淬火处理和时效硬化

出处：按学科分类—数理科学和化学 轻工业出版社《铝手册》第34页（1623字）

(1)淬火处理

本章1－5－1中已叙述过，为了使时效硬化型的合金硬化，首先必须进行淬火处理。由于合金的种类不同，起硬化作用的添加元素的种类与含量也不一样。因此它们完成固溶过程的温度，也由于合金不同而有差异。这个可用状态图上的熔解度曲线示出。图1－1示出了主要的铝合金系列的熔解度曲线。

图1－1 主要铝合金系列中铝的熔解度曲线

采用比添加元素含量的固溶温度高，但又不致引起局部熔解的温度进行加热，以使参与时效硬化的添加元素能充分地固溶。由于保温的时间过长，会引起晶粒的生长，所以保温时间必须短。

淬火时，①必须在不低于淬火温度的情况下，从加热炉中取出，立即投入冷水中；②冷却速度应以不产生淬裂的程度进行急冷。这就是说，在高温下，一旦过饱和的固溶元素一点也不析出而成为常温下的状态时，时效硬化的性能才能最有效地发挥出来。图1－2示出了淬火操作缓慢时，时效硬化后的机械性能受到影响的情况。把从炉中取出的铝合金2024的棒状试片，置于常温的空气中降温，即可以测出过饱和固溶元素的析出程度。同时由于析出的组织不匀，因而降低了耐蚀性(参见图1－3)。

图1－2 将铝合金2024，在495℃中加热30分钟后，放冷水中淬火时，迟滞时间对时效硬化后机械性能的影响

图1－3 把图1－2的试样，放在盐溶液中浸泡24小时腐蚀，对机械性能的影响

一般高强度铝合金的淬火都用冷却水。为了提供必要的冷却速度，必须保持在20℃以下，当超过30℃时，合金的各种性能就会显着下降。

当然，由于冷却体的厚度不同，冷却速度会不一样。但一般的铝合金，都如图1－4所示的那样。从厚度在0．65毫米以上的曲线所看到的高温度，其冷却速度迟滞的原因，是由于在冷却体的表面产生了水蒸气的蒸汽膜而造成的。遇到这样的情况，必须对冷却水进行强力吹射或加以激烈的搅拌。

图1－4 25厘米的角型板材在冷水中淬火时的冷却速度与其厚度的关系

(2)时效硬化

由于淬火，而使溶质原子过饱和的固溶材质的性能，在常温下也是不稳定的。这些溶质原子既作为单体，又作为金属之间的化合物，它在到达稳定的平衡状态时，将形成微小的粒子，而从结晶的粒界及粒内析出。这些粒子的大小可说是超显微镜的，只有用电子显微镜才能辨认。这样微小粒子的分散析出，就显示出了时效硬化的效果。

如利用加温的办法来促进过饱和固溶体析出，这便是回火处理。大部分的时效硬化型铝合金，都因为经过回火处理而增加了强度，减少了延伸率，特别是屈服点的显着增加是一个特点。由于它的疲劳强度几乎不变，所以宁可使折曲疲劳强度降低。图1－5示出铝合金6063的回火硬化曲线。时效硬化的效果，是成为硬化因素的析出粒子数目的增加，并且，当它们成为对硬化最适宜的大小时，即达到了最高的硬度或强度。另一方面，此图还说明，当加热温度高，保温时间又长时，由于这些析出粒子的成长和变更，其强度反而降低了。

图1－5 6063的回火硬化曲线

在实际操作中，把大量材料一起进行加热时，为得到具有各种优良性能的制品，以用低温度进行长时间加热的方法为宜。