铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法.docx

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铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法

铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法

―――刘静安教授　06年11月

1、铝及铝合金热处理工艺

1.1　铝及铝合金热处理的作用

将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。

1.2　铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理

1.2.1　铝及铝合金热处理的分类（见图1）

图1　　铝及铝合金热处理分类

1.2.2铝及铝合金热处理基本作用原理

（1）退火：

产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。

通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。

①铸锭均匀化退火：

在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。

②中间退火：

又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。

③完全退火：

又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。

（2）固溶淬火处理：

将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。

但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。

①在线淬火：

对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。

②离线淬火：

对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。

（3）时效：

经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。

有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效，有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。

人工时效可分为欠时效和过时效。

①欠时效：

为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。

②过时效：

为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。

③多级时效：

为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。

可分为二阶段、三阶段时效

（4）回归处理：

为了提高塑性，便于冷弯成形或矫正形位公差，将已淬火时效的产品，在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理。

1.2.3铝合金材料的的热处理制度

（1）铝合金铸锭的均匀化处理制度（见表1）

表1：

铝合金铸锭的均匀化规范

合金牌号

铸锭或坯料形状和尺寸

均匀化温度、℃

保温时间、h

5A02

空心圆锭

480-505

6

5A03

空心圆锭

470-490

10

3A21

空心圆锭

590-630

10

2A04

实心圆锭

480-490

24

2A10

实心圆锭

470-500

24

2A11

实心圆锭

480-500

8

2A17

实心圆锭

512-530

6-12

6A02

实心圆锭

532-540

12-14

2A50、2B50

实心圆锭φ≥350mm

515-530

24

2A50、2B50

实心圆锭φ＜350mm

515-530

12

2A70

实心圆锭φ≥350mm

485-505

16

2A70

实心圆锭φ＜350mm

485-505

8

2A80

实心圆锭φ＜350mm

485-505

8

2A14

实心圆锭

485-505

10-16

6061

实心圆锭

530-550

10-12

6063

实心圆锭

550-570

4-6

6005、6005A

实心圆锭

560-580

4-6

7A10、7A03、7005

实心圆锭

460-480

15-18

7A04、7A09

实心圆锭

460-470

24

（2）美国变形铝合金淬火时效规范，见表2

表2：

美国变形铝合金淬火时效规范

合金

产品

淬火处理

时效处理

温度℃

状态

温度℃

时间h

状态

2011

冷加工棒、线、材

525

T3

T451

160

――

14

――

T8

――

2014

挤压产品

500

T4

T42

T4510

T4511

160

160

160

160

18

18

18

18

T6

T62

T6510

T6511

2017

冷加工棒、线材

500

T4,T42,T451

---

----

----

2024

冷加工棒、线材

490

T4

T351

T36

190

190

190

12

12

8

T6

T851

T86

热挤压棒、型、管材

490

T42

T3

T3510

T3511

190

190

190

190

16

12

12

12

T6

T81

T8510

T8511

2219

挤压棒、型、管材

535

T31

T3510

T3511

T42

190

190

190

190

18

18

18

36

T62

T81

T8510

T8511

6005

挤压件

530

T1

180

8

T5

6061

挤压件

530

T4

T42

T4510

T4511

180

180

180

180

8

8

8

8

T6

T62

T6510

T6511

6063

挤压件、拉伸管

520

T1

T4

T42

T4

205

180

180

180

1

8

8

8

T5

T6

T62

T831,T832

6066

挤压件、型管材

530

T4

T42

T4510

T4511

180

180

180

180

8

8

8

8

T6

T62

T6510

T6511

6101

挤压管、棒、型材

505

T4

200

5

T6

6070

挤压管、棒、型材

550

T4

T42

160

160

18

18

T6

T62

6261

挤压管、棒、型材

520

T4

185

5

T6

6262

挤压件

540

T4、T42

170

180

8

12

T6

T62

6351

挤压件

505

T4

170

6

T6

6463

挤压件

520

T1

T4

T42

205

180

180

1

8

8

T5

T6

T62

7001

挤压件

470

W

120

24

T6,T62,

T6510,T6511

7005

挤压件

480

W

