过冷加工的状态适用于经冷加工提高强度的产品T1由高温成型过程冷却,然后自然时效至基本稳定的状态适用于由高温成型过程冷却后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品T2由高温成型过程冷却,经冷加工后自然时效到基本稳定的状态适用于由高温成型过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T3固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效到基本稳定的状态适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T4固溶热处理自然时效到基本稳定的状态适用于固溶热处理后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品T5由高温成型过程冷却,然后进行人工时效的状态适用于由高温成型过程冷却后,不经过冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限),予以人工时效的产品T6固溶热处理后进行人工时效的状态适用于高温成型过程冷却后,不经过冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品T7固溶热处理进行时效的状态适用于固溶热处理后,为获得某些重要特性,在人工时效时,强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品T8固溶热处理后经冷加工.然后进行人工时效的状态适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T9固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工的状态适用于经冷加工提高强度的产品T10由高温成型过程冷却后,进行冷加工,然后人工时效的状态适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品注:某些6×××系的合金,无论是炉内固溶热处理,还是从高温成型过程急冷以保留可溶解组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果,这些合金的T3、T4、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种.2.4.2TXX状态及TXXX状态(消除应力状态除外)细分见表8表8TXX及TXXX细分代号说明与应用状态代号说明与应用T42适用于自O或F状态固溶热处理后,自然时效到充分稳定状态的产品,也适用于需方任何状态的加工产品热处理后,力学性能达到T42状态的产品T62适用于自O或F状态固溶热处理后,进行人工时效的产品,也适用于需方对任何状态的加工产品热处理后,力学性能达到T62状态的产品T73适用于固溶热处理后,经过时效以达到规定的力学性能和抗应力腐蚀性能指标的产品T74与T73状态定义相同.该状态的抗拉强度大于T73状态,但小于T76状态T76与T73状态定义相同.该状态的抗拉强度分别高于T73、T74状态,抗应力腐蚀断裂性能分别低于T73、T74状态,但其抗剥落腐蚀性能仍较好T7X2适用于自O或F状态固溶热处理后,进行人工时效处理,力学性能及抗腐蚀性能达到T7X状态的产品T81适用于固溶热片量后,经1%左右的冷加工变形提高强度,然后进行人工时效的产品T87适用于固溶热处量后,经7%左右的冷加工变形提高强度,然后进行人工时效的产品2.4.3消除应力状态表示法在上述TX或TXX或TXXX状态代号后面再添加“51”、或“510”、“511”表9消除应力状态代号说明与应用状态代号说明与应用TX51TXX51TXXX51适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的厚板、轧制或冷精整的棒材以及模锻件、锻环或轧制环,这些产品拉伸后不再进行矫直.厚板的永久形量为1.5%~3%;轧制或冷精整棒材的永久变形量为1%~3%;模锻件、锻环或轧制环的永久变形量为1%~5%TX510TXX510TXXX510适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后不再进矫直.挤制棒、型和管材的永久变形量为1%~3%;拉制管材的永久变形量为1.5%~3%TX511TXX511TXXX511适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后可略微矫直以符合标准公差.挤制矫、型和管材的永久变形量为1%~3%;拉制管材的永久变形量1.5%~3%TX52TXX52TXXX52适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,通过压缩来消除应力,以产生1%~5%的永久变形量的产品TX54TXX54TXXX54适用于在终锻模内通过冷整形来消除应力的模锻件W的消除应力状态.正如T的消除应力状态代号表示方法,可W状态代号后面添加相同的数字(如51、52、54),以表示不稳定的固溶热处理及消除应力状态.我国铝材产品原状态与新状态代号对照见表10表10原状态号与相应的新状态号原代号新代号原代号新代号原代号新代号MRYY1Y2Y4OH112或FHX8HX6HX4HX2TCZCSCYSCZYCSYHX9T4T6TX51、TX52等T0T9MCSMCZCGS1CGS2CGS3RCST62T42T73T76T74T5常见产品状态代号举例见表11表11常见产品状态代号举例H14H16H18H19HXX4HXX5H111H112H116应变–硬化–1/2硬应变–硬化–3/4硬应变–硬化–4/4硬应变–硬化–超硬适于与HXX状态–致加工得来的压花板或装饰板或带材应变–硬化–适于焊管在后续操作如拉伸或矫直的过程中退火和轻微应变–硬化(少于H11)在高温下冷加工后或受限的冷加工(规定力学性能的范围)后进行轻微应变–硬化适于Mg含量≥4%的AI-Mg合金并规定力学性能范围和抗剥离腐蚀H22H24H26H28应变–硬化和局部退火--1/4硬应变–硬化和局部退火--1/2硬应变–硬化和局部退火--3/4硬应变–硬化和局部退火--4/4硬(完全硬化)H32H34H36H38应变–硬化和稳定化处理--1/4硬应变–硬化和稳定化处理--1/2硬应变–硬化和稳定化处理--3/4硬应变–硬化和稳定化处理--4/4硬(完全硬化)H42H44H46H48应变–硬化和涂漆或涂染--1/4硬应变–硬化和涂漆或涂染-1/2硬应变–硬化和涂漆或涂染--3/4硬应变–硬化和涂漆或涂染--4/4硬(完全硬化)WW51W510W511W52W54固溶热处理(不稳定状态),也可以规定自然时效(W2h)的时间.固溶热处理(不稳定状态),通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%).