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鋁合金門窗廠家:鋁合金淬火知識
來源:www.kuhuxiazai.cn 發(fā)布時間:2023年04月26日
淬火原理
大部分?jǐn)D壓鋁合金都是可熱處理的強化合金。擠壓后,通過固溶熱處理和時效可以提高這些合金的強度,并獲得有用的組織和性能。熱處理強化鋁合金的顯著特點是隨著溫度的升高,其主要合金元素在固態(tài)鋁中的溶解度大大增加。
1 .淬火加熱溫度
原則上,這類合金的加熱溫度可以通過相圖來確定。淬火加熱溫度的下限是固溶度曲線,上限是起始熔化溫度。一般淬火時效合金對合金元素的濃度要求嚴(yán)格,允許波動范圍小。比如某些鋁合金的淬火溫度只允許在2℃~ 3℃之間波動,還要求加熱時金屬溫度能保證良好的均勻性。所以淬火加熱所用的設(shè)備一般都是溫度控制、爐內(nèi)溫度均勻的浴式爐,工件單件懸浮在爐內(nèi),既能保證加熱均勻,又能保證淬火時冷卻均勻。當(dāng)然,對于淬火溫度范圍較寬的合金,淬火加熱容易控制。
在淬火過程中,金屬內(nèi)部會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,包括再結(jié)晶、晶粒長大以及與周圍介質(zhì)的相互作用,這些都會影響淬火后合金的性能。在確定淬火溫度時,應(yīng)根據(jù)不同合金的特性來考慮。比如,在不過燒的前提下,提高淬火溫度有助于時效強化過程,但有些合金在高溫下有晶粒長大的趨勢,所以要限制Z高加熱溫度。
過燒是淬火時容易出現(xiàn)的缺陷。輕度燒成時,表面特征不明顯,晶界略厚,有少量球狀易熔成分,晶粒較大。體現(xiàn)在性能上,沖擊韌性降低,腐蝕速率大大增加。嚴(yán)重過燒時,粗晶界平坦,氧化嚴(yán)重,除晶界處有薄層易熔物和球狀易熔物外,三種晶粒的結(jié)合點呈黑色三角形,有時沿晶界出現(xiàn)裂紋。產(chǎn)品表面顏色較暗,有時會出現(xiàn)氣泡等突起顆粒。
2。淬火加熱保溫時間
保溫的目的是使相變過程充分進(jìn)行(多余相充分溶解),組織充分轉(zhuǎn)變成淬火所需的形狀。在工業(yè)批量生產(chǎn)條件下,保溫時間應(yīng)從爐料Z冷部分達(dá)到淬火溫度下限開始計算。保溫時間長短主要取決于成分、原成分和加熱溫度。
溫度越高,相變速率越大,保持時間越短。
材料的預(yù)處理和原始組織(包括強化相的大小和分布等。)對保持時間也有很大影響。鑄態(tài)合金中的二相一般比較粗大,溶解速率較低,需要比變形合金長得多的保溫時間。就同一變形合金而言,大變形程度所需的時間比小變形程度所需的時間短。在退火合金中,強化相的尺寸大于淬火時效合金,因此退火合金的淬火、加熱和保溫時間比再淬火合金長得多。
保溫時間還與爐料、工件厚度、加熱方式等因素有關(guān)。爐料越多,工件越厚,保溫時間越長。浴爐加熱比氣體介質(zhì)加熱更快更短。為了獲得細(xì)晶組織,防止晶粒長大,在保證所有強化相溶解的前提下,盡可能采用快速加熱和短保溫時間是合理的。
3。淬火速度
合金淬火時的冷卻速度須保證過飽和固溶體固定不分解,以防止強化相析出,降低淬火時效后的力學(xué)性能。所以淬火時冷卻速度越快越好。但冷卻速度越大,淬火產(chǎn)品的殘余應(yīng)力和變形越大,所以一般根據(jù)不同的合金和不同形狀尺寸的產(chǎn)品來確定冷卻速度。合金的淬火敏感性越強,選擇的淬火冷卻速率越大。例如,2A11和2A12鋁合金的淬火冷卻速度應(yīng)在50℃/s以上,而7A04鋁合金對冷卻速度非常敏感,其淬火速度應(yīng)為170℃/s。
淬火應(yīng)力
