鋁合金業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)筆記

1、一、所示基礎(chǔ)狀態(tài)代號：代號名 稱說 明 與 應(yīng) 用F自由加工狀態(tài)適用于在成型過程中，對于加工硬化和熱處理?xiàng)l件無特殊要求的產(chǎn)品，該狀態(tài)產(chǎn)品的力學(xué)性能不作規(guī)定。O退火狀態(tài)適用于經(jīng)完全退火獲得最低強(qiáng)度的加工產(chǎn)品。H加工硬化狀態(tài)適用于通過加工硬化提高強(qiáng)度的產(chǎn)品，產(chǎn)品在加工硬化后可經(jīng)過(也可不經(jīng)過)使強(qiáng)度有所降低的附加熱處理。H代號后面必須跟有兩位或三位阿拉伯?dāng)?shù)字。W固溶熱處理狀態(tài)一種不穩(wěn)定狀態(tài)，僅適用于經(jīng)固溶熱處理后，室溫下自然時(shí)效的合金，該狀態(tài)代號僅表示產(chǎn)品處于自然時(shí)效階段。T熱處理狀態(tài)（不同于F、O、H狀態(tài)）適用于熱處理后，經(jīng)過(或不經(jīng)過)加工硬化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)品。T代號后面必須跟有一位或多位阿

2、拉伯?dāng)?shù)字。H111-適用于是終退火后又進(jìn)行了適量的加工硬化，但加工硬化程度又不及H11狀態(tài)的產(chǎn)品。H112-適用于熱加工成型的產(chǎn)品。該狀態(tài)產(chǎn)品的力學(xué)性能有規(guī)定要求。H116-適用于鎂含量4.0%的5XXX系合金制成的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有規(guī)定的力學(xué)性能和抗剝落腐蝕性能要求。二、TX細(xì)分狀態(tài)代號說明與應(yīng)用:狀態(tài)代號說明與應(yīng)用 T0固溶熱處理后，經(jīng)自然時(shí)效再通過冷加工的狀態(tài)。適用于經(jīng)冷加工提高強(qiáng)度的產(chǎn)品 T1由高溫成型過程冷卻，然后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品。 T2由高溫成型過程冷卻，經(jīng)冷加工后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定

3、的狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，進(jìn)行冷加工、或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品 T3固溶熱處理后進(jìn)行冷加工，再經(jīng)自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。適用于在固溶熱處理后，進(jìn)行冷加工、或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品 T4固溶熱處理后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。適用于固溶熱處理后，不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品 T5由高溫成型過程冷卻，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，不經(jīng)過冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限)，予以人工時(shí)效的產(chǎn)品 T6固溶熱處理后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。適用于固溶熱處理后，不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯宜、矯平，但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品 T

4、7固溶熱處理后進(jìn)行過時(shí)效的狀態(tài)。適用于固溶熱處理后，為獲取某些重要特性，在人工時(shí)效時(shí)，強(qiáng)度在時(shí)效曲線上越過了最高峰點(diǎn)的產(chǎn)品 T8固溶熱處理后經(jīng)冷加工，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。適用于經(jīng)冷加工、或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品 T9固溶熱處理后人工時(shí)效，然后進(jìn)行冷加工的狀態(tài)。適用于經(jīng)冷加工提高強(qiáng)度的產(chǎn)品 T10由高溫成型過程冷卻后，進(jìn)行冷加工，然后人工時(shí)效的狀態(tài)。適用于經(jīng)冷加工、或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品注：某些6XXX系的合金，無論是爐內(nèi)固溶熱處理，還是從高溫成型過程急冷以保留可溶性組分在固溶體中,均能達(dá)到相同的固溶熱處理效果，這些合金的T3、T4、T6、T7、8和T9狀態(tài)可采用上述兩種三、冶金特

5、性：變形鋁合金的中的各種添加元素在冶金過程中相互之間會產(chǎn)生物理化學(xué)作用，從而改變材料的組織結(jié)構(gòu)和相組成，得到不同性能、功能和用途的新材料，合金化對變形鋁合金材料的冶金特性起重要的作用。以下簡要介紹鋁合金中主要合金元素和雜質(zhì)對合金組織性能的影響。.1銅元素 銅是重要的合金元素，有一定的固溶強(qiáng)化效果，此外時(shí)效析出的CuAl2相有著明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果。鋁合金中銅含量通常在2.5%5%，銅含量在4%6.8%時(shí)強(qiáng)化效果最好，所以大部分硬鋁合金的含銅量處于這范圍。 鋁銅合金中可以含有較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。.2硅元素 共晶溫度577時(shí)，硅在固溶體中的最大溶解度為1.65%。盡管溶解度隨溫度降低

