萬(wàn)茹濤

摘 要：隨著當(dāng)前航天技術(shù)的飛速發(fā)展，很多的制造技術(shù)得到了較好的發(fā)展，其中鋁合金（超塑性）結(jié)構(gòu)是飛行器設(shè)計(jì)中極其重要的技術(shù)，本文首先分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀，同時(shí)闡述了鋁合金熱處理工藝，最后總結(jié)了鋁合金熱處理工藝問(wèn)題的解決途徑。

關(guān)鍵詞：鋁合金 熱處理工藝 研究現(xiàn)狀 解決措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（b）-0103-02

隨著現(xiàn)代航空業(yè)、汽車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，鋁合金材料得到了較好的應(yīng)用，通過(guò)利用先進(jìn)的工藝能夠有效地改善鋁合金的性能，目前，我國(guó)改善鋁合金性能的途徑主要包括：調(diào)整元素含量（組元比值）、使用特殊的工藝、減少Fe、Si等雜質(zhì)的含量、添加結(jié)晶抑制劑、熱工藝處理技術(shù)等，本文主要分析的是中間形變熱處理工藝（ITMT）和最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外對(duì)中間形變熱處理工藝（ITMT）的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)鋁合金中間形變熱處理工藝（ITMT）的開(kāi)發(fā)和研究主要集中在7000系的鋁合金，熱處理主要包括優(yōu)化結(jié)晶分?jǐn)?shù)、改進(jìn)結(jié)晶粒的尺寸等。對(duì)早期的AA7075型的鋁合金處理，采用的是冷軋和再結(jié)晶退火兩者相結(jié)合的工藝，通過(guò)深沖、單軸拉伸發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)工藝能夠提升7075板材的性能。采取擠壓AA7000系列的板材，進(jìn)行冷軋和再結(jié)晶處理技術(shù)，能夠減少結(jié)構(gòu)內(nèi)的體積分?jǐn)?shù)，提升板材的性能。

國(guó)內(nèi)的中間形變熱處理工藝（ITMT），主要是通過(guò)利用超塑預(yù)處理工藝，能夠促使鋁合金的橫向、縱向晶粒達(dá)到30μm，將鋁合金的性能提升了25.8%，針對(duì)其他系列的鋁合金，熱處理工藝也有所涉及，過(guò)時(shí)效溫度和終扎溫度能夠提升鋁合金的結(jié)晶性能，高過(guò)時(shí)效溫度還能有效地細(xì)化晶粒，提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。

1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)最終形變熱處理（FIMT）工藝研究現(xiàn)狀

同中間形變熱處理工藝（ITMT）比較類(lèi)似，最終形變熱處理（FIMT）工藝也應(yīng)用在沉淀強(qiáng)化型號(hào)的鋁合金中，例如：AL-LI系列的鋁合金、7000系列、2000系列。

國(guó)外對(duì)最終形變熱處理（FIMT）工藝研究主要是針對(duì)不同厚度、不同純度的鋁合金，國(guó)外學(xué)者研究了固溶后變形的鋁合金2024系列和7A04系列，實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)最終形變熱處理（FIMT）工藝能夠加速時(shí)效影響，對(duì)2024系列的鋁合金強(qiáng)度提升效果顯著，但是對(duì)7A04系列的鋁合金沒(méi)有明顯的效果，反而降低了7A04的延伸率，通過(guò)分析得知，主要是因?yàn)榇蟮睦湫巫兯鶐?lái)的高密度加劇了相的粗化。

通過(guò)本文上述分析能夠得知，中間形變熱處理工藝（ITMT）在確保強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提升了鋁合金的塑性，最終形變熱處理（FIMT）工藝雖然能夠提升鋁合金的強(qiáng)度，但是對(duì)導(dǎo)致鋁合金失去一部分塑性。

2 鋁合金熱處理工藝

本文闡述的鋁合金熱處理工藝主要是為最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)、中間形變熱處理工藝（ITMT）技術(shù)兩類(lèi)，具體如下。

2.1 中間形變熱處理工藝（ITMT）

中間形變熱處理工藝（ITMT）是在機(jī)械熱處理工藝的基礎(chǔ)上，將變形和熱處理結(jié)合的工藝技術(shù)，其目的是為了提升鋁合金的性能。同中間形變熱處理工藝技術(shù)不同的是，這類(lèi)技術(shù)適用于T6、7451等系列的鋁合金處理。

通過(guò)使用中間形變熱處理工藝（ITMT）技術(shù)，能夠使得7075系列的鋁合金尺寸達(dá)到30μm、15μm，可以將厚度為25.4mm板材的延伸率提高52.3%.在國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者的探討下，研發(fā)出塑性預(yù)處理技術(shù)，利用過(guò)時(shí)效方式，對(duì)固溶淬火后的材料實(shí)施預(yù)處理，在中溫環(huán)境下變形，最后進(jìn)行結(jié)晶處理。這類(lèi)工藝技術(shù)將7075系列的鋁合金晶粒細(xì)化到了10μm之下，提升了該系列鋁合金的超塑性、延伸率。