105℃*8h+

150℃*16h

T5

7075

挤压件

465

120

105℃*8h+175℃*8h

24

T6,T62

T73

7079

挤压件

440

W

W511

115

115

48

48

T6

T6511

7178

挤压件

465

W

W

W510

W511

120

120℃*3-5h+160℃*20h、120

24

24

T6,T62

T76

T6510,T6511

（3）美国常用变形铝合金的退火制度，见表3

表3：

常用铝合金退火制度

合金

退火制度℃*h

合金

退火制度℃*h

1119、1180、1070、1170、1060、1050、EC、1100、1200

345±3*30分

6053

345±3*2-3

2011、2014、2017、2018

415±3*2-3

6061

415±3*2-3

2024、2025、2117、2218

415±3*2-3

6063

415±3*2-3

2618

350±3*2

6066、6151

415±3*2-3

3003、3004

415±3*30分

6261、6262、6351

415±3*2-3

4032

345±3*2

6463

350±3*4

4043

350±3*30分

7001、7004

415±3*2-3

5005、5050

345±3*30分

7072

345±3*1-2

5052

345±3*30分

7075

415±3*2-3

5056、5083、5086、5154、5205、5252、5254、5454、5456、5457、5652

345±3*30分

7079

415±3*2-3

7178

415±3*2-3

2、铝及铝合金产品状态表示法

2.1基本状态代号，见表4

表4产品基础状态代号

代号

名称

说明与应用

F

自由加工状态

适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定

O

退火状态

适用于经完全退火获得最低强度的加工产品

H

加工硬化状态

适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理

H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字

W

固溶热处理状态

一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段

T

热处理状态

（不同于F、O、H状态）

适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品

T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字

2.2H（加工硬化）状态的细分

（1）　H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面添加两位阿拉伯数字（称做HXX状态），或三位阿拉伯数字（称做HXXX状态）表示H的细分状态

1）HXX状态：

H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序，如下所示：

　　H1——单纯加工硬化状态。

适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。

　　H2——加工硬化及不完退火的状态。

适用于加工硬化程度超过成品规定要求后，经不完全退火，使强度降低到规定指标的产品。

对于室温下自然时效软化的合金，H2与对应的H3有相同的最小极限抗拉强度值；对于其他合金，H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度值，但伸长率比H1稍高。

　　H3——加工硬化及稳定化处理的状态。

适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。

H3状态仅适用于在室温下逐渐时效软化（除非经稳定化处理）的合金。

　　H4——加工硬化及涂漆处理的状态。

适用于加工硬化后，经涂漆处理导致了不完全退火的产品。

　　H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度。

数字8表示硬状态。

通常采用O状态的最小抗拉强度与表5规定的强度差值之和，来规定HX8状态的最小抗拉强度值。

对于O（退火）和HX8状态之间的状态，应在HX代号后分别添加从1到7的数字来表示，在HX后添加数字9表示比HX8加工硬化程度更大的超硬状态。

各种HXX细分状态代号及对应的加工硬化程度如表6所示。

表5HX8状态与O状态的最小抗拉强度的差值

O状态的最小

抗拉强度/MPa

HX状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPa

O状态的最小

抗拉强度/MPa

HX8状态与O状态的最小抗拉强度差值/MPa

≤40

45~60

65~80

85~100

105~120

125~160

55

65

75

85

90

95

165~200

205~240

245~280

285~320

≥325

100

105

110

115

120

表6HXX细分状态代号与加工硬化程度

细分状态代号

加工硬化程度

HX1

抗拉强度极限为O与HX2状态的中间值

HX2

抗拉强度极限为O与HX4状态的中间值

HX3

抗拉强度极限为HX2与HX4状态的中间值

HX4

抗拉强度极限为O与HX8状态的中间值

HX5

抗拉强度极限为HX4与HX6状态的中间值

HX6

抗拉强度极限为HX4与HX8状态的中间值

HX7

抗拉强度极限为HX6与HX8状态的中间值

HX8

硬状态

HX9

超硬状态，最小抗拉强度极限值超HX8状态至少10MPa

注：

当按上表确定的HX1-HX9状态抗拉强度极限值不是以0或5结尾时，应修正至少0或5结尾的相邻较大值。

2.3退火（O）状态代号分类

2.3.1O1——均匀化退火

2.3.2O2——产品不完全（局部）退火

2.3.3O3——产品完全退火

2.4热处理（T）状态代号细分类

2.4.1TX状态细分及应用，见表7

表7　TX细分状态代号说明与应用

状态代号

说明与应用

T0

固溶热处理后,经自然时效再通过冷加工的状态

适用于经冷加工提高强度的产品

T1

由高温成型过程冷却,然后自然时效至基本稳定的状态

适用于由高温成型过程冷却后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）的产品

T2

由高温成型过程冷却,经冷加工后自然时效到基本稳定的状态

适用于由高温成型过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品

T3

固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效到基本稳定的状态

适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品

T4

固溶热处理自然时效到基本稳定的状态

适用于固溶热处理后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）的产品

T5

由高温成型过程冷却,然后进行人工时效的状态

适用于由高温成型过程冷却后,不经过冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）,予以人工时效的产品