工件在淬火介質(zhì)中快速冷卻時,產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致材料變形不均勻。對于鋁合金厚板(厚度> =6mm),尤其是超厚板(厚度> =50mm),淬火應(yīng)力問題更為突出。淬火后的殘余應(yīng)力會影響材料的力學(xué)性能,如抗應(yīng)力腐蝕性能、斷裂韌性和抗疲勞性能。如果淬火后的產(chǎn)品需要切削處理,可能會影響淬火應(yīng)力的亞穩(wěn)態(tài)平衡,使淬火后的產(chǎn)品出現(xiàn)扭曲、翹曲、彎曲等缺陷。
合金在淬火冷卻過程中,工件內(nèi)部沿截面存在一定的溫度梯度,表面溫度低,中間溫度高,存在溫差。溫度梯度對淬火應(yīng)力有重要影響,影響溫度梯度的淬火工藝因素主要包括淬火加熱溫度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形狀。為了降低合金淬火后的殘余應(yīng)力,應(yīng)適當(dāng)降低淬火冷卻速度,以減小溫度梯度。這種方法對于截面復(fù)雜、壁厚差異大的型材尤為重要。常用的方法是將淬火介質(zhì)水的溫度提高到60-80℃,或采用等溫淬火和間斷淬火技術(shù),或采用液氮和一些有機介質(zhì)進(jìn)行淬火,使工件得到平緩均勻的冷卻,不均勻變形和淬火應(yīng)力明顯降低。但對于淬火敏感的合金,當(dāng)淬火冷卻速度下降到一定程度時,合金時效后的力學(xué)性能不會達(dá)標(biāo),在保證合金力學(xué)性能的前提下,適當(dāng)降低淬火冷卻速度是降低淬火應(yīng)力的有效途徑。
大部分?jǐn)D壓鋁合金都是可熱處理的強化合金。擠壓后,通過固溶熱處理和時效可以提高這些合金的強度,并獲得有用的組織和性能。熱處理強化鋁合金的顯著特點是隨著溫度的升高,其主要合金元素在固態(tài)鋁中的溶解度大大增加。
固溶熱處理(或淬火)通常包括兩個步驟,即固溶處理和冷卻。一步是在固溶曲線溫度以上對材料進(jìn)行熱處理,形成固溶體,但溫度低于固相線溫度(或共晶溫度),熱處理所需時間取決于合金中Mg2Si化合物顆粒的大小和分布以及熱處理溫度。精細(xì)的、高度分散的Mg2Si化合物顆粒將比粗大的聚集顆粒溶解得更快。一定形狀的Mg2Si顆粒的溶解度隨著溫度的升高而顯著增加。二步,將高溫固溶的合金材料足夠快地冷卻到室溫,防止Mg2Si析出,使合金元素Mg和Si保持過飽和固溶體,為時效析出做準(zhǔn)備。
1 .淬火加熱溫度
原則上,這類合金的加熱溫度可以通過相圖來確定。淬火加熱溫度的下限是固溶度曲線,上限是起始熔化溫度。一般淬火時效合金對合金元素的濃度要求嚴(yán)格,允許波動范圍小。比如某些鋁合金的淬火溫度只允許在2℃~ 3℃之間波動,還要求加熱時金屬溫度能保證良好的均勻性。所以淬火加熱所用的設(shè)備一般都是溫度控制、爐內(nèi)溫度均勻的浴式爐,工件單件懸浮在爐內(nèi),既能保證加熱均勻,又能保證淬火時冷卻均勻。當(dāng)然,對于淬火溫度范圍較寬的合金,淬火加熱容易控制。
在淬火過程中,金屬內(nèi)部會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,包括再結(jié)晶、晶粒長大以及與周圍介質(zhì)的相互作用,這些都會影響淬火后合金的性能。在確定淬火溫度時,應(yīng)根據(jù)不同合金的特性來考慮。比如,在不過燒的前提下,提高淬火溫度有助于時效強化過程,但有些合金在高溫下有晶粒長大的趨勢,所以要限制Z高加熱溫度。