6、而減少，但這類合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。鋁硅合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性。 若鎂和硅同時(shí)加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強(qiáng)化相為Mg2Si。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73：1。設(shè)計(jì)A1-Mg-Si系合金成分時(shí)，基本上按此比例配置鎂和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了提高強(qiáng)度，加入適量的銅，同時(shí),加入適量的鉻以抵消銅對抗蝕性的不利影響。 變形鋁合金中，硅單獨(dú)加入鋁中只限于焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的強(qiáng)化作用。.3鎂元素 鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而迅速減小，在大部分工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強(qiáng)化的，但可焊性良好，抗蝕性也好，并有中等強(qiáng)度。 鎂對鋁的

7、強(qiáng)化是明顯的，每增加1%鎂，抗拉強(qiáng)度大約升高34MPa。如果加入1%以下的錳，可起補(bǔ)充強(qiáng)化作用。因此加錳后可降低鎂含量，同時(shí)可降低熱裂傾向，另外錳還可以使Mg5Al5化合物均勻沉淀，改善抗蝕性和焊接性能。.4錳元素 在共晶溫度658時(shí)，錳在固溶體中的最大溶解度為1.82%。合金強(qiáng)度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，伸長率達(dá)最大值。A1-Mn合金是非時(shí)效硬化合金，即不可熱處理強(qiáng)化。 錳能阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化主要是通過MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對再結(jié)晶晶粒長大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵，形成(Fe、Mn)Al6，

8、減小鐵的有害影響。錳是鋁合金的重要元素，可以單獨(dú)加入形成Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳。.5鋅元素 鋅單獨(dú)加入鋁中，在變形條件下對合金強(qiáng)度的提高十分有限，同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向，因而限制了它的應(yīng)用。 在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，形成強(qiáng)化相MgZn2，對合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。MgZn2含量從0.5%提高到12%時(shí)，可明顯增加抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。鎂的含量超過形成MgZn2相所需要的量時(shí)，還會產(chǎn)生補(bǔ)充強(qiáng)化作用。 調(diào)整鋅和鎂的比例，提高抗拉強(qiáng)度和增大應(yīng)力腐蝕開裂抗力。所以在超硬鋁合金中，鋅和鎂的比例控制在2.7左右時(shí)，應(yīng)力腐蝕開裂抗力最大。如在Al-Zn-M

9、g基礎(chǔ)上加入銅元素，形成Al-Zn-Mg-Cu合金，其強(qiáng)化效果在所有鋁合金中最大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金材料。.6微量元素和雜質(zhì)的影響鐵和硅 鐵在A1-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛鋁合金中，硅在Al-Mg-Si系鍛鋁中和在Al-Si系焊條及鋁硅鑄造合金中，均作為合金元素加入的，在其他鋁合金中，硅和鐵是常見的雜質(zhì)元素，對合金性能有明顯的影響。它們主要以FeAl3和游離硅存在。當(dāng)硅大于鐵時(shí)，形成FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時(shí)，形成-Fe2SiAl8(或Fe3SiAl12)。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)時(shí)，會引起鑄件產(chǎn)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過高時(shí)會使鑄件產(chǎn)生脆性。 鈦和

10、硼 鈦是鋁合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中間合金形式加入。鈦與鋁形成TiAl2相，成為結(jié)晶時(shí)的非自發(fā)核心，起細(xì)化鑄造組織和焊縫組織的作用。AlTi系合金產(chǎn)生包晶反應(yīng)時(shí)，鈦的臨界含量約為0.15%，如果有硼存在則減小到0.01%。鉻 鉻在A1-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、A1-Mg系合金中常見的添加元素。在600時(shí)，鉻在鋁中溶解度為0.8%，室溫時(shí)基本上不溶解。 鉻在鋁中形成(CrFe)Al7和(CrMn)All2等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長大過程，對合金有一定的強(qiáng)化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。但會增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。 鉻在鋁