T6

固溶热处理后进行人工时效的状态

适用于高温成型过程冷却后,不经过冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）的产品

T7

固溶热处理进行时效的状态

适用于固溶热处理后,为获得某些重要特性,在人工时效时,强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品

T8

固溶热处理后经冷加工.然后进行人工时效的状态

适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品

T9

固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工的状态

适用于经冷加工提高强度的产品

T10

由高温成型过程冷却后,进行冷加工,然后人工时效的状态

适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品

注:

某些6×××系的合金,无论是炉内固溶热处理,还是从高温成型过程急冷以保留可溶解组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果,这些合金的T3、T4、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种.

2.4.2TXX状态及TXXX状态（消除应力状态除外）细分见表8

表8TXX及TXXX细分代号说明与应用

状态代号

说明与应用

T42

适用于自O或F状态固溶热处理后,自然时效到充分稳定状态的产品,也适用于需方任何状态的加工产品热处理后,力学性能达到T42状态的产品

T62

适用于自O或F状态固溶热处理后,进行人工时效的产品,也适用于需方对任何状态的加工产品热处理后,力学性能达到T62状态的产品

T73

适用于固溶热处理后,经过时效以达到规定的力学性能和抗应力腐蚀性能指标的产品

T74

与T73状态定义相同.该状态的抗拉强度大于T73状态,但小于T76状态

T76

与T73状态定义相同.该状态的抗拉强度分别高于T73、T74状态,抗应力腐蚀断裂性能分别低于T73、T74状态,但其抗剥落腐蚀性能仍较好

T7X2

适用于自O或F状态固溶热处理后,进行人工时效处理,力学性能及抗腐蚀性能达到T7X状态的产品

T81

适用于固溶热片量后,经1%左右的冷加工变形提高强度,然后进行人工时效的产品

T87

适用于固溶热处量后,经7%左右的冷加工变形提高强度,然后进行人工时效的产品

2.4.3消除应力状态表示法

在上述TX或TXX或TXXX状态代号后面再添加“51”、或“510”、“511”或“54”表示经历了消除应力处理的产品状态代号,如表9所示:

表9消除应力状态代号说明与应用

状态代号

说明与应用

TX51

TXX51

TXXX51

适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的厚板、轧制或冷精整的棒材以及模锻件、锻环或轧制环,这些产品拉伸后不再进行矫直.

厚板的永久形量为1.5%~3%;轧制或冷精整棒材的永久变形量为1%~3%;模锻件、锻环或轧制环的永久变形量为1%~5%

TX510

TXX510

TXXX510

适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后不再进矫直.

挤制棒、型和管材的永久变形量为1%~3%;拉制管材的永久变形量为1.5%~3%

TX511

TXX511

TXXX511

适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后可略微矫直以符合标准公差.

挤制矫、型和管材的永久变形量为1%~3%;拉制管材的永久变形量1.5%~3%

TX52

TXX52

TXXX52

适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,通过压缩来消除应力,以产生1%~5%的永久变形量的产品

TX54

TXX54

TXXX54

适用于在终锻模内通过冷整形来消除应力的模锻件

W的消除应力状态.正如T的消除应力状态代号表示方法,可W状态代号后面添加相同的数字（如51、52、54）,以表示不稳定的固溶热处理及消除应力状态.