過燒是淬火時容易出現(xiàn)的缺陷。輕度燒成時,表面特征不明顯,晶界略厚,有少量球狀易熔成分,晶粒較大。體現(xiàn)在性能上,沖擊韌性降低,腐蝕速率大大增加。嚴(yán)重過燒時,粗晶界平坦,氧化嚴(yán)重,除晶界處有薄層易熔物和球狀易熔物外,三種晶粒的結(jié)合點呈黑色三角形,有時沿晶界出現(xiàn)裂紋。產(chǎn)品表面顏色較暗,有時會出現(xiàn)氣泡等突起顆粒。
2。淬火加熱保溫時間
保溫的目的是使相變過程充分進(jìn)行(多余相充分溶解),組織充分轉(zhuǎn)變成淬火所需的形狀。在工業(yè)批量生產(chǎn)條件下,保溫時間應(yīng)從爐料Z冷部分達(dá)到淬火溫度下限開始計算。保溫時間長短主要取決于成分、原成分和加熱溫度。
溫度越高,相變速率越大,保持時間越短。
材料的預(yù)處理和原始組織(包括強化相的大小和分布等。)對保持時間也有很大影響。鑄態(tài)合金中的二相一般比較粗大,溶解速率較低,需要比變形合金長得多的保溫時間。就同一變形合金而言,大變形程度所需的時間比小變形程度所需的時間短。在退火合金中,強化相的尺寸大于淬火時效合金,因此退火合金的淬火、加熱和保溫時間比再淬火合金長得多。
保溫時間還與爐料、工件厚度、加熱方式等因素有關(guān)。爐料越多,工件越厚,保溫時間越長。浴爐加熱比氣體介質(zhì)加熱更快更短。為了獲得細(xì)晶組織,防止晶粒長大,在保證所有強化相溶解的前提下,盡可能采用快速加熱和短保溫時間是合理的。
3。淬火速度
合金淬火時的冷卻速度須保證過飽和固溶體固定不分解,以防止強化相析出,降低淬火時效后的力學(xué)性能。所以淬火時冷卻速度越快越好。但冷卻速度越大,淬火產(chǎn)品的殘余應(yīng)力和變形越大,所以一般根據(jù)不同的合金和不同形狀尺寸的產(chǎn)品來確定冷卻速度。合金的淬火敏感性越強,選擇的淬火冷卻速率越大。例如,2A11和2A12鋁合金的淬火冷卻速度應(yīng)在50℃/s以上,而7A04鋁合金對冷卻速度非常敏感,其淬火速度應(yīng)為170℃/s。
淬火應(yīng)力
工件在淬火介質(zhì)中快速冷卻時,產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致材料變形不均勻。對于鋁合金厚板(厚度> =6mm),尤其是超厚板(厚度> =50mm),淬火應(yīng)力問題更為突出。淬火后的殘余應(yīng)力會影響材料的力學(xué)性能,如抗應(yīng)力腐蝕性能、斷裂韌性和抗疲勞性能。如果淬火后的產(chǎn)品需要切削處理,可能會影響淬火應(yīng)力的亞穩(wěn)態(tài)平衡,使淬火后的產(chǎn)品出現(xiàn)扭曲、翹曲、彎曲等缺陷。
合金在淬火冷卻過程中,工件內(nèi)部沿截面存在一定的溫度梯度,表面溫度低,中間溫度高,存在溫差。溫度梯度對淬火應(yīng)力有重要影響,影響溫度梯度的淬火工藝因素主要包括淬火加熱溫度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形狀。為了降低合金淬火后的殘余應(yīng)力,應(yīng)適當(dāng)降低淬火冷卻速度,以減小溫度梯度。這種方法對于截面復(fù)雜、壁厚差異大的型材尤為重要。常用的方法是將淬火介質(zhì)水的溫度提高到60-80℃,或采用等溫淬火和間斷淬火技術(shù),或采用液氮和一些有機介質(zhì)進(jìn)行淬火,使工件得到平緩均勻的冷卻,不均勻變形和淬火應(yīng)力明顯降低。但對于淬火敏感的合金,當(dāng)淬火冷卻速度下降到一定程度時,合金時效后的力學(xué)性能不會達(dá)標(biāo),在保證合金力學(xué)性能的前提下,適當(dāng)降低淬火冷卻速度是降低淬火應(yīng)力的有效途徑。
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