11、合金中的添加量一般不超過0.35%，并隨合金中過渡族元素的增加而降低。 鍶 鍶是表面活性元素，在結(jié)晶學(xué)上鍶能改變金屬間化合物相的行為。因此用鍶元素進(jìn)行變質(zhì)處理能改善合金的塑性加工性能和最終產(chǎn)品質(zhì)量。由于鍶的變質(zhì)有效時(shí)間長、效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來在Al-Si鑄造合金中取代了鈉的使用。對擠壓用鋁合金中加入0.015%0.03%鍶，使鑄錠中-A1FeSi相變成漢字形-A1FeSi相，減少了鑄錠均勻化時(shí)間60%70%，提高材料力學(xué)性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。對于高硅(10%13%)變形鋁合金中加入0.02%0.07%的鍶元素，可使初晶硅減少至最低限度，力學(xué)性能也顯著提高，抗拉強(qiáng)度b由2

12、33MPa提高到236MPa，屈服強(qiáng)度0.2由204MPa提高到210MPa，伸長率5由9%增至12%。在過共晶Al-Si合金中加入鍶，能減小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可順利地?zé)彳埡屠滠垺?鋯元素 鋯也是鋁合金的常用添加劑。一般在鋁合金中加入量為0.1%0.3%，鋯和鋁形成ZrAl3化合物，可阻礙再結(jié)晶過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒。鋯亦能細(xì)化鑄造組織，但比鈦的效果小。有鋯存在時(shí)，會降低鈦和硼細(xì)化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于鋯對淬火敏感性的影響比鉻和錳的小，因此宜用鋯來代替鉻和錳細(xì)化再結(jié)晶組織。 稀土元素 稀土元素加入鋁合金中，使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過冷，細(xì)化晶粒，減少二次

13、枝晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能有著明顯的影響。 各種稀土加入量約為0.1%為好?；旌舷⊥?La-Ce-Pr-Nd等混合)的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時(shí)效G·P區(qū)形成的臨界溫度降低。含鎂的鋁合金，能激發(fā)稀土元素的變質(zhì)作用。 雜質(zhì)元素 在鋁合金中有時(shí)還存在釩、鈣、鉛、錫、鉍、銻、鈹及鈉等雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)元素由于熔點(diǎn)高低不一，結(jié)構(gòu)不同，與鋁形成的化合物亦不相同，因而對鋁合金性能的影響各不一樣。 釩在鋁合金中形成VA11難熔化合物，在熔鑄過程中起細(xì)化晶粒作用，但比鈦和鋯的作用小。釩也有

14、細(xì)化再結(jié)晶組織、提高再結(jié)晶溫度的作用。 鈣在鋁中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大約5%鈣和5%錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成CaSi4,不溶于鋁，由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業(yè)純鋁的導(dǎo)電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強(qiáng)化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。 鉛、錫、鉍元素是低熔點(diǎn)金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強(qiáng)度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對補(bǔ)縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。 銻主要用作鑄造鋁合金中的變質(zhì)劑，變形鋁合金中很少使用。僅在A1Mg變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系

15、合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。 鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結(jié)構(gòu)，減少熔鑄時(shí)的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產(chǎn)生過敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材料中的鈹含量通常控制在8g/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應(yīng)控制鈹?shù)暮俊ｂc在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，鈉的熔點(diǎn)低(97.8)，合金中存在鈉時(shí)，在凝固過程中吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時(shí)，晶界上的鈉形成液態(tài)吸附層，產(chǎn)生脆性開裂即為“鈉脆”。當(dāng)有硅存在時(shí)，形成NaAlSi化合物，無游離鈉存在，不產(chǎn)生“鈉脆”。當(dāng)鎂含量超過2%時(shí)，鎂奪取硅，析出游離鈉，產(chǎn)生“鈉脆”。因此高鎂鋁合金不允許使用鈉鹽熔劑。防

16、止“鈉脆”的方法有氯化法，使鈉形成NaCl排人渣中，加鉍使之生成Na2Bi進(jìn)入金屬基體；加銻生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。氫氣在固態(tài)熔點(diǎn)的條件下比在固態(tài)的條件下的溶解度要高，所以在液態(tài)轉(zhuǎn)化固態(tài)時(shí)就會形成氣孔隙，氫氣也可以用鋁還原空氣中水氣而產(chǎn)生，也可以從分解碳?xì)浠衔镏挟a(chǎn)生。固態(tài)鋁合液態(tài)鋁都能吸氫，尤其是當(dāng)某些雜質(zhì)，如硫的化合物在鋁表面上或在周圍空氣中。在液態(tài)鋁中能形成氫化物的元素能促進(jìn)氫吸收量，但其他元素如鈹、銅、錫和硅則會降低氫的吸收量。除了在澆鑄中形成員升孔隙外，氫又導(dǎo)致次生孔隙、起泡以及熱處理中高溫變壞（內(nèi)部氣體沉積）。氫在鋁合金中是一種及其有害的雜質(zhì)，熔體中的氫含量應(yīng)采

