豆 杰，劉紀(jì)偉

（商丘陽光鋁材有限公司，河南 商丘 476000）

鋁元素在地殼中含量豐富，但由于鋁元素的形態(tài)不穩(wěn)定極易被氧化和與其他元素相結(jié)合，通常以氧化鋁及其化合物的形式存在。隨著我國有色金屬工業(yè)的快速發(fā)展并形成了完整的工業(yè)體系，對鋁礦石進行大量的開采、冶煉和加工，目前我國鋁的冶煉能力在330萬噸以上，鋁材加工能力在335萬噸以上。由于鋁合金材料質(zhì)量輕、密度小、熔點低，導(dǎo)電導(dǎo)熱性、抗腐蝕性和可塑性能好以及適用范圍廣、耐久性強、裝飾效果好，具有更好的物理性能和機械性能，能夠利用沖壓、彎曲、軋、擠壓等工藝和經(jīng)過熔融法制錠、塑性變形加工，使其組織、形狀發(fā)生變化后形成不同的形態(tài)和規(guī)格和以熔融金屬充填鑄型的方法，獲得各種規(guī)格形狀的零件毛坯，鋁合金可以做出各種形狀的成品，因此，受到人們的廣泛關(guān)注和利用。對于形變鋁合金可以利用退火、固溶淬火、時效和回歸熱處理技術(shù)，經(jīng)過加溫、保溫、冷卻及淬火、回歸等改變鋁合金的內(nèi)部組織，提高鋁合金的機械性能和物理性能，改善其可塑性，從而使其應(yīng)用更加廣泛。目前被應(yīng)用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)等重要領(lǐng)域，是發(fā)展我國現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代國防和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不可缺少的重要材料，為我國社會經(jīng)濟的騰飛和工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展做出了重要的貢獻。

1 鋁合金的發(fā)展

鋁元素在地殼中含量豐富僅次于氧和硅，由于鋁元素的形態(tài)不穩(wěn)定極易被氧化和與其他元素相結(jié)合，因此鋁是以氧化鋁及其化合物的形式存在于自然界中，必須經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)才能得到金屬鋁。1808年金屬鋁首次在實驗室被電解還原出來，后期經(jīng)過科學(xué)家們的不斷試驗，不斷改進制取方法，終于在1854年被德國化學(xué)家德維爾從氯化鋁中還原制得鋁錠，由于其提取難度較大被人們視為珍寶。直到19世紀(jì)后期廉價電力的出現(xiàn)和科學(xué)家改進了提取方法，使得鋁的生產(chǎn)規(guī)模逐步擴大并在其中加入各種金屬元素合成了鋁合金材料。隨著鋁合金材料的優(yōu)點逐漸凸顯以及人們對它的研究不斷深入，更多的鋁合金產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)，比如，鋁合金1050、2017合金、2024合金、6061合金、6063合金、7075合金以及A356鑄造鋁合金等，并廣泛應(yīng)用在電力、航空、軍事、科技等方面，成為全球機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等領(lǐng)域的重要原料。

2 鋁合金的特性

純鋁的密度小，接近2.7g約為鐵或銅的1/3；導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于銀、銅和金；抗腐蝕性能好，鋁的表面易生成一層AL2O3保護膜，能很好的保護基體不受腐蝕。鋁合金除保持了純鋁的上述特點以及質(zhì)量輕、熔點低、可塑性好的特性外，經(jīng)過熱處理強化后強度變得比較高，其σb值可達24kgf/mm2～60kgf/mm2，比強度接近甚至于超過優(yōu)質(zhì)鋼，而且成品適用范圍廣、耐久性強、裝飾效果好，具有更好的物理性能和機械性能。其物理性能如表1。

表1 鋁合金的物理性能

其機械性能如表2

表2 鋁合金的機械性能

3 鋁合金的分類

鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。形變鋁合金是利用沖壓、彎曲、軋、擠壓等工藝和經(jīng)過熔融法制錠、塑性變形加工，使其組織、形狀發(fā)生變化后形成不同的形態(tài)和規(guī)格。按其對熱處理的敏感性可分為可熱處理強化鋁合金和不可熱處理強化鋁合金兩大類?？蔁崽幚韽娀X合金是應(yīng)用淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能和物理性能，包括硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等；不能熱處理強化鋁合金是通過冷加工變形來強化機械性能，包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等。形變鋁合金還可以按其性能和使用特點進行分類：防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金和特殊鋁合金。鑄造鋁合金是以熔融金屬充填鑄型的方法，獲得各種規(guī)格形狀的零件毛坯。按其性能可分為Al-Si和Al-Si-Mg-Cu為基的中等強度合金；Al-Cu為基的高強度合金；Al-Mg為基的耐蝕合金和Al-Re為基的熱強合金。

