铝合金固溶时效处理要注意什么

铝合金时效强化原理

铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和铝合金固溶炉体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。影响时效的因素1.从淬火到人工时效之间停留时间的影响研究发现，某些铝合金如Al－Mg－Si系合金在室温停留后再进行人工时效，合金的强度指标达不到最大值，而塑性有所上升。如ZL101铸造铝合金，淬火后在室温下停留一天后再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低10～20Mpa，但塑性要比立刻进行时效的铝合金有所提高。2.合金化学成分的影响一种合金能否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，铝合金固熔炉且随温度变化不大，而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝－铜合金，及三元合金或多元合金，如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处理进行强化。

以上资料由上海艾荔艾金属材料有限公司提供，欢迎新老客户来电洽购。

T2 退火 主要作用在于消除铸件的内应力（铸造应力和机加工引起的应力），稳定铸件尺寸，并使Al-Si系合金的Si晶体球状化，提高其塑性。 对Al-Si系合金效果比较明显，退火温度280-300℃，保温时间为2-4h。

T4 固溶处理（淬火）加自然时效 通过加热保温，使可溶相溶解，然后急冷，使大量强化相固溶在α固溶体内，获得过饱和固溶体，以提高合金的硬度、强度及抗蚀性。 对Al-Mg系合金为最终热处理，对需人工时效的其它合金则是预备热处理。

T5 固溶处理（淬火）加不完全人工时效 用来得到较高的强度和塑性，但抗蚀性会有所下降，非凡是晶间腐蚀会有所增加。 时效温度低，保温时间短，时效温度约150-170℃，保温时间为3-5h。

T6 固溶处理（淬火）加完全人工时效 用来获得最高的强度，但塑性和抗蚀性有所降低。 在较高温度和较长时间内进行。适用于要求高负荷的零件，时效温度约175-185℃，保温时间5h以上。

T7 固溶处理（淬火）加稳定化回火 用来稳定铸件尺寸和组织，提高抗腐蚀（非凡是抗应力腐蚀）能力，并保持较高的力学性能。 多在接近零件的工作温度下进行。适合300℃以下高温工作的零件，回火温度为190-230℃，保温时间4-9h。

T8 固溶处理（淬火）加软化回火 使固溶体充分分解，析出的强化相聚集并球状化，以稳定铸件尺寸，提高合金的塑性，但抗拉强度下降。 适合要求高塑性的铸件，回火温度约230-330℃，保温时间3-6h。

T9 循环处理 用来进一步稳定铸件的尺寸外形。其反复加热和冷却的温度及循环次数要根据零件的工作条件和合金的性质来决定。 适合要求尺寸、外形很精密稳定的零件。

固溶热处理

将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶于固溶体中，再快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

时效处理

时效处理可分为自然时效和人工时效两种。

自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少；

人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。

根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。

从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。

对于一般铝合金，自然时效时，屈服强度稍低而耐蚀性较好，采用人工时效时，合金屈服强度较高而伸长率和耐蚀性都降低。对于铝－锌－镁－铜系铝合金LC4则相反，当采用人工时效时，合金耐蚀性比自然时效好。

选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。

实话实说，时效处理、固溶处理这些概念在专业上并不统一，是比较混乱的，甚至于专业人士的看法也不相同，有些也是矛盾的，而退火的工艺是比较一致的，下面就个人看法做一些阐述，不一定能够得的赞同，仅供参考：

固溶处理，个人认为是指将随着温度变化具有溶解度变化的合金，加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，一般形成单一相，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

从这个意义上狭义的讲，固溶处理通常适用于特殊钢，高温合金，特殊性能合金，有色金属。这些合金都形成单一相，且快速冷却后并没有发生相变。

从广义的意义上讲，一般钢的淬火前的奥氏体化也属于固溶处理范畴，但有时未必形成单一相，例如过共析钢会保留一部分过剩相（碳化物），而亚共析钢则形成单一相。快速冷却后发生相变，因此，起了一个专有名词：淬火，以区别其他固溶处理。

时效处理的概念来源于铝合金，由于铝合金在固相范围没有相变，想通过像钢那样通过相变来改变组织从而改变性能的做法显然行不通。但是研究发现，铝合金固溶处理后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。并不像钢那样，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。铝合金经过固溶处理后，经相当长时间的室温放置后，合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。这个强度硬度增加是过饱和固溶体析出弥散的第二相强化形成的，跟钢发生马氏体转变而产生相变的原理不同，过程类似。

退火通常是得的平衡组织的热处理工艺，前面讲的无论固溶处理还是时效处理，得到的都是非平衡组织，这个特点是他们最大的不同。

退火工艺随目的之不同而有多种，如完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等，对应的，退火总有一款适用于所有的金属和合金，所以退火适用范围很广。

将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充

分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺

时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.

