楚東龍

【摘要】隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的高速發(fā)達(dá)，各項工藝對于金屬品質(zhì)的要求也變得越來越高，尤其是航空航天技術(shù)中對于金屬零部件的質(zhì)量要求變得尤為苛刻。這就需要相關(guān)的技術(shù)部門大力發(fā)展金屬材料的研發(fā)工作，促進(jìn)金屬工藝的發(fā)展。在當(dāng)下社會，金屬材料的熱處理是對于金屬工藝研發(fā)運(yùn)用最重要的技術(shù)手段之一。通過對這一工藝技術(shù)的研究，探索出了更多可供選擇的新型金屬材料的應(yīng)用性能，為航空航天以及其他各相關(guān)領(lǐng)域均做出了突出的貢獻(xiàn)。下面我們就從多方面對金屬材料的熱處理工藝進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】熱處理；新型金屬材料；航空航天領(lǐng)域

1、金屬材料熱處理技術(shù)的發(fā)展史

早在公元前770年到公元前220年，我國偉大的冶煉技術(shù)人員就在廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了高溫對于金屬材料的影響，并且將這一影響運(yùn)用到金屬的處理當(dāng)中。在公元前600年左右，青銅兵器被廣泛的應(yīng)用到戰(zhàn)爭，之后鍛造工藝不斷發(fā)展，經(jīng)過淬火工藝的鋼鐵兵器被人們所制造。隨著淬火技術(shù)的快速進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)在淬火過程中冷凝劑對于該項技術(shù)所起到的關(guān)鍵作用，并加以應(yīng)用。

2、飛機(jī)當(dāng)中運(yùn)用的合金材料

隨著社會的發(fā)展，飛機(jī)已經(jīng)成為了當(dāng)今生活中主要的交通和運(yùn)輸工具。因?yàn)轱w機(jī)的制作工藝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)巨大，所以應(yīng)用到飛機(jī)的合金材料非常廣泛。但是飛機(jī)所應(yīng)用到的合金材料中以鋁合金為最主要的材料，其占據(jù)了飛機(jī)機(jī)體材料的50%以上，因具有比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)鋁合金作為最主要的機(jī)體材料，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著十分重要的作用。下面我們就重點(diǎn)的來介紹一下鋁合金的熱處理工藝。

3、鋁合金的熱處理

鋁合金的熱處理工藝是發(fā)展航空工業(yè)首要的前提保障，只有發(fā)展好這一工藝才能更好地保證飛機(jī)質(zhì)量的穩(wěn)定與提高。在鋁合金的熱處理工藝中有退火處理，固溶、時效處理等主要的熱處理方式。

3.1 鋁合金的用途

鋁合金的用量非常的廣泛，工業(yè)上的用量僅次于鋼鐵材料，鋁合金可以通過熱處理而獲得良好的機(jī)械性能，是目前飛機(jī)制造行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用最廣，使用最多的一種合金材料。通過鋁合金來替代鋼結(jié)構(gòu)能夠有效地降低飛機(jī)重量，減少飛機(jī)危險事故的發(fā)生。

3.2 鋁合金熱處理的目的

鋁合金進(jìn)行熱處理的目的是提高其力學(xué)性能，消除內(nèi)應(yīng)力，同時獲取如耐應(yīng)力腐蝕、耐晶間腐蝕等特殊性能。

3.3 鋁合金熱處理的方式

3.3.1 退火處理

退火處理的目的是消除鋁合金構(gòu)件中加工過程產(chǎn)生的應(yīng)力，改善其內(nèi)部構(gòu)造，使合金獲得穩(wěn)定的組織和優(yōu)良的工藝塑性。具體的加工工藝為：將合金構(gòu)件加熱為300℃左右，之后對加熱的構(gòu)件進(jìn)行保溫，時間約為兩個小時左右，然后使得構(gòu)件的溫度冷卻到室溫。這樣會使得合金溶質(zhì)慢慢發(fā)生分解，析出的第二質(zhì)點(diǎn)聚集，從而使得構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力得以消除。

3.3.2 固溶處理

固溶處理也就是俗稱的“淬火”，其主要過程是將鋁合金構(gòu)件加熱到500℃左右，其保溫時間因其材料厚度不同而不同，這一過程可以將合金內(nèi)部的溶質(zhì)得到充分地溶解。保溫之后將鋁合金構(gòu)件迅速的置于冷卻介質(zhì)（一般為水）中，使得構(gòu)件急劇的降溫，形成雙重過飽和的空位和固溶體。

