铝及铝合金的热处理有哪些

铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。

铝合金热处理特点与钢的热处理有哪些不

众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4～6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100～200℃)内发生，称人工时效。

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。

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。

一:铝及 铝合金 热处理的基本知识

铝合金热处理特点与钢的热处理有哪些不

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。

2.铝及铝 合金 热处理的主要方法及其基本作用原理

(1)铝及铝合金热处理的分类(如下图)

铝及铝合金热处理的分类

铝合金热处理设备

铝及铝合金热处理分类

(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。

自然时效: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。

人工时效: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

(4) 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。

二:铝合金淬火冷却速度

铝合金淬火炉之淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。

因此淬火时的冷却速度越快越好。但是 冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。

一般合金的淬火对冷却速度敏感性强的，选择的冷却速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷却速度应在50℃/S以上，而7A04合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求在170℃/S以上。

对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温度来实现。对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火(水温一般 L0~35℃)，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用40~50℃的水淬火。

而对于特别易产生变形的制品，甚至可以将水温升至75~85℃进行淬火。试 验证明随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能有所降低。

铝合金淬火炉之铝合金最常用的淬火介质是水。因为水的粘度小、热容量大，蒸发热快，冷却能力强，而且使用非常方便、经济。

但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中冷却可以分为三个阶段:第一阶段为膜状沸腾阶段。当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面立即形成一层不均匀的过热蒸汽薄膜，它很 牢固，导热性不好，使制品的冷却速度降低。

第二阶段为气泡沸腾阶段。当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾，发生强烈的热交换。第三阶段为 热量对流阶段，冷却水的循环，或制品左右摆动、或上下移动，增加制品表面与水产生对流的热交换，以提高冷却速度。

根据上面分析，为了很快突破第一阶段，迸一步冷却，保证淬火制品冷却均匀，需要在淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品入水槽后要作适当的摆动。

另外为保证水温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量(一般应为淬火制品总体积的20倍以上)。而且冷却水应有循环装置。

除了调节水温来控制铝合金淬火炉的淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷却能力。

通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，经常用这种聚乙醇水溶液来淬火。

三:铝合金型材的风冷和水冷淬火有什么不同

铝合金的淬火为高温突然降到低温为淬火， 例如钢刀刀刃要在水中淬火，才硬和锋利， 而铝材的淬火也有水冷淬火，也有风冷淬火。

建筑用6063铝型材即用风冷淬火，把淬火后的铝型材放在时效炉内时效一定时间，铝型材内部结晶重新排列，机械强度明显提高。在金属所有合金中，唯独只有铝合金有时效状态。

铝合金挤压型材成形温度为460~500度，一般要求淬火后的温度为200。通过高温挤压成型，固溶热处理后(淬火)进行人工时效的状态为风冷(T5)通过高温挤压成型过程冷却，然后进行人工时效的状态为水冷(T6)。

俗话说的:T5是挤出后风冷的。T6是挤出后水冷的，经水淬火后硬度就提高了。就这么简单。但是铝材需要拉弯的话，尽量不要T6的状态。

有的人认为T5与T6的区别仅是冷却速度的区别,不是风冷水冷的区别。风冷的冷却速度够大,也能达到T6效果,反之,水冷但冷却速度不够大也只能是T5的效果!

其实T6状态既可以进行在线淬火(水冷或强风冷)，也可以进行离线淬火(用淬火炉淬火)，但要根据客户的要求和产品品种规格来定。

在实际生产中，不管采用哪种生产工艺关键是要达到该铝型材产品的力学性强度要求。

硬度跟风冷速度和水冷速度没有多大关系的。

冷却效果越好时效后硬度就会越好，为什么会有T5与T6之分，因为T5风冷产品尺寸不会变形，几乎所有门窗之类的型材都会选择T5，而T6材是水冷厚度比较薄的型材遇水就会变形，特别是有开口的东西很容易遇水就变形。

当然还可以用飘水的形式来过水，就是那种喷雾式的过水方式。产品过水后的效果当然会比风冷效果要好的多。6063-T5在10-13之间6063-T6可达到13以上。

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至基本稳定的状态 ，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，再经自然时效至基本稳定的状态，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 固溶热处理后自然时效至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

T7 固溶热处理后进行过时效的状态适用于固溶热处理后，为获取某些重要特性，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6XXX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性成份在固溶体中，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热处理方法的任一种。