根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。

从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。

对于一般铝合金，自然时效时，屈服强度稍低而耐蚀性较好，采用人时效时，合金屈服强度较高而伸长率和耐蚀性都降低。对于铝－锌－镁－铜系合金入LC4则相反，当采用人工时效时，合金耐蚀性比自然时效好。

选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。

一、塑料模具的制造工艺路线

1.低碳钢及低碳合金钢制模具

例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

2.高合金渗碳钢制模具

例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

3.调质钢制模具

例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。

4.碳素工具钢及合金工具钢制模具

例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。

5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。

二、塑料模具的热处理特点

（一）渗碳钢塑料模的热处理特点

1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。

2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8～1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3～1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。

3.渗碳温度一般在900～920℃，复杂型腔的小型模具可取840～860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900～920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820～840℃）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。

4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具）。

（二）淬硬钢塑料模的热处理

1.形状比较复杂的模具，在粗加工以后即进行热处理，然后进行精加工，才能保证热处理时变形最小，对于精密模具，变形应小于0.05%。

2.塑料模型腔表面要求十分严格，因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热，若采用普通箱式电阻炉加热，应在模腔面上涂保护剂，同时要控制加热速度，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制冷却速度，以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废。一般以热浴淬火为佳，也可采用预冷淬火的方式。

3.淬火后应及时回火，回火温度要高于模具的工作温度，回火时间应充分，长短视模具材料和断面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。

（三）预硬钢塑料模的热处理

1.预硬钢是以预硬态供货的，一般不需热处理，但有时需进行改锻，改锻后的模坯必须进行热处理。

2.预硬钢的预先热处理通常采用球化退火，目的是消除锻造应力，获得均匀的球状珠光体组织，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷挤压成形性能。

3.预硬钢的预硬处理工艺简单，多数采用调质处理，调质后获得回火索氏体组织。高温回火的温度范围很宽能够满足模具的各种工作硬度要求。由于这类钢淬透性良好，淬火时可采用油冷、空冷或硝盐分级淬火。表3-27为部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。

表3-27 部分预硬钢的预硬处理工艺

钢 号 加热温度/℃ 冷却方式 回火温度/℃ 预硬硬度HRC

3Cr2Mo 830～840 油冷或160～180℃硝盐分级 580～650 28～36

5NiSCa 880～930 油冷 550～680 30～45

8Cr2MnWMoVS 860～900 油或空冷 550～620 42～48

P4410 830～860 油冷或硝盐分级 550～650 35～41

SM1 830～850 油冷 620～660 36～42

（四）时效硬化钢塑料模的热处理

1.时效硬化钢的热处理工艺分两步基本工序。首先进行固溶处理，即把钢加热到高温，使各种合金元素溶入奥氏体中，完成奥氏体后淬火获得马氏体组织。第二步进行时效处理，利用时效强化达到最后要求的力学性能。

2.固溶处理加热一般在盐浴炉、箱式炉中进行，加热时间分别可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的钢种也可空冷。如果锻造模坯时能准确控制终锻温度，锻造后可直接进行固溶淬火。

3.时效处理最好在真空炉中进行，若在箱式炉中进行，为防模腔表面氧化，炉内须通入保护气氛，或者用氧化铝粉、石墨粉、铸铁屑，在装箱保护条件下进行时效。装箱保护加热要适当延长保温时间，否则难以达到时效效果。部分时效硬化型塑料模具钢的热处理规范可参照表3-28。

表3-28 部分时效硬化钢的热处理规范

钢 号 固溶处理工艺 时效处理工艺 时效硬度HRC

06Ni6CrMoVTiAl 800～850℃油冷 510～530℃×（6～8）h 43～48

PMS 800～850℃空冷 510～530℃×（3～5）h 41～43

25CrNi3MoAl 880℃水淬或空冷 520～540℃×（6～8）h 39～42

SM2 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 39～40

PCR 1050℃固溶空冷 460～480℃×4h 42～44

三、塑料模的表面处理

为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性，常对其进行适当的表面处理。

1.塑料模镀铬是一种应用最多的表面处理方法，镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力，能长久保持金属光泽，在多种酸性介质中均不发生化学反应。镀层硬度达1000HV，因而具有优良的耐磨性。镀铬层还具有较高的耐热性，在空气中加热到500℃时其外观和硬度仍无明显变化。

2.渗氮具有处理温度低（一般为550～570℃），模具变形甚微和渗层硬度高（可达1000～1200HV）等优点，因而也非常适合塑料模的表面处理。含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能，用作塑料模时进行渗氮处理可大大提高耐磨性。

适于塑料模的表面处理方法还有：氮碳共渗、化学镀镍、离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛，PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等

http://jpkc.cec.edu.cn/jpkc/cygysj/top_all/w_ziyuanku/cailiao/13.4.htm

参考资料：http://jpkc.cec.edu.cn/jpkc/cygysj/top_all/w_ziyuanku/cailiao/13.4.htm

时效处理的原理：

金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。

一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。 含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。 时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效工艺。

2、铝型材材料中添加其他元素，会增加铝型材材料的硬度韧性等，硬度就变大。

3、冷加工硬化，使铝合金在常温状态下，受外力塑性变形，形成硬化层。但这样会有一定的缺点，就是会产生残余应力，会增加脆性，材料耐用性会有所降低。

4、表面处理，铝型材可通过表面阳极氧化处理，表面电镀处理等方法，使铝合金型材的表面层硬化，从而达到铝合金产品所需要的硬度。

5、850C固溶2小时水淬，再600°℃2小时时效空冷，硬度约25r0。这就可以了。若想再高些，则可：950℃国溶2小时水淬，再400℃4小时时效空冷，硬度会更高。