郝先芃，鄒 超

（龍口市叢林鋁材有限公司技術(shù)部，山東 龍口 265705）

所謂“熱處理”，主要是指把金屬材料置于特定的介質(zhì)當中，經(jīng)過加熱、保溫以及冷卻等過程，使得材料內(nèi)部或者表面的金相組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)對其性能進行控制的金屬熱加工技術(shù)。鋁擠壓在線熱處理技術(shù)是借助擠壓形成的余熱，在擠壓機前梁出口位置處對其進行迅速冷卻，以實現(xiàn)熱處理強化的目標?？梢园凑詹煌破穼τ诶鋮s速率要求的差異以及合金特性的差異，來選擇使用水浴冷卻、噴水冷卻、水霧冷卻以及風(fēng)冷等相應(yīng)的冷卻措施。

1 鋁合金熱處理概述

1.1 鋁合金熱處理的特征

所謂“鋁合金熱處理”，主要指的是選擇使用某種熱處理規(guī)范，調(diào)控加熱速率增長至某對應(yīng)溫度時保溫特定時間，再以事先設(shè)置好的速度進行冷卻，從而使得合金組織發(fā)生變化，其根本目標在于加強合金自身的力學(xué)性能、提高合金的耐腐蝕性、增強合金的加工性能、得到更加穩(wěn)定的尺寸。大家所熟知的是，針對碳元素占比較大的鋼材，通過淬火處理后即刻就可以得到較高的硬度，但是其塑性卻比較低。但是，鋁合金卻并非如此，鋁合金材料通過淬火處理以后，其硬度和強度并不會即刻增加，同時塑性不僅并非降低，反而有不同程度的提高。然而經(jīng)過此類淬火處理得到的合金，放置特定時間(比如4～6天)以后，其硬度與強度就會有比較明顯的提升，并且塑性會有較為顯著的下降。淬火處理后，鋁合金的硬度和強度隨著時間遷移而明顯提升的情況，被人們稱作“時效”；常溫環(huán)境下形成的時效為“自然時效”，非常溫環(huán)境下（如100℃～200℃）形成的時效為“人工時效”。

1.2 鋁合金擠壓在線熱處理的工作原理

鋁是十分活潑的，基本上可以和任何氣體產(chǎn)生反應(yīng)。除惰性氣體以外，鋁合金是否能夠準確熔煉對于熔體質(zhì)量優(yōu)劣有著決定性的影響，金屬吸氣通常會導(dǎo)致鑄錠在凝固時無法及時完全排除。在鋁合金具體熔煉環(huán)節(jié)，爐料由于受熱而逐漸發(fā)生熔化，導(dǎo)致鑄錠內(nèi)部組織發(fā)生的缺陷在碰到反應(yīng)金屬后就無法再還原，獲得液態(tài)金屬。在該過程中，可以實現(xiàn)金屬氧化的目標，或許會對金屬性能產(chǎn)生負面的影響。這時，遭受燒損破壞的金屬，則會導(dǎo)致合金的化學(xué)成分出現(xiàn)變化，而且還增加了氧化夾渣產(chǎn)生的幾率，對鋁合金鑄錠的運用效果有極其嚴重的影響，同時在此過程中還會形成不同數(shù)量的氣孔[1]。在如此的機制干擾下，會對鋁合金鑄錠造成影響，導(dǎo)致其實踐過程中所需要的產(chǎn)品加工質(zhì)量無法得到保證。并且，由于鋁具備較好的活性，使其能夠在特定的熔煉溫度環(huán)境下與碳氫化合物、水等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同時經(jīng)由對連續(xù)熔煉法的合理應(yīng)用，可以達到熔煉作業(yè)需求。在鋁合金熔煉過程中，為了防止產(chǎn)生鋁合金鑄錠廢品，確保產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)當減少鋁合金熔煉作業(yè)時熔體所停留的時間，同時嚴格控制整個熔煉過程，將氣孔產(chǎn)生的幾率控制在最低水平。