17、用在線除氣裝置加以限制。 四、變形鋁合金的主要熱處理方式：.1變形鋁合金的退火變形鋁合金的退火可分為：鑄錠的均勻化退火；熱加工合金的預(yù)先退火；冷變形工序間的再結(jié)晶退火；半成品出廠前的成品退火等。A鑄錠的均勻化退火(詳見第18章內(nèi)容)B變形鋁合金的完全退火 非熱處理強(qiáng)化的和熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金，可通過完全退火至以“O”為標(biāo)志的處理得最軟、延性最好和最易加工的狀態(tài)。這種處理狀態(tài)應(yīng)變硬化產(chǎn)物通常是再結(jié)晶的，但熱加工的產(chǎn)品可能保持在未再結(jié)晶的?？蔁崽幚韽?qiáng)化的合金經(jīng)完全退火，溶解物充分沉淀，從而防止了自然時(shí)效。對于如純鋁、防銹鋁等不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，由于合金元素含量較少，這類合金一般只能用冷作硬化

18、的方法進(jìn)行強(qiáng)化。這種由于冷塑性變形而強(qiáng)化的合金，可采用高溫退火的方法使之軟化。若需要在提高塑性的同時(shí)還要求部分地保留由冷變形而獲得的強(qiáng)化(即獲得半冷作硬化狀態(tài))時(shí)，可采用300以下的低溫退火。表4-7 為部分變形鋁合金完全退火、快速退火、低溫退火工藝。C 消除應(yīng)力退火 對于冷作加工的鍛造鋁合金，僅為消除應(yīng)變硬化影響的退火，稱為去應(yīng)力退火。除去應(yīng)力退火采用345以下的溫度，不需要很長的保溫時(shí)間。這種處理可導(dǎo)致簡單的回復(fù)，部分或完全的再結(jié)晶。.2變形鋁合金的淬火(固溶熱處理) 鋁合金淬火是為了將固溶熱處理時(shí)形成的固溶體以快速的淬冷方式獲得亞穩(wěn)定的過飽和固溶體，以求在隨后的時(shí)效時(shí)獲得高的強(qiáng)度和足夠的

19、塑性。A淬火溫度的選擇 工業(yè)上鋁合金的淬火溫度，取決于合金的成分和共晶溫度。有些合金含量高、要求控制韌性的高強(qiáng)度鋁合金，需要把溫度控制在更嚴(yán)格的范圍以內(nèi)，但必須低于共晶轉(zhuǎn)變溫度。 淬火加熱時(shí)，合金中的強(qiáng)化相溶入固溶體中越充分，固溶體的成分越均勻，則經(jīng)淬火時(shí)效后的力學(xué)性能就越高。一般來說，加熱溫度越高，上述過程就進(jìn)行得越快越完全。但溫度過高會引起晶粒粗大，甚至發(fā)生過燒(局部熔化)而使產(chǎn)品報(bào)廢。 若淬火加熱溫度偏低，使熱處理零件加熱不足，強(qiáng)化相不能完全溶解，導(dǎo)致固溶體濃度大大降低和最終強(qiáng)度、硬度也相應(yīng)顯著降低。故淬火加熱的溫度是一個(gè)很重要的工藝參數(shù)。鋁合金的加熱溫度范圍很窄，因此，熱處理加熱爐的溫

20、度誤差應(yīng)很小，通常在±5以內(nèi)，這樣鋁合金的力學(xué)性能和金相組織才能得到保證。B固溶處理時(shí)間 在正常固溶熱處理溫度下，使未溶解或沉淀可溶相組成物達(dá)到滿意的溶解程度和達(dá)到固溶體充分均勻所需的保溫時(shí)間，隨熱處理前顯微組織、加熱方式(鹽浴及空氣循環(huán)爐)及零件的加工狀態(tài)、合金的成分、零件的尺寸等不同而不同。加熱溫度越高，強(qiáng)化相溶人固溶體的速度越大，保溫時(shí)間越短。淬火前的狀態(tài)（如強(qiáng)化相的尺寸、分布狀態(tài)、成型方法等）對保溫時(shí)間也有很大影響。有些在加熱溫度下晶粒容易粗大的合金(如6063，2A50等)在保證淬硬的條件下應(yīng)盡量縮短保溫時(shí)間，避免出現(xiàn)晶粒長大。就變形合金來說，變形度大的，所需保溫時(shí)間比變形