脱脂工序，配制质量分数为15％～25％的磷酸溶液，将铝合金工件置于所述磷酸溶液中进行清洗；

碱洗工序，将铝合金工件置于碱性溶液中进行浸渍；及

光化工序，配置体积分数为10％～15％的盐酸溶液，将铝合金工件置于所述盐酸溶液中进行浸渍。

较佳地，所述脱脂工序中的清洗温度为50度～60度，清洗时间为30分钟～60分钟。

较佳地，所述碱洗工序中的碱性溶液包括质量分数为6％～10％的氢氧化钠溶液。

较佳地，所述碱洗工序中的清洗温度为40度～60度，清洗时间为30分钟～60分钟。

较佳地，在所述碱洗工序之后、所述光化工序之前还包括用去离子水冲洗铝合金工件。

较佳地，用去离子水冲洗铝合金工件的冲洗时间为5分钟～10分钟。

较佳地，在所述光化工序之后，还包括：去离子水冲洗铝合金工件；以及干燥所述铝合金工件。

与现有技术相比，本发明的铝合金工件在经过磷酸溶液的清洗后，其上残留的油污被清洗干净，经过碱洗工序后，其上的氧化物被有效清除，经过光化工序后，铝合金工件上的碱液被中和，使得铝合金工件的表面更佳光洁，

铝合金在加工过程中，在表面容易残留加工例如切削加工或成型加工残留的润滑剂或废料，而且铝合金在使用后被氧化会在表面生成一层致密的氧化铝薄膜，致使铝合金在后续加工中产生许多缺陷，从而影响使用。因此，需对铝合金进行清洗，将其表面污垢及氧化物去除，不损伤铝合金表面，能满足下道工序如电镀、喷漆、装配等要求。

所以铝合金热处理清洗这个步骤是很重要的。

处理温度如图：

下是铝材的型号说明：

一系:1000系列铝合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。

二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、 2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。

三系:3000系列铝合金代表3003 、 3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间，是一款防锈功能较好的系列。

四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料低熔点,耐蚀性好，产品描述: 具有耐热、耐磨的特性

五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高，疲劳强度好，但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。

六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，容易涂层，加工性好。

七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。目前基本依靠进口，我国的生产工艺还有待提高。

八系:8000系列铝合金较为常用的为8011 属于其他系列，大部分应用为铝箔，生产铝棒方面不太常用。

九系:9000系列铝合金是备用合金。

资料拓展：

铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人Alfred Wilm发明，对飞机发展帮助极大，一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。

造成电偶腐蚀（Galvanic corrosion）加速的情况有：铝合金与不銹钢接触的情况、其他金属的腐蚀电位比铝合金低或是在潮湿的环境下。如果铝和不銹钢要一同使用必须在有water-containing systems或是户外安装两金属间电子或电解隔离。

铝合金的成分需要向美国铝业协会（Aluminium Association，AA）注册。许多组织公布更具体制造铝合金的标准，包括美国汽车工程协会（Society of Automotive Engineers，SAE）特别是航空标准，还有美国材料试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）。

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶  铝合金

及化学工业中已大量应用。

随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。

添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

参考资料

铝合金的百度百科

铝合金的热处理温度一般都不高，固溶温度最高也是在550摄氏度左右吧，时效温度估计就更低了大概可能也就在一两百度左右吧

设定固溶温度时注意过烧，另根据需要设定时效时间

具体的不太清楚，可以去参考国标。

纯铝在冷却过程中没有相变也没有同素异构，所以不能热处理。

铝合金也是这样判断，常见的二元铝合金基本没有相变，三元或更多的才会有。像杜拉铝，超硬铝都可以。一般都是用时效强化来处理。

将铝合金在535±5℃保温5.5±0.5个小时，然后在80±10℃的水中淬火，淬火时间不能低于5min。

再在165±5℃的低温炉中时效4±0.5个小时。出来后硬度一般达到HB80-90,延伸率大于8%，抗拉强度250MPa以上。

技术问题主要是保温问题，一定要按工艺执行，还有从高温炉到下水淬火要尽量快，否则就会影响固熔效果，影响热处理效果！

1、退火处理。将铸件加热到较高温度（300℃左右），保温一定时间后，随炉冷却的工艺称为退火。退火处理可以消除铸件的内应力，稳定铸件尺寸，减少变形，增大铸件的塑性。

2、固溶处理。把铸件加热到尽可能高的温度（接近于共晶体的熔点），保温足够长的时间后快速冷却，使强化组元在铝中最大限度地溶解，这种高温状态被固定保存到室温的过程称为固溶处理，俗称淬火。固溶处理可以提高铸件的强度和塑性，改善合金的耐腐蚀性能。

3、时效处理。将固溶处理后的铸件加热到某一温度，保温一定的时间后出炉空冷的工艺称为时效。采用较低的时效温度或较短的保温时间的时效处理称为不完全人工时效；采用较高的时效温度或较长的保温时间的时效处理称为完全人工时效。不完全人工时效可使铸件获得优良的综合力学性能，即较高的强度，良好的塑性和韧性，但抗蚀性能可能较低。完全人工时效，可使铸件获得最大的强度，即最高的抗拉强度，但伸长率较低。

4、循环处理。多次将铸件冷却到零下温度，保温一定时间再加热到铸件的工作温度的过程，称为循环处理。循环处理可捷高铸件尺寸的稳定性，适于精密零件的处理。

参考资料：http://www.zz361.com/information_content.php?id=10011962