2 在線熱處理技術(shù)在鋁擠壓中的運用

2.1 退火處理

2.1.1 去應(yīng)力退火

對于塑性變形工件、切削加工件、焊接件以及鑄件等工件來說，其通常有著比較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，此不但使得應(yīng)力有更加大的腐蝕性，而且還嚴重影響了機械性能與組織的穩(wěn)定性。所以，應(yīng)當開展應(yīng)力退火處理，也就是把鋁合金材料加熱至某個相對較低的溫度，維持特定時間以后再慢慢冷卻，該過程的主要目標是在升高溫度的過程中提高原子的活動能力，進而消除或者是盡量減少晶體晶格當中的部分缺陷，并且還可以使得晶格的扭曲能量有所下降。通過去應(yīng)力退火處理，能夠有效控制晶格的彈性畸變，降低內(nèi)應(yīng)力，不僅降低了腐蝕傾向、確保尺寸穩(wěn)定，而且還保證了其硬度及強度。

2.1.2 再結(jié)晶退火

所謂“再結(jié)晶退火”，也就是把鋁合金材料的溫度加熱超過再結(jié)晶溫度，維持特定時間以后再慢慢冷卻，其主要目標在于細化晶粒、降低合金硬度、消除內(nèi)應(yīng)力、加強塑性形變能力[2]。為了能夠得到細晶粒組織，應(yīng)當嚴格控制加熱速度、加熱溫度以及保溫時間。對于相同類型的合金而言，在加熱溫度比較高的條件下，需要適當減少保溫時間，防止出現(xiàn)聚集再結(jié)晶現(xiàn)象進而導(dǎo)致晶粒長大；在加熱溫度比較低的條件下，需要適當增加保溫時間，由此保證再結(jié)晶的完全性，可以得到均勻、細小的組織。

2.1.3 均勻化退火

在鑄錠或者鑄件澆注過程中，如果冷卻速率比較快，就會造成結(jié)晶無法在平衡狀態(tài)下完成，如此通常會引起部分缺陷，比如：不平衡共晶體、偏析、硬脆相沿晶界分布以及第二相晶粒粗大等等，進而會對合金的硬度、強度等性能產(chǎn)生較大的影響。所以，為了防止上述問題的出現(xiàn)，應(yīng)當展開均勻化退火，也就是把合金加熱至與熔點無限接近的溫度，維持特定時間以后再慢慢冷卻。均勻化處理實際上就是原子不斷擴散的過程，所以又被稱作“擴散退火”，應(yīng)保證其質(zhì)量，主要就是控制好保溫時間以及加熱溫度。

2.2 固溶處理

鋁合金材料的固溶處理，事實上就是讓溶質(zhì)原子均勻地融入到鋁基體當中，借此得到過飽和的固溶體，為后續(xù)的時效奠定基礎(chǔ)。如果淬火的溫度比較高，則其冷卻速度也是比較快的，也就會得到飽和度越大的合金，有益于合金在后續(xù)時效的沉淀析出，可以明顯增強合金的力學(xué)性能。但是，如果淬火的溫度過高，則就會導(dǎo)致鋁合金晶粒粗大，同時或許會出現(xiàn)過燒；如果淬火冷卻的速度過快，則會造成合金由于為均勻冷卻而出現(xiàn)撓曲形變。對于此，需要強化對鋁合TTP曲線當中淬火敏感性區(qū)間的研究，如此有利于設(shè)計出高效的淬火工藝以及采取對應(yīng)的在線淬火手段以加強合金的性能。為了能夠達到有些鋁合金制品對于性能的獨特需求，對于淬火敏感性比較高的鋁合金制品還應(yīng)當進行離線固溶處理。