21、度小的要短些。退過火的合金其強(qiáng)化相的尺寸較粗大，保溫時(shí)間長些。裝爐量多、尺寸大的零件保溫時(shí)間長些。裝爐量少、零件之間間隔大的，保溫時(shí)間要短些。表4-8為變形鋁合金淬火加熱保溫時(shí)間。C 淬冷延遲 零件從加熱爐到淬火介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移，無論是手工操作還是機(jī)械操作，必須在少于規(guī)定的最大時(shí)間限度內(nèi)完成。最大容許轉(zhuǎn)移時(shí)間或“淬冷延遲”時(shí)間，因周圍空氣的溫度和流速以及零件的質(zhì)量和輻射能力而異。 零件在轉(zhuǎn)移到淬火槽過程中，相當(dāng)于在空氣中冷卻，由于冷卻速度慢，固溶體的分解，降低時(shí)效強(qiáng)化效果，從而使產(chǎn)品力學(xué)性能和抗腐蝕性能下降，所以應(yīng)當(dāng)盡量縮短淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，一般小零件轉(zhuǎn)移時(shí)間不應(yīng)超過10s，大件或大批零件不應(yīng)超過1

22、5s。D 冷卻速度的選擇 淬火加熱后必須快速冷卻，以抑制合金在慢冷時(shí)必然會出現(xiàn)次生相的析出。如果出現(xiàn)這種析出相，固溶體的過飽和度就會下降，時(shí)效效果就會削弱。零件淬火時(shí)的實(shí)際冷卻速度，取決于淬火介質(zhì)的種類與溫度，以及零件的有效厚度。為防止零件在淬火時(shí)發(fā)生變形，選擇淬火介質(zhì)溫度時(shí)，還應(yīng)考慮零件形狀的復(fù)雜程度。 形狀簡單的變形鋁合金淬火用水的溫度一般低于40；對于鑄造鋁合金淬火用水的溫度通常在4080。.3變形鋁合金的時(shí)效 時(shí)效的基本工藝參數(shù)是加熱溫度與保溫時(shí)間。加熱速度與冷卻速度的影響較小，一般不予考慮。時(shí)效有兩種方式，一是自然時(shí)效，即淬火后在室溫下放置若干小時(shí)，快速淬火保留下的空位導(dǎo)致了溶質(zhì)原子

23、富集區(qū)快速形成和強(qiáng)度迅速增加，在45天之后達(dá)到最大的穩(wěn)定值。鋁合金中的硬鋁一般進(jìn)行自然時(shí)效。硬鋁中銅和鎂在自然時(shí)效時(shí)形成e相(AlCu)和S相(m2CuMg) 比含硅、銅、鎂的鍛鋁形成的強(qiáng)化相Mg2Si相及W相(m4Cu4MgsSi4)要快。自然時(shí)效的時(shí)間一般不少于4晝夜。二是人工時(shí)效，即淬火后重新加熱到高于室溫的某一溫度若干小時(shí)。鍛造鋁合金一般進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度一般在150180之間，時(shí)效時(shí)間為612h。對于7A04之類的超硬鋁合金通常采用120160的人工時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為1224h，為了縮短時(shí)效時(shí)間，對于這類合金常采用分級人工時(shí)效。變形鋁合金的熱處理工藝規(guī)范見表。五、氣孔、夾渣和燒損：

24、 氣孔：在一定的大氣壓下，溫度越高，氫在鋁中的溶解度就越大；溫度越低，氫在鋁中的溶解度就越小。在固態(tài)時(shí)，氫幾乎不溶于鋁。還可以看出，由固態(tài)到液態(tài)時(shí)，氫在鋁中的溶解度出現(xiàn)一個(gè)突變現(xiàn)象。這種溶解度急劇變化的特點(diǎn)，決定了鋁在凝固時(shí)，使氫原子從金屬中析出成為分子氫，最后以疏松、氣孔的形式存在于鑄錠中。因此，也說明了鋁及鋁合金最容易吸收氫而造成疏松、氣孔等缺陷。夾渣：在生產(chǎn)條件下，無論采用何種熔煉爐生產(chǎn)鋁合金，熔體直接與空氣接觸，也就是和空氣中的氧和氮接觸。鋁是一種比較活性的金屬，它與氧接觸后，必須產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化作用而生成氧化鋁。其反應(yīng)式為：4Al+3Al3鋁一經(jīng)氧化，就變成了氧化渣，成了不可挽回的損失

