铝合金的热处理强化方法和钢的有何不同

由于铝合金和合金钢的种类很多，很难说哪个硬度更大，需要看具体的种类才有可比性。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可热处理强化．其特点是硬度大，但塑性较差。超硬铝属Al一Cu—Mg—Zn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金．但耐腐蚀性差，高温软化快。锻铝合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，虽然加入元素种类多，但是含量少，因而具有优良的热塑性，适宜锻造，故又称锻造铝合金。

合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

合金钢种类：通常按合金元素含量多少分为低合金钢，中合金钢，高合金钢；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。

这里面有相变发生：

钢的淬火与回火是过饱和固溶体的固溶强化、高强度、镁合金之类，淬火+回火适用于有固态相变的金属材料、钛的合金等等，如铝合金，如铁的合金，但是脆性大本质区别、沉淀强化），必须通过回火来损失一部分硬度或强度来提高塑性和韧性。

有色金属的固溶处理+时效是第二相强化，淬火后就有高硬度。

所以，这里面基体没有相变发生、铜合金。固溶处理后强度硬度几乎无变化。而固溶处理+时效适合于没有固态相变的材料，必须通过时效来析出第二相来强化

1、白钢

优点：是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。

缺点：在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力。

2、铝合金

优点：硬度大，具有优良的热塑性，适宜锻造，比较适合做高隔间。

缺点：塑性较差，焊接点极易氧化。

扩展资料：

铝合金的用途：

铝合金是各种飞机的主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。飞机根据用途使用不同数量的铝。由于铝合金价格低廉，以经济效益为重点的民用飞机得到了广泛的应用。

例如，波音767客机使用的铝合金约占机身重量的81%。由于作战性能的要求，军用飞机使用的铝相对较少。如最大飞行速度为马赫数 2.5的F-15高性能战斗机仅使用35.5%铝合金。有些铝合金有良好的低温性能,在-183～-253[2oc]下不冷脆，可在液氢和液氧环境下工作。

不与浓硝酸和偏二甲肼反应，具有良好的焊接性能。因此，它们是制造液体火箭的良好材料。

参考资料来源：百度百科-铝合金

参考资料来源：百度百科-高速钢

根据热处理过程中是否发生第

二相

析出，即发生

沉淀强化

行为或叫

弥散强化

行为，如果发生就成为可热处理强化合金。

一般可以通过

合金相

图判定，即

溶解度曲线

（曲面）随温度降低而迅速减少的合金体系属于可热处理强化合金~

我们说的铝合金强度好、质量轻是相对来说的，在建筑行业，主要的建筑材料还是以钢铁为主，铝合金的使用范围是装修和外面的装潢，对于外面来说，他的强度是可以了的，质量也轻，光泽度好，美观，不会生锈，回收程度高，易于加工，产品多样化，等等，铝制品以后会应用的越来越广。

时效处理，为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。 时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，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。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。 在机械生产中，为了稳定铸件尺寸，常将铸件在室温下长期放置，然后才进行切削加工。这种措施也被称为时效。但这种时效不属于金属热处理工艺。

1.稳定化处理（stabilizing treatment ）

稳定化处理：为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸变化能够保持在规定范围内的热处理。对于预应力钢材，稳定化处理的作用是将钢丝中的大部分残余应力消除，使绞线结构稳定，切断时不松散，弹性极限提高，在长期保持张力下服役时应力损失（松弛）较低。

2.稳定化处理(steadiness treatment)

根据《安全工程大辞典》,含钛或含铌的奥氏体不锈钢的一种提高抗晶间腐蚀能力的热处理方法。在奥氏体不锈钢冶炼时加入数倍于含碳量的钛或铌元素，可在形成Cr23C6之前优先形成钛或铌的碳化物，这些碳化物几乎不固溶于奥氏体中。在焊接从高温冷却时，即使经过易析出Cr23C6的敏化温度区间(850～450℃)时也不会沿晶界大量析出Cr23C6，从而大大提高了抗晶间腐蚀的能力。为了使钢达到最大的稳定度，还应作稳定化处理，即将构件加热至900℃使Cr23C6充分溶解到奥氏体中，而此时让钛和铌充分形成非常稳定的碳化钛和碳化铌。然后在空气中冷却，即使经过敏化温度时，也无Cr23C6在晶界析出。经稳定化处理后的奥氏体不锈钢便大大降低了晶间腐蚀的可能性。

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