韩帅
东北轻合金有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150060
摘要：铝合金具有密度小，比刚度、比强度高，导热导电性能良好、塑性好、膨胀系数小、无低温脆性以及较好的耐腐蚀性等优点。这些优良的性能，是铝合金能够在我国很多领域得到广泛应用的原因。但是铝合金本身存在的硬度低，耐磨性较差，摩擦系数大等劣势，限制了其在工业以及其它行业上的进一步发展。近年来，经济建设的快速发展，带动了航空航天、医疗设备、汽车等领域的前进步伐，而铝合金作为社会发展中较为重要的应用材料，对其综合性能的要求也越来越高。本文首先综述了铝合金热处理技术的发展情况，介绍了铝合金热处理的特点，阐明了热处理对铝合金组织性能、腐蚀行为以及断裂韧性的影响，最后总结了热处理工艺对铝合金发展带来的重大意义和存在的问题。
关键词：铝合金；热处理；腐蚀行为；断裂韧性
1铝合金热处理的特点
为了提高铝合金的力学性能，使其导电性、导热性以及抗腐蚀性增强，一般通常采用热处理的方法来解决。所谓的热处理是指为了提高沉淀硬化铸造和热轧状态合金的强度与硬度的一种加热或冷却处理。相对于钢而言，铝合金具有独特的优势，在高温淬火后，可塑性随之升高，与此同时，铝合金的强度和硬度也会随之升高，然而钢铁在经过热处理后虽然刚度得到一定的提高，但是其可塑性降低了。
2常见的固溶、时效热处理工艺
2.1铝合金的时效处理
时效处理又分为自然时效和人工时效，是指使材料在室温或者较高温度下存放较长时间的工艺。一般来说，经过时效处理后，铝合金的硬度和强度都有所增加，但是塑性、韧性和内应力相对有所降低。
2.2铝合金的固溶处理
固溶处理能够使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并且使合金的韧性和抗腐蚀性能得到提高，为后期的加工和成型带来便捷。固溶处理主要是改善合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理做好准备。固溶处理又可细分为单极、高级、强化固溶、高温析出等普遍应用的工艺。图1（a）所示的晶界残留相相比于图1（b）的要多，图1（d）由于温度过高，出现了过烧现象，形成三角复熔区。
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3热处理对铝合金组织和性能的影响
热处理是提高铝合金性能的一种有效方法，在特定温度下，控制铝合金的加热速度，在规定时间内达到一定温度后进行快速冷却，使铝合金的内部组织发生改变。合理的热处理制度对于铝合金材料显微组织的改善有着极为重要的作用。铝合金的性能是由其显微组织来控制的。经研究发现：因为经过热处理后铝合金中的共晶Si相分布相比于初始状态更加均匀且被球化，得到的组织也更加细密、圆整，分布也比较均匀，从而提高了合金的力学性能，热处理后合金的抗拉强度和伸长率有了很大程度的提高。本文通过均匀化处理和时效强化的方法，研究了热处理工艺对6063铝合金组织性能的影响，并进行显微组织观察、定性分析。结果表明：采用560℃×6h均匀化热处理制度较为理想；经200℃×6h时效后缓冷的合金导电能力较高。这就说明适宜的时效制度可以使铝合金材料性能提高，强度指标得以改善。本文采用力学性能检测、组织观察的方法，以ZL102中加入5wt%铜为基体材料，进行实验研究，通过研究固溶、时效处理等热处理工艺对铝合金组织和性能的影响，结果表明：热处理后合金承载时所产生的应力集中程度减小，合金的强度和硬度都有所提高。并且在其他条件一定的情况下，溶入的合金元素含量随固溶处理温度的升高而增多，因而固溶过饱和度增大，析出的第二相会随时效温度的升高而增多，使得铝合金的硬度和抗拉强度逐渐增大。研究表明：无论是固溶处理、时效处理，还是两者结合共同作用，铝合金的硬度和应力都会随着固溶处理温度或者时效处理时间的增大而增大，但是当达到一定的峰值时，又会缓慢下降。本文选用3A21铝合金为实验材料，在适当的温度范围内选用不同的温度对其进行旋压加热，之后采用退火热处理工艺方式，然后比较不同温度下3A21铝合金的力学性能。经研究得出结论：不同的退火方式可获得不同的材料性能，对旋压工件进行低温退火，可消除金属因形变而产生的残余应力；高温退火可使晶粒被细化，材料组织性能得到恢复。本文对2024铝合金设计了热处理工艺方案，通过改变固溶温度、固溶时间、转移时间、淬火水温这几个淬火工艺的主要参数来进行实验，探究对铝合金组织和性能的影响，然后对处理过的铝合金进行力学性能测试。经研究表明：固溶时间对铝合金力学性能的影响最大，并且淬火时控制在300～400℃范围内保持足够的冷却速度。
4热处理对铝合金断裂韧性的影响
所谓的断裂韧性是指材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能，与热处理工艺有一定的关系，所以热处理制度对高强铝合金断裂韧性的影响机理应被重视。在高温时效或慢速淬火形成沉淀相，从而使晶界强度减弱，断裂韧性降低。在进行均匀化、强化固溶、峰值时效热处理工艺的改进后，铝合金的断裂韧性得到了提高。对比不同时间段的铝合金断口形貌发现：在2h时，断口形貌不平整，韧窝较深，而24h和32h的铝合金断口形貌相比于2h的铝合金断口形貌韧窝较小，数量较多。由此也可以推断出铝合金的断裂韧性受热处理工艺的影响。不同热处理状态下，铝合金的断裂特征各不相同，那是由不同的强化相，不同的阻碍位错滑移能力、变化的晶界PFZ这些因素共同作用造成的。本文选取2mm厚的含Ag的7055冷轧板材为材料，分别做T6、T3、RRA处理，并用KYKY-2800扫描电镜观察铝合金的断裂特征，最后得出结论：不同的热处理引起的试样断裂行为不同。不同环境温度不同热处理状态下铝合金的断裂韧性不同。本文选取厚度为8mm的2219高强硬铝合金板材为原材料，在不考虑温度这一因素对裂纹扩展的影响下，采用三点弯曲试样，测试了T87和T62这两种热处理状态下铝合金的断裂韧性，通过观察铝合金的断口形貌和微观组织得出结论：不同热处理状态下铝合金的断裂韧性不同，而且无论处在何种温度下，2219铝合金在T62状态下的延性断裂值均高于在T87状态下的值。向铝合金中添加不同的元素可以产生不同的时效强化效果，锑、锆等元素可以提高铝合金断裂韧性。
5结语
热处理可以改变铝合金的内部组织，提高硬度，抗拉强度等特性，影响其腐蚀行为，同时不同热处理状态下，铝合金的断裂特征不同。（1）根据固溶和时效处理的特点，在进行热处理时，先对铝合金采用固溶处理，之后再进行时效处理，这样能够使铝合金强度和硬度增强的同时，保证其塑性和韧性不会降低。（2）有研究表明在铝合金中添加某些稀土元素可以改善其微观结构，从而提高铝合金的耐腐蚀性。因此，今后可以积极探索提取稀土元素的方法。（3）热处理技术带来发展动力的同时也存在一些隐患。随着科技的不断改革，将来的热处理技术理应做到少污染，以节省能源，减少劳动力等。
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