铝及铝合金热处理工艺设计.docx
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铝及铝合金热处理工艺设计
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）
卧式淬火
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。
自然时效：
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。
人工时效：
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。
2、铝及铝合金产品状态表示法
2.1基本状态代号，见表1
表1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
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。
稳定化处理：
为了防止合金冷加工后长期放置所产生的软化现象，在冷变形后，产品进行低温退火（150℃加热3小时）的处理。
这样可以使在室温下放置的合金的力学性能趋于稳定。
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
3.时效炉工艺温度控制表
燃烧室：
温度控制表设定温度200-215℃
温控表显示温度190-210℃
炉内实测温度200-210℃
风机右后：
风机设定温度160-180℃
风机表显示温度200-210℃
炉内控制温度200-210℃
显示：
温控表显示温度190-205℃
炉内实测温度200-210℃
显示：
温控表显示温度195-210℃
炉内实测温度200-210℃
4.时效炉能源的计算
电机（电能损耗）
燃烧机（油料损耗）
升温耗能（凉炉、热炉）
保温耗能
保温时间
时效炉故障（工艺硬度影响）
电机功率40/55W/h，电流81/98A,电压380V，740/1480r/min
变级多速三相异步电动机型号YD2808-8/4
时效炉动力配电
型号XL-21，额定电压380V，额定电流1A
问题：
时效炉时效时只按合金状态进行了分类时效，但对于同种合金不同壁厚并没有明确规定，壁厚差距为多少时不允许一起时效
5.挤压出口如何调风
当挤压出口料上翘时，要适当调小下方风速或适当关闭下方风扇；当挤压出口料下翘时，要适当调小上方风扇或适当关闭上方风扇
6.时效工艺执行细则（四分厂3号时效炉）
根据对该炉工艺调查的数据，特对此炉操作时的温控参数作以下调整：
时效工艺
执行细则
合金状态
保温时间℃
保温时间h
保温时间（以壁厚为准）h
保温时间温度
≤1.0mm
1.0-4.0mm
4.0-30mm
风机温控表
燃烧机温控表
T6
175±8
8
8
8
10
171
171
T5
200±8
2
2
2.5
3
197
197
T52
235±8
1.5
1.5
2
1
230
230
注：
1）.当至少有两个温控表（风机和燃烧机）都到达该制度下，以保温温度时才开始计算保温时间。
2）.保温时间的确定以炉内最大壁厚的型材为准。
3）.针对装筐密度较大的型材需要适当延长保温时间。
4）.对6005-T5、6005A-T5以及T6511状态的都按照T6制度执行。
5）.对于具体品种的时效制度如果需要调整以工艺科的通知为准。
双空模在挤压时要注意调整各孔的流速，使其保持一致，在挤压过程中，铸锭中铝的流动问题？
看GB-5237掌握扭转度、公差、会查表、并能熟练在挤压料中，发现平模制品头尾出现气泡现象较为频繁，而组合模尤其是管材出现气泡较少。
7.挤压注意事项
7.1对6系合金低于500℃不能保证力学性能，高于560℃表面质量很差
7.2挤压速度与帮温的关系一般：
低温高速，高温低速。
应尽量提高挤压速度，此时温度应按表中下限考虑，但应保证出口温度符合规定。
7.3对于挤压参数大的模具，尤其是分流孔多的应将模具温度和铝棒温度设定到中上限，但在挤压后段应将速度调下来。
7.4特种散热器型材模具温度480℃以上，铝棒温度530℃以上
7.5各个国家的力学性能标准有些差异，并且与型材的截面有关联，当出现力学性能不够表中的要求时，由技术人员查询相关国家标准或与客户沟通以后确定是否合格，是否放行。
力学性能用户有需求的按技术协议执行。
8.抛光料
6463-T5均质棒，460-480℃低温高速
8.1模具引起的表面机械纹问题较多
8.2在切割和转移过程中造成的分节出现划、磨等硬伤，常出现的问题种类：
机械纹、划伤、白道、亮线、收缩纹、拉毛、有棱、起浪、扭拧、几何尺寸超差、虚假划伤、桔皮。
9.铝的表面机械处理
处理后的表面效果可分为：
a．光亮表面
b．半哑光表面
c．消光（哑光）表面
抛光的原理：
机械抛光是靠磨削材料表面产生塑性变形，从而去掉被抛光后的凸面得到平滑面的抛光方法，一般使用布轮、羊毛轮、砂纸等等。
抛光工序一般分为三步：
粗抛、中抛和精抛
粗抛：
用硬轮对经过或未经过磨光的表面进行抛光，对基材有一定的磨削作用
中抛：
用较硬的抛光轮对经过粗抛的表面进一步的加工，能去除粗抛留下的划痕
精抛：
抛光的最后工序，用软论抛光获得镜面光亮的表面，对基材的磨削作用很小
10.机械拉丝法：
10.1直纹拉丝是指在铝板表面用机械摩擦的方法加工出直线纹路
10.2乱纹拉丝是在告诉运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动摩擦所获得的一种无规则，无明显纹路的哑光丝纹
10.3旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获得的一种丝纹