25、。氧化鋁是十分穩(wěn)定的固態(tài)物質(zhì)，如混入熔體內(nèi)，便成為氧化夾渣。3H2O+2Al Al2O3+6H2Al+N2 2AlN3Mg+N2 Mg3N2Mg3N2+6H2O 3Mg（OH）2+2NH3AlN+3H2 Al(OH)3+NH3CH4+2O2 CO2+2H2O3H2O+2Al Al2O3+3H23CO2+2Al 3CO+Al2O33CO+6Al Al4C3+Al2O3 燒損：相同的條件下熔煉鋁合金時(shí)，用大塊料時(shí)燒損為0.8-2.0%,打捆片料時(shí)燒損為2-10%,碎屑料的燒損可高達(dá)30%,另外熔池表面越大，熔煉時(shí)間長，都會增加燒損。降低氧化燒損的方法：降低氧化燒損主要應(yīng)從熔煉工藝著手。一是在大氣下

26、的熔爐中熔煉易燒損的合金時(shí)盡量選用熔池表面積小的爐子，如低頻感應(yīng)電爐；二是采用合理的加料順序，快速裝料以及高溫快速熔化，縮短熔煉時(shí)間，易氧化燒損的金屬盡可能后加；再其次采用覆蓋劑覆蓋，盡可能在熔劑覆蓋下的熔池內(nèi)熔化。對易氧化燒損的高鎂鋁合金，可加入0.0010.005%的鈹；最后應(yīng)正確地控制爐溫及爐氣性質(zhì)。吸附除渣原理：吸附凈化主要是利用精煉劑的表面作用，當(dāng)氣體精煉劑或熔劑精煉劑在熔體中與氧化物夾雜相遇時(shí)，雜質(zhì)被精煉劑吸附在表面上，從而改變了雜質(zhì)顆粒的物理性質(zhì)，隨精煉劑一起被除去。吸附凈化：浮游法 A 惰性氣體吹洗 惰性氣體指與熔融鋁及溶解的氫不起化學(xué)反應(yīng)，又不溶解于鋁中的氣體。通常使用氮?dú)饣?/p>

27、氬氣。 根據(jù)吸附除渣原理，氮?dú)獗淮等脘X液后，形成許多細(xì)小的氣泡。氣泡在從熔體中通過的過程與熔體中的氧化物夾雜相遇，夾雜被吸附在氣泡的表面并隨氣泡上浮到熔體表面。巳被帶至液面的氧化物不能自動脫離氣相而重新溶入鋁液中，停留于鋁液表面就可聚集除去，如圖16-2所示。圖16-2 浮游除渣原理圖 圖16-3 氮?dú)鈿馀莩龤庠韴D 由于吸附是發(fā)生在氣泡與熔體接觸的界面上。只能接觸有限的熔體，除渣效果受到限制。為了提高凈化效果。吹入精煉氣體產(chǎn)生的氣泡量愈多，氣泡半徑愈小，分布愈均勻，吹入的時(shí)間愈長效果愈好。 氮?dú)獾某龤馐歉鶕?jù)分壓差脫氣原理，如圖16-3所示。由于氮?dú)馀葜凶畛鮌H20，在氣泡和鋁液中的氫的平衡分

28、壓間存在差值，使溶于金屬中的氫不斷擴(kuò)散進(jìn)氣泡中。這一過程直至氣泡中氫的分壓和鋁液中的氫的平衡分壓相等時(shí)才會停止。氣泡浮出液面后，氣泡中的H2，也逸出而進(jìn)入大氣中。因此，氣泡上升過程中既帶出氧化夾雜，也帶出氫氣。 通氮時(shí)的溫度宜控制在7107200C，以避免氮和鋁液反應(yīng)形成氮化鋁。 B 活性氣體吹洗 對鋁來說，實(shí)用的活性氣體主要是氯氣。氯氣本身也不溶于鋁液中，但氯和鋁及溶于鋁液中的氫都迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 C12+H2>2HCl 3C12+2A1>2AlCl3 反應(yīng)生成物HCl和AlCl3(沸點(diǎn)183)都是氣態(tài)，不溶于鋁液，它和未參加反應(yīng)的氯一起都能起精煉作用，如圖16-4所示。因此，