拉伸后产品再进行进一步矫直.进行固溶热处理(不稳定状态)并通过拉伸来消除应力(挤压棒、杆、型材和管材:1~3%永久变形,冷拔管:0.5~3%).拉伸后产品不进行进一步矫直.拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之外其它与W510相同.固溶热处理(不稳定状态)并通达压缩来消除应力以获得1~5%的永久变形.固溶热处理(不稳定状态)并在精压模中(模锻)进行冷锻矫形来消除应力T1从高温成型工艺中冷却并进行自然时效T2从高温成型工艺中冷却、冷加工并自然时效T3T31T351T3510T3511T352T354T36T37T39固溶热处理、冷加工并自然时效固溶热处理、约1%冷加工并自然时效固溶热处理、通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒、杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%)并进行自然时效.拉伸后产品不进行进一步矫直.进行固溶热处理(不稳定状态)并通过拉伸来消除应力(挤压棒杆、型材和管材:1~3%永久变形，冷拔管:0.5—3%)并进行自然时效。拉伸后产品不进行进一步矫直除拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之外与T3510相同固溶热处理、通过压缩来消除应力以获得1~5%的永久变形并进行自然时效固溶热处理、通过在精压模中冷锻矫形来消除应力,并进行自然时效.固溶热处理、约6%的冷加工并进行自然时效固溶热处理、约7%的冷加工并进行自然时效固溶热处理、进行适当的冷加工以获得规定的力学性能.可在自然时效之前或之后进行冷加工T4T42T451T4510T4511T452T454固溶热处理并自然时效固溶热处理并自然时效、适于从退火状态或F状态中进行热处理的试验材料或者适于从使用者的任一状态进行热处理的产品.进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%)并进行自然时效进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%)并进行自然时效.拉伸后产品不再进行进一步矫直.除了拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之上与T4510相同进行固溶热处理,通过压缩来消除应力以形成1~5%的永久变形并进行自然时效.固溶热处理,在精压模中通过冷锻矫形来消除应力T5T51T56从高温成形工艺中冷却,然后进行人工时效从高温成形工艺中冷却,然后在欠时效状态下进行人工时效以改进可成形性.从高温成形工艺中冷却,然后进行人工时效—通过对工艺的特别控制来获得高于T5状态的力学性能(6000系合金)T6T61T6151T62T64T651T6510T6511T652T654T66固溶热处理,然后进行人工时效固溶热处理,然后在欠时效状态下进行人工时效以改进可成形性.进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%)并进行自然时效.拉伸后产品不再进行进一步矫直.固溶热处理,然后进行人工时效,适于从退火状态或F状态中进行热处理的试验材料或者适于从使用者的任一状态进行热处理的产品.固溶热处理,然后在欠时效状态下(在T6与T61之间)进行人工时效以改进可成形性进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(薄板:0.5~3%永久变形,厚板:1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:1~5%)并进行自然时效.拉伸后产品不再进行进一步矫直.进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(挤压棒、杆、型材和管材:1---3%永久变形,冷拔管:0.5---3%)并进行人工时效.拉伸后不再进行进一步矫直.除了拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差外与T6510相同.固溶热处理、通过压缩来消除应力以获得1---5%的永久变形然后进行人工时效.固溶热处理、在精压模中进行冷锻矫形来消除应力,然后进行人工时效.固溶热处理然后进行人工时效---通过对工艺的特别控制来获得高于T6的力学性能(6000系合金).T7T73T732T7351T73510T73511固溶热处理,然后进行人工过时效处理.固溶热处理,然后进行了人工过时效以获得最佳的抗应力腐蚀.固溶热处理,并进行人工过时效以获得最佳的抗应力腐蚀.适于从退火状态或F状态中进行热处理的试验材料或适于使用者从任一状态中进行固溶热处理,进行固溶热处理，并通过拉伸来消除应力(薄板:0.5-3%永久变形,,厚板1.5-3%永久变形,轧制或冷加工棒,杆:1-3%永久变形,或锻环和轧环,1-5%永久变形),然后进行人工过时效得最佳的抗应力腐蚀.拉伸后的产品不再进一步矫直.进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力(挤压棒、杆、型和管材：1-3%永久变形，冷拔管：0.5-3%永久变形)然后进行人工过时效以获得最佳的抗应力腐蚀。拉伸后产品不再进行一步矫直除了拉伸允许进行局部矫真以符合标准公差之外其他与T73510相同T74T7451T74510T74511T7452T7454固溶热处理，然后进行人工过时效（在T73与T6之间）。进行固溶热处理，通过拉伸来消除应力(薄板:0.5-3%永久变形,厚板1.5-3%永久变形,轧制或冷加工棒,杆:1-3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环,1-5%永久变形)然后进行人工过时效（在T73到T76之间）拉伸后产品不再进一步矫直.进行固溶热处理，并通过拉伸来消除应力（挤压棒、杆、型和管材：1-3%永久变形，冷拔管：0。5-3%永久变形）然后进行人工时效（在T73-T76之间）。拉伸后的产品不再进行一步矫直除了拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之处其他与T74510相同固溶热处理，并通过压缩来消除应力以获得1-5%的永久变形，然后进行人工过时效（在T73到T76之间）。进行固溶热处理，并在精压模中通过冷锻矫形来消除应力然后进行人工过时效（在T73-T76之间）T8固溶热处理，冷加工并进行人工时效。T81固溶热处理，约1%冷加并进行人工时效T82由使用者进行固溶处理，拉伸控制为最小的永久变形2%，然后进行人工时效（8090合金）T832固溶热处理，特别控制冷加工，然后进行人工时效，（适于6063拉拔管）T841固溶热处理，冷加工，然后进行人工欠时效（适于2091合金和8090合金薄板和