3.3.3 時效處理

時效是經(jīng)過淬火后的合金形成不穩(wěn)定組織（亞穩(wěn)定組織），這種組織力求更為穩(wěn)定（穩(wěn)定組織）而進(jìn)行固溶體分解和析出過剩溶質(zhì)原子的過程。時效初期由于空位的作用，使溶質(zhì)原子以極大的速度進(jìn)行叢聚形成G.P.區(qū)，隨著提高溫度和增加時效時間，G.P.區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡相，最后形成穩(wěn)定相。時效處理分為自然時效和人工時效，其中人工時效又可以分為完全時效、不完全時效、過時效和穩(wěn)定化時效。

3.3.4 淬火轉(zhuǎn)移時間

淬火轉(zhuǎn)移時間是固溶處理爐爐門打開或構(gòu)件從爐中剛剛露出直至構(gòu)件全部浸入淬火冷卻介質(zhì)這一過程所用的時間。在鋁合金熱處理中，這一參數(shù)對鋁合金熱處理后的性能有很大的影響。由于在這一過程中，鋁合金中的強(qiáng)化相便開始析出，使得其最終的性能，尤其是耐腐蝕性能有明顯不同，因此，在固溶過程中要盡可能縮短淬火延遲時間，并進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

3.4 超硬鋁合金的熱處理

超硬鋁合金以其熱處理后高于碳鋼的強(qiáng)度和其大大低于碳鋼的密度，在航空航天器結(jié)構(gòu)領(lǐng)域扮演著愈發(fā)重要的角色。但由于超硬鋁合金存在著抗疲勞性能差，對應(yīng)力集中敏感的特點(diǎn)，因此其熱處理工藝需進(jìn)行更為嚴(yán)格的控制，以獲取高強(qiáng)度和耐腐蝕的綜合性能。下面，就以航空用7050鋁合金緊固件為例，簡單介紹其熱處理工藝。

總體而言，采用“固溶+人工分級過時效”的方式進(jìn)行處理。在固溶階段，使用空氣循環(huán)加熱至475℃左右，依照工件的厚度決定保溫時間，但一般不低于50分鐘，之后進(jìn)行水淬，淬火轉(zhuǎn)移時間應(yīng)盡可能縮短，最大不應(yīng)超過15秒。由于超硬鋁存在著一定的停放效應(yīng)，故一般在淬后4小時內(nèi)或48小時后進(jìn)行人工時效，避免因停放效應(yīng)導(dǎo)致的性能降低。人工時效分為兩個階段進(jìn)行，在121℃保溫至少4小時，然后在179℃至少保溫8小時，以達(dá)到所需的力學(xué)性能和耐蝕性要求。

通過不同時效時間組合實(shí)驗(yàn)的分析，可以得到7050鋁合金緊固件力學(xué)性能和耐蝕性在不同分級時效工藝組合下有不同數(shù)據(jù)的結(jié)論。首先是其力學(xué)性能，7050鋁合金緊固件不僅需要較高的強(qiáng)度，同時還要保證熱處理后的加工性能。在時效過程中，其抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度隨時間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，人工過時效處理使其越過了力學(xué)性能的峰值，在得到一定強(qiáng)度的同時增強(qiáng)其塑性，避免在使用過程中出現(xiàn)因變形導(dǎo)致開裂的傾向。而耐腐蝕能力主要通過熱處理后的電導(dǎo)率來體現(xiàn)。合金的電導(dǎo)率反應(yīng)飽和固溶體沉淀脫溶的程度，合金固溶體沉淀脫溶越充分，其電導(dǎo)率越高，其抗腐蝕性越好。因此，在人工分級過時效的工藝選擇上，既要保證一定的強(qiáng)度，又要獲取到良好的使用性能和耐腐蝕性能，提高其疲勞強(qiáng)度，減小應(yīng)力腐蝕的敏感性。

4、結(jié)語

航空航天技術(shù)的高速發(fā)展要以高科技含量的材料作為根本的保障，在發(fā)展高強(qiáng)度的合金材料的同時必須考慮熱處理工藝對合金材料可應(yīng)用性能的保證。相信只要通過全體技術(shù)人員的共同努力，一定會使合金材料熱處理技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，有更多更好地合金材料應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域，開辟新的篇章。