2.5我国铝材产品原状态与新状态代号对照见表10

表10原状态号与相应的新状态号

原代号

新代号

原代号

新代号

原代号

新代号

M

R

Y

Y1

Y2

Y4

O

H112或F

HX8

HX6

HX4

HX2

T

CZ

CS

CYS

CZY

CSY

HX9

T4

T6

TX51、TX52等

T0

T9

MCS

MCZ

CGS1

CGS2

CGS3

RCS

T62

T42

T73

T76

T74

T5

2.6常见产品状态代号举例见表11

表11常见产品状态代号举例

H14

H16

H18

H19

HXX4

HXX5

H111

H112

H116

应变–硬化–1/2硬

应变–硬化–3/4硬

应变–硬化–4/4硬

应变–硬化–超硬

适于与HXX状态–致加工得来的压花板或装饰板或带材

应变–硬化–适于焊管

在后续操作如拉伸或矫直的过程中退火和轻微应变–硬化（少于H11）

在高温下冷加工后或受限的冷加工（规定力学性能的范围）后进行轻微应变–硬化

适于Mg含量≥4%的AI-Mg合金并规定力学性能范围和抗剥离腐蚀

H22

H24

H26

H28

应变–硬化和局部退火--1/4硬

应变–硬化和局部退火--1/2硬

应变–硬化和局部退火--3/4硬

应变–硬化和局部退火--4/4硬（完全硬化）

H32

H34

H36

H38

应变–硬化和稳定化处理--1/4硬

应变–硬化和稳定化处理--1/2硬

应变–硬化和稳定化处理--3/4硬

应变–硬化和稳定化处理--4/4硬（完全硬化）

H42

H44

H46

H48

应变–硬化和涂漆或涂染--1/4硬

应变–硬化和涂漆或涂染-1/2硬

应变–硬化和涂漆或涂染--3/4硬

应变–硬化和涂漆或涂染--4/4硬（完全硬化）

W

W51

W510

W511

W52

W54

固溶热处理（不稳定状态）,也可以规定自然时效（W2h）的时间.

固溶热处理（不稳定状态）,通过拉伸来消除应力

（薄板:

0.5~3%永久变形,厚板:

1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:

1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:

1~5%）.拉伸后产品再进行进一步矫直.

进行固溶热处理（不稳定状态）并通过拉伸来消除应力

（挤压棒、杆、型材和管材:

1~3%永久变形,冷拔管:

0.5~3%）.拉伸后产品不进行进一步矫直.

拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之外其它与W510相同.

固溶热处理（不稳定状态）并通达压缩来消除应力以获得1~5%的永久变形.

固溶热处理（不稳定状态）并在精压模中（模锻）进行冷锻矫形来消除应力

T1

从高温成型工艺中冷却并进行自然时效

T2

从高温成型工艺中冷却、冷加工并自然时效

T3

T31

T351

T3510

T3511

T352

T354

T36

T37

T39

固溶热处理、冷加工并自然时效

固溶热处理、约1%冷加工并自然时效

固溶热处理、通过拉伸来消除应力（薄板:

0.5~3%永久变形,厚板:

1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒、杆:

1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:

1~5%）并进行自然时效.拉伸后产品不进行进一步矫直.

进行固溶热处理（不稳定状态）并通过拉伸来消除应力（挤压棒杆、型材和管材:

1~3%永久变形，冷拔管:

0.5—3%）并进行自然时效。

拉伸后产品不进行进一步矫直

除拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之外与T3510相同

固溶热处理、通过压缩来消除应力以获得1~5%的永久变形并进行自然时效

固溶热处理、通过在精压模中冷锻矫形来消除应力,并进行自然时效.

固溶热处理、约6%的冷加工并进行自然时效

固溶热处理、约7%的冷加工并进行自然时效

固溶热处理、进行适当的冷加工以获得规定的力学性能.可在自然时效之前或之后进行冷加工

T4

T42

T451

T4510

T4511

T452

T454

固溶热处理并自然时效

固溶热处理并自然时效、适于从退火状态或F状态中进行热处理的试验材料或者适于从使用者的任一状态进行热处理的产品.

进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力（薄板:

0.5~3%永久变形,厚板:

1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:

1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:

1~5%）并进行自然时效

进行固溶热处理,并通过拉伸来消除应力（薄板:

0.5~3%永久变形,厚板:

1.5~3%永久变形,轧制或冷加工棒和杆:

1~3%永久变形,自由锻件或锻环和轧环:

1~5%）并进行自然时效.拉伸后产品不再进行进一步矫直.

除了拉伸后允许进行局部矫直以符合标准公差之上与T4510相同

进行固溶热处理,通过压缩来消除应力以形成1~5%的永久变形并进行自然时效.

固溶热处理,在精压模中通过冷锻矫形来消除应力

T5

T5