2.2 最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)最大的特點(diǎn)是將形變和時(shí)效強(qiáng)化工藝相結(jié)合，目前使用最普遍的工藝流程有兩種；（1）淬火—自然時(shí)效—變形—再時(shí)效處理，如圖1（a）所示；（2）淬火—變形—時(shí)效，如圖1（b）所示。

最終形變熱處理（FIMT）工藝技術(shù)在使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量的位錯(cuò)現(xiàn)象，主要是因?yàn)殇X合金中的原子（溶質(zhì)）會(huì)產(chǎn)生一些低壓穩(wěn)定氣團(tuán)，氣團(tuán)出現(xiàn)釘扎作用時(shí)，會(huì)影響位錯(cuò)的移動(dòng)性，在此基礎(chǔ)上就能夠提升鋁合金的強(qiáng)度，變形產(chǎn)生的位錯(cuò)缺陷，能夠加速時(shí)效的分析速度，促使析出的相分布均勻。

利用沉淀熱化反應(yīng)，首先需要加熱、快速冷卻，形成一種過(guò)飽和的固溶體，這類(lèi)工藝為固溶熱處理工藝。采取這類(lèi)工藝的目的是為了將合金的硬化元素融入固溶中，此工藝還包括將合金加熱到足夠溫度，確保溫度長(zhǎng)時(shí)間保溫，接著在水中快速冷卻。簡(jiǎn)單而言，提升鋁合金的強(qiáng)度、硬度熱處理工藝，主要包括：（1）在固溶熱處理工藝中，實(shí)現(xiàn)可溶相溶解；（2）淬火，在此工藝環(huán)節(jié)形成過(guò)飽和的固溶液；（3）在自然時(shí)效、人工時(shí)效（沉淀熱處理時(shí)效）中，確保溶質(zhì)原子沉淀析出。

3 鋁合金熱處理工藝問(wèn)題的解決途徑

雖說(shuō)熱處理工藝技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用且應(yīng)用效果也比較顯著，但不可否認(rèn)的是，相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的熱處理工藝技術(shù)的理論還存在著較大的缺陷，在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中還需要理論支持、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此，相關(guān)的科技人員必須要加強(qiáng)對(duì)熱處理工藝機(jī)理的研究力度。例如：國(guó)外學(xué)者就建立了熱處理工藝技術(shù)在不同系列鋁合金中的使用，將時(shí)效性、析出預(yù)設(shè)時(shí)間、應(yīng)變、再結(jié)晶抑制劑等融入在模型內(nèi)，最終模型預(yù)測(cè)的結(jié)晶尺寸、實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較小。國(guó)內(nèi)可以借鑒此方法，不斷地完善熱處理工藝技術(shù)，提升我國(guó)熱處理工藝技術(shù)水平。

與此同時(shí)，針對(duì)熱處理工藝技術(shù)在7000系列鋁合金中的使用，析出階段產(chǎn)生的相（S），可以在調(diào)整成分的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善。在7075系列的鋁合金中使用熱處理工藝技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大晶粒、小晶粒共存的現(xiàn)象，這類(lèi)現(xiàn)象能夠改變鋁合金材料的塑性。

通過(guò)本文的分析能夠得知，熱處理工藝技術(shù)對(duì)鋁合金材料的力學(xué)、疲勞性、抗腐蝕性等方面影響均存在著較大的差異，為了減少這類(lèi)差異，擴(kuò)展熱處理工藝的使用范圍，需要不斷地完善熱處理工藝的機(jī)理，探索出一套能夠適用于不同系列的鋁合金熱處理技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋁合金的熱處理工藝能夠在提升晶粒塑性的基礎(chǔ)上，改善鋁合金板材的延伸率，以提升鋁合金的韌性。同其他的鋁合金處理技術(shù)相比較，熱處理技術(shù)的工藝比較簡(jiǎn)單，適用面較廣。但是熱處理工藝中的ITMT工藝加工周期較長(zhǎng)，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)，雖說(shuō)FTMT工藝技術(shù)的效果顯著，但是工藝難度較大。這就要求相關(guān)的學(xué)者、專(zhuān)家不斷地研究熱處理工藝，發(fā)揮鋁合金材料的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)鋁合金熱處理技術(shù)更好地應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 任建平，宋仁國(guó)，陳小明，等.7xxx系鋁合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].熱加工工藝，2009，38（6）：119-124.

[2] 王蒙蒙，張德恩，盧錦德，等.Al-Cu-Mn系新型鋁合金熱處理工藝研究[J].熱加工工藝，2013，42（6）：159-160.

[3] 李春梅.Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝的研究[D].西南師范大學(xué)，2005.

[4] 侯小虎，張秀云，郭強(qiáng)，等.噴射成形7055鋁合金熱處理工藝與力學(xué)性能的研究[J].熱加工工藝，2008，37（12）：5-7.