2.3 淬火時效

淬火實際上就是盡量把鋁合金材料加熱到比較高的溫度（通常是在500℃～570℃范圍內(nèi)），同時在此溫度下維持比較長的時間，而后迅速將剛凝固的、依然處于高溫狀態(tài)的鋁鑄件直接淬入油或者水當中，使得固溶體呈現(xiàn)為過飽和狀態(tài)，同時輔以人工時效，進而確保固溶體可以得到最好的強化效果。正常情況下，固溶化處理時的溫度越高，其也就越會接近固相線溫度或者共晶轉(zhuǎn)變溫度，同樣會的獲得更加好的淬火效果。然而需引起注意的是，因為鑄件的冷卻速率過快，合金在非平衡狀態(tài)下結(jié)晶會產(chǎn)生非平衡的共晶體，所以，需要保證淬火的溫度小于熔點共晶的熔點。對于此問題，可以使用分級加溫的方法，初始溫度需要保證低于共晶溫度5℃～10℃，確保構(gòu)成共晶體的第二相可以高效溶入固溶體當中，再不斷加熱到與固相線無限接近的溫度，加以短期保溫處理，盡量把余下的第二相溶入到固溶體當中，如此不僅防止了“過燒”問題的發(fā)生，同時還可以得到較強的機械性能。除此以外，在固溶化處理過程中，強化相溶入固溶體所用的時間直接決定了保溫的時間。正常狀況下，鋁合金中強化相溶入到固溶體中的速率愈快，保溫時間也就愈少，例如較金屬型與薄壁鑄件而言，砂型與厚壁鑄件通常有更加久的保溫時間；鋁合金中的強化相通常會快速擴散，則可對應(yīng)減少其保溫時間。

2.4 回歸再時效

回歸再時效，也可稱作“RRA處理”，其主要包含三個不同的過程：首先，在溫度比較低的條件下展開峰值時效；其次，在溫度較高的環(huán)境下實施短時回歸；最后，在溫度較低的環(huán)境下實施再時效。前兩步與雙極時效極其相似，增加第三步，根本目標在于增強合金的強度，同時維持第二步的合金抗腐蝕性[3]。

3 在線熱處理技術(shù)在鋁擠壓中運用的注意事項

第一，避免出現(xiàn)粗大晶粒。在鋁合金材料熱處理過程中，首先應(yīng)當引起注意的就是粗大晶粒的問題。在對鋁合金進行熱處理時，并未依據(jù)規(guī)定的操作流程，例如溫度過低或者過高、溫度掌控不到位等狀況的出現(xiàn)，再有淬火工作不合格等，均或許會造成粗大晶粒問題的產(chǎn)生。第二，防范“過燒”現(xiàn)象。鋁合金熱處理第二個要注意的事項就是“過燒”的問題，其通常指的是對于溫度的嚴格掌控。在對鋁合金進行熱處理時，應(yīng)當嚴格掌控鋁合金材料的熔點或者淬火溫度，根據(jù)標準化流程來操作，避免出現(xiàn)“過燒”問題，導(dǎo)致鋁合金材料的性能無法達到相應(yīng)的要求，進而造成資源的嚴重浪費，同樣在無形中加大了工作負擔(dān)，嚴重影響了鋁合金加工的效率。所以，在鋁合金熱處理過程中必須要完成好“過燒”問題的防范工作。第三，重視規(guī)范性操作。規(guī)范性操作是鋁合金擠壓熱處理過程中最應(yīng)該引起重視的問題，由于鋁合金熱處理是極其繁雜、并且對精細程度有嚴格要求的過程。在鋁合金擠壓熱處理過程中，應(yīng)當預(yù)先對重要步驟進行“演習(xí)”，掌握好核心節(jié)點，例如性能、熔點以及時效等的把握，各相關(guān)操作過程的規(guī)范性對通過熱處理后得到的合金的性能有著決定性的影響。所以，在熱處理作業(yè)開始以前，必須要熟悉和掌握鋁合金自身的各項性能，完成好流程設(shè)計工作，完全根據(jù)制定好的流程來操作，實現(xiàn)全流程的嚴格把關(guān)。

4 結(jié)論

綜上所述，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，人們對于鋁合金材料的用途及要求同樣在不斷提高。得益于鋁材加工工藝的創(chuàng)新，進而使鋁合金材料能夠廣泛運用于各個領(lǐng)域當中；尤其是神七成功升空以后，鋁合金材料備受航空、航天、通信、電子、汽車、航海以及建筑等行業(yè)的青睞。鋁擠壓在線熱處理技術(shù)的日益成熟，在很大程度上拓寬了鋁合金材料的應(yīng)用范疇，促使其可以運用于各式各樣的環(huán)境下。