10.4螺纹是用一台
11.抛光料问题的分析
11.1在低温高速挤压时为什么会产生机械纹过重？
可能是由于挤压的填充和初期的平流挤出阶段造成对模具表面的划伤，从而在后期的挤压过程中导致机械纹过重
11.2在高温低速挤压时，也会有机械纹等缺陷？
可能是棒温较高，导致挤压过程中紊流较严重，从而使铸棒表面的大量氧化物和杂质流向心部，使型材表面不好
12.模具
12.1组合模根据结构不同又分为两类：
桥式组合模和分流组合模，习惯上把桥式组合模叫舌形模，分流组合模就简称为组合模
12.2舌形模：
所需挤压力较低，适合挤压不易变形合金，内孔较小的空心型材
12.3组合模：
适合于挤压易变形合金和内腔尺寸较大而且形状复杂的大、中型空心型材
12.4用组合模挤压的空心型材，在其宏观组织上可以看到明显的焊缝，焊缝的数目等于铸锭被分成金属股的数目
12.5为获得优质焊缝就要增大模腔内的压力，挤压系数选取的稍大一些有利，采用较高挤压温度为宜，并且挤压速度不应过快
12.6在检验空心型材时，其表面质量、几何尺寸、机械性能和内部组织与普通型材相同，但对于使用在重要部位的空心型材必须检查其焊缝质量，此时其切头长度不应少于500-1000mm
13.铸造铸锭
13.1铝合金铸锭的典型结晶由表面细晶带，柱状晶带和锭心等轴晶带组成
13.2铝合金铸锭中，铝基固溶体的晶粒形状常见的有三种：
a．颗粒状的等轴晶
b．长条状的柱状晶
c．薄片状的羽毛晶
13.3在合金和其他条件一定时，随着铸造温度的提高，柱状晶区宽度增大；等轴晶粒尺寸随着铸造温度的下降而减小；铸造温度恒定时，随着合金元素含量的增大，柱状晶体区减小
13.4变质处理：
就是在少量的专门添加剂（变质剂）的作用下改变铸态合金组织，使金属或合金的组织分散度提高的过程，也叫细化处理或孕育处理
14.壁厚技术要求
14.1氧化壁厚
a．酸砂氧化：
要求±0.1mm
b．银白氧化：
要求±0.1mm
c．抛光氧化：
要求±0.1mm
d．喷砂氧化：
要求-0.08到+0.1mm
f．扭纹氧化：
要求-0.08到+0.1mm
g．碱蚀氧化：
要求-0.05到0.15mm
14.2电泳壁厚
a．平光电泳：
要求±0.1mm
b．喷砂电泳：
要求±0.1mm
c．着色碱蚀电泳：
-0.05到+0.1mm
14.3喷涂壁厚
a．普通喷涂：
要求-0.15到+0.05mm
b．砂皱喷涂：
要求-0.15到+0.05mm
c．木纹喷涂：
要求-0.15到+0.05mm
d．氟碳喷涂：
要求-0.12到+0.07mm
14.4出口基材壁厚
a．图纸标明壁厚公差的执行图纸壁厚公差
b．未注明壁厚公差的执行国标壁厚公差2栏
c．完全封闭空心型材壁厚执行国标壁厚公差3栏（SOMA系列圆管除外）
注：
图纸和计划单上标明壁厚公差的实为成品壁厚公差，挤压基材需根据表面处理方式的不同作出壁厚公差的相应增减。
15.磨金相时的要诀
对于铝材，一般从0号砂纸磨起，400#，600#，800#，1000#，1200#。
在磨的过程中，一种砂纸沿一个方向磨，在换下一张时，磨制方向要与上一张时垂直，这样有利于观察，上一张磨制时有无深痕；为防止磨制时，有硬质颗粒或大块金属剥落，可以在砂纸上打一层薄蜡，这样磨制既柔软又可以获得较佳的金相表面，磨制时坐姿要正确，用力均匀，试样要方平。
16.电解抛光
采用H2SO4，HNO3和HF配制，用不锈钢或铝板制成L形阴极
根据试样的大小不同，选择一个适当的电压，在电解抛光时，要严格控制电压和抛光时间，一般为十秒左右
抛光后用清水洗，再用酒精清洗，还可以用稀硝酸清洗一下表面，以去除腐蚀产物，然后再用清水洗净，晾干
17.高倍电子金相显微镜
放大倍数可达1000倍
左手边为粗准焦螺旋
右手边为细准焦螺旋
右手边上端在横向移动装置和电源开关
右侧目镜上有标尺可以准确定位组织和相
可利用右侧的追踪仪直接进行拍照
在处理照片时，一般要去除碎屑
操作时工作台或机身有振动，会导致观察和拍摄的相较虚
对于组织分析时，在各晶粒中一般有较多的枝晶存在，而在晶界处一般有不同含量的析出物，经三强混合酸腐蚀的试样，在视野里，基体铝为白色，而析出相为黑灰色，晶界为灰色线条。
18.熔铸工艺流程图
来料检查→配料→冷炉预热→装炉→熔炼→扒渣→熔炼炉取样化验→精炼→静止炉取样化验→精炼扒渣→静置→铸造→圆铸锭检验→切定尺棒→转序
19.晶粒度分级标准
一级晶粒度1：
1晶粒平均面积0.026mm2
二级晶粒度1：
1晶粒平均面积0.40mm2
三级晶粒度1：
1晶粒平均面积1.20mm2
四级晶粒度1：
1晶粒平均面积2.60mm2
五级晶粒度1：
1晶粒平均面积8.0mm2
六级晶粒度1：
1晶粒平均面积16mm2
七级晶粒度1：
1晶粒平均面积36mm2
八级晶粒度1：
1晶粒平均面积80mm2
20.熔铸厂工艺监督检查制度附表
放水温度：
735-770℃
静置时间：
30-40min
铸造温度：
715-745℃
铸造速度：
直径80mm200-220mm/min
铸造速度：
直径100mm180-200mm/min
铸造速度：
直径120mm155-175mm/min
铸造速度：
直径151mm120-140mm/min
铸造速度：
直径174mm95-115mm/min
铸造速度：
直径198mm80-100mm/min
铸造速度：
直径275mm60-80mm/min
铸造速度：
直径310mm60-75mm/min
铸造速度：
直径370mm50-65mm/min
铸造速度：
直径446mm40-55mm/min
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