29、凈化效果比吹氮要好得多，同時(shí)除鈉效果也顯著。氯氣雖然精煉效果好，但其對人體有害，污染環(huán)境，易腐蝕設(shè)備及加熱元件，且易使合金鑄錠結(jié)晶組織粗大，使用時(shí)應(yīng)注意通風(fēng)及防護(hù)。圖16-5為10506063合金用氮?dú)夂吐葰馓幚淼男ЧD16-4 吹Cl2精煉示意圖圖16-5 氮和氯精煉前后熔體中氫和鈉含量變化 C 混合氣體吹洗 單純用氮?dú)獾榷栊詺怏w精煉效果有限，而用氯氣精煉雖效果好但又對環(huán)境及設(shè)備有害，所以將二者結(jié)合采用混合氣體精煉，既提高精煉效果，又減少其有害作用。 混合氣體有兩氣體混合，如N2-Cl2；也有三氣體混合，如N2-Cl2-CO。N2-Cl2的混合比采用9：1或8：2效果較好。N2-Cl2-C

30、O混合比為8：1：1。但現(xiàn)在為了減少環(huán)境污染，世界發(fā)達(dá)國家普遍采用（2-5）Cl2作為混合氣體的組成部分，從使用效果來看幾乎沒有差異，這對于減少環(huán)境污染是極有利的。 D 氯鹽凈化 許多氯化物在高溫下可以和鋁發(fā)生反應(yīng)，生成揮發(fā)性的AlCl3而起凈化作用： Al+3MeClAlCl3+3Me。 式中Me表示金屬。但不是所有的氯鹽都能發(fā)生上述反應(yīng)，需要看其分解壓力而定。一般氯鹽的分解壓需大于氯化鋁的分解壓，或它的生成熱小于氯化鋁的生成熱，這種氯鹽在高溫下才能與鋁發(fā)生反應(yīng)。常用氯鹽有氯化鋅(ZnCl2)、氯化錳(MnCl2)、六氯乙烷(C2Cl6)、四氯化碳(CCl4)、四氯化鈦(TiCl4)等。在熔

31、體中反應(yīng)如下： 3ZnCl2+2Al2AlCl3+3Zn 3MnCl2+2A12AlCl3+3Mn 3TiCl4+4Al4AlCl3+3Ti 因氯鹽皆有吸潮特點(diǎn)，使用時(shí)應(yīng)注意脫水和保持干燥；Zn對部分鋁合金含量有限制，使用時(shí)應(yīng)注意用量。C2Cl6為白色晶體，密度2.091gcm3，升華溫度185.5，它不吸濕，不必脫水處理。使用、保管都很方便，為一般工廠所使用。C2Cl6加入熔體后發(fā)生如下反應(yīng)： C2Cl6C2Cl4+Cl2 2Al+3C122AlCl3 C2C14CCl4+C CCl42Cl2+C H2+C122HCl C2C14沸點(diǎn)121，不溶于鋁，熔煉溫度下為氣態(tài)，未完全反應(yīng)的C2Cl4

32、也和AlCl3一起參與精煉。由于產(chǎn)生氣體量大，因此精煉效果好。但因C2Cl6密度小，反應(yīng)快不好控制，近來制成種自沉精煉劑，壓制成塊，使用較方便。使用C2Cl6的缺點(diǎn)是分解出的C2Cl6和C12，有部分未反應(yīng)即逸出液面，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，因此應(yīng)采用較好的通風(fēng)裝置。 E 無毒精煉劑 幾種無毒精煉劑的典型配方如表16-1。無毒精煉劑的特點(diǎn)是不產(chǎn)生有刺激氣味的氣體。并且有一定的精煉作用。它主要由硝酸鹽等氧化劑和碳組成，在高溫下產(chǎn)生反應(yīng)： 4NaNO3+5C>2Na2O+2N2+5C02序號NaNO3KNO3CC2C16Na3AlF6NaCl耐火磚屑Na2SiF61234534-34-36-40-40-6666644-2020-2424101028322630-30-20- 表16-1 幾種無毒精煉劑的成分/ 反應(yīng)產(chǎn)生的