铝及其铝合金热管理解决方法工艺标准与产品状态表示法.doc
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1、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刘静安教授 06 年年 11 月月1、铝及铝合金热处理工艺铝及铝合金热处理工艺1.1 铝及铝合金热处理的作用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(见图铝及铝合金热处理的分类(见图 1)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铝及铝合金热处理基本作用原理(1) 退火退火:产品加热到一定温度并保温到一定时间
2、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。铸锭均匀化退火铸锭均匀化退火: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。 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中间退火中间退火: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
3、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。完全退火完全退火: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。在线淬火在线淬火: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
4、却(T6)进行淬火以获得一定的组织和性能。离线淬火离线淬火: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(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
5、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。欠时效欠时效: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。过时效过时效: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。多级时效: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铝合金材料的的热处理制度(1) 铝合金铸锭的均匀
6、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480-5056 5A03空心圆锭470-49010 3A21空心圆锭590-63010 2A04实心圆锭480-49024 2A10实心圆锭470-50024 2A11实心圆锭480-5008 2A17实心圆锭512-5306-12 6A02实心圆锭532-54012-142A50、2B50实心圆锭 350mm515-530242A50、2B50实心圆锭 350mm515-530122A70实心圆锭 350mm485-505162A70实心圆锭 350mm485-50582
7、A80实心圆锭 350mm485-50582A14实心圆锭485-50510-16 6061实心圆锭530-55010-12 6063实心圆锭550-5704-6 6005、6005A实心圆锭560-5804-6 7A10、7A03、700 5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淬火处理时效处理合金产品温度状态温度时间 h状态2011冷加工棒、线、 材525T3 T451160 14 T8 2014挤压产品500T4 T42 T4510 T4511160 160 160 1601
8、8 18 18 18T6 T62 T6510 T6511 2017冷加工棒、线材500T4,T42,T451-2024冷加工棒、线材490T4 T351190 19012 12T6 T851T361908T86热挤压棒、型、 管材490T42 T3 T3510 T3511190 190 190 19016 12 12 12T6 T81 T8510 T85112219挤压棒、型、管 材535T31 T3510 T3511 T42190 190 190 19018 18 18 36T62 T81 T8510 T8511 6005挤压件530T11808T56061挤压件530T4 T42 T451
9、0 T4511180 180 180 1808 8 8 8T6 T62 T6510 T65116063挤压件、拉伸管520T1 T4 T42 T4205 180 180 1801 8 8 8T5 T6 T62 T831,T8326066挤压件、型管材530T4 T42 T4510 T4511180 180 180 1808 8 8 8T6 T62 T6510 T65116101挤压管、棒、型 材505T42005T66070挤压管、棒、型 材550T4 T42160 16018 18T6 T626261挤压管、棒、型 材520T41855T66262挤压件540T4、T42170 1808 1
10、2T6 T62 6351挤压件505T41706T66463挤压件520T1 T4 T42205 180 1801 8 8T5 T6 T627001挤压件470W12024T6,T62, T6510,T651 17005挤压件480W105*8h+150*16hT57075挤压件465120105*8h+24T6,T62 T73175*8h7079挤压件440W W511115 11548 48T6 T65117178挤压件465W W W510 W511120120*3-5h+160*20h、1202424T6,T62 T76T6510,T651 1(3)美国常用变形铝合金的退火制度,见表
11、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、10 50、EC、1100、1 2003453*30 分60533453*2-32011、2014、2017 、20184153*2-360614153*2-32024、2025、2117 、22184153*2-360634153*2-326183503*26066、61514153*2-33003、30044153*30 分6261、6262、6 3514153*2-340323453*264633503*440433503*30 分7001、70044153*2-35005、5
12、0503453*30 分70723453*1-250523453*30 分70754153*2-35056、5083、5086 、5154、5205、52 52、5254、5454、 5456、5457、56523453*30 分70794153*2-371784153*2-32、铝及铝合金产品状态表示法、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
13、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 2.2 H(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
14、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
15、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 5 HX8 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
16、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 /MPa40 456055 65165200 205240100 1056580 85100 105120 12516075 85 90 95245280 285320325110 115 120表 6 HXX 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
17、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(退火(O)状态代号分类)状态代号分类2.3.1 O1均匀化退火2.3.2 O2产品不完全(局部)退火2.3.3 O3产品完全退火2.4 热处理(热处理(T)状态代号细分类)状态代号细分类2.4.1 TX 状态细分及应用,见表 7表 7 TX 细分状态
18、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
19、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T
20、10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.2.4.22.4.2 TXXTXX 状态及状态及 TXXXTXXX 状态状态( (消除应力状态除外消除应力状态除外) )细分见表细分见表 8 8 表 8 TXX 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
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