4 鋁合金材料的熱處理技術(shù)

鋁合金材料的熱處理就是選擇合適的熱處理方式，將鋁合金加熱并控制升溫速度待溫度達到某一相應(yīng)攝氏度時保溫一定時間然后以設(shè)定的速度降溫冷卻，改變鋁合金的內(nèi)部組織，提高鋁合金的機械性能和物理性能，改善其可塑性，從而獲得材料的穩(wěn)定性。

（1）鋁合金材料熱處理的技術(shù)特點。鋁合金剛淬火后其強度與硬度不會馬上升高，待到一定時間之后（一般為96h～144h），強度與硬度會明顯升高，而這時的溫度可能是室溫也可能是高于室溫的某一溫度范圍，但是其塑性卻恰恰相反，剛淬火后塑性升高，隨著時間的推移塑性逐漸降低。

（2）鋁合金材料熱處理的強化原理。鋁合金熱處理強化過程比較復(fù)雜，由于鋁合金的組成成分不同，如AI—Cu—Mg、Al一Cu—Mg—Zn、Al—Zn—Mg—Si等因加入不同的金屬元素，這些金屬元素組成溶質(zhì)原子在固溶體中無序分布，與位錯之間存在著力學(xué)的、化學(xué)的以及電學(xué)的相互作用不同，進而影響它的強化過程；由于鋁合金加工的用途及零件和構(gòu)件不同，對時效工藝參數(shù)的控制不同，也會影響鋁合金的強化過程；還有鋁合金在生產(chǎn)過程中造成的缺陷，特別是空位、位錯的數(shù)量和分布等，都會對鋁合金的強化過程產(chǎn)生影響。但總的來說，時效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果。一方面，鋁合金在淬火加熱的同時，合金中會形成一定的空位，冷卻時由于降溫速度快這些空位來不及移出，便被封閉在晶體內(nèi)與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于它們處在亞穩(wěn)定狀態(tài)的固溶體中，隨著固溶體向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，溶質(zhì)原子在空位的作用下加快擴散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。另一方面，硬化區(qū)的大小和數(shù)量與淬火溫度與淬火冷卻速度密切相關(guān)，隨著淬火溫度越高、淬火冷卻速度越快，固溶體內(nèi)所固定的空位濃度越大，硬化區(qū)的數(shù)量就越多，硬化區(qū)的尺寸減小，提高了鋁合金抵抗范性形變的能力。

（3）鋁合金材料熱處理的技術(shù)分類。對于可熱處理的強化鋁合金如硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等是應(yīng)用熱處理技術(shù)手段來提高機械性能和物理性能。其中熱處理技術(shù)可分為四大類：退火、固溶淬火、時效和回歸。

退火是將鋁合金加熱到一定溫度并在高溫下長期保溫然后以設(shè)定的速度均勻冷卻或在較低溫度下保溫較短時間后冷卻或在高溫下保溫足夠時間后冷卻，提高材料表面的處理質(zhì)量，有利于材料繼續(xù)加工，獲得完全再結(jié)晶狀態(tài)的軟化組織，提高材料塑性。固溶淬火是將鋁合金加熱到一定溫度并保溫到規(guī)定時間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過飽和固溶體進行擠壓淬火，或以較快的速度冷卻到室溫（一般低于15秒）后淬火，進行冷加工或矯直工序。時效是將固溶淬火的鋁合金材料在室溫或須由人工控制溫度和時間，讓亞穩(wěn)定狀態(tài)的固溶體進行充分分解，第二相粒子從固溶體中析出分布在鋁晶體周圍從而產(chǎn)生強化作用的技術(shù)?；貧w是將已經(jīng)淬火時效的鋁合金材料在高溫下加溫較短時間使之恢復(fù)到新淬火狀態(tài)，以提高材料塑性和有利于冷彎成形或矯正形位公差。

5 結(jié)語

鋁合金是現(xiàn)階段工業(yè)中應(yīng)用最多的合金材料，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)等重大領(lǐng)域。隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，全球?qū)︿X合金部件的需求越來越多，因此我們要加強鋁合金材料的研究和開發(fā)，不斷改進鋁合金材料的加工工藝和處理技術(shù)，促進我國經(jīng)濟乃至世界經(jīng)濟的更快增長。