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铝合金淬火新工艺 84-6 武汉水利电力学院机械系　管鄂 一、铝合金淬火的意义 　　铝合金的淬火与一般结构钢的淬火意义不同。单一用淬火工序不能使铝合金达到强化的目的。刚刚淬火的铝合金，强度提高很少很少。但铝合金常常采用淬火工艺，其主要意义在于两个方面：一是使它的塑性提高有利于拉伸矫直等精整工作；二是为时效强化作准备工序。淬火加热时将强化相充分溶解，在高速冷却后得到均匀过饱和固溶体，通过人工时效或自然时效，使过饱和固溶体发生分解，从而使铝合金的强度、硬度大幅度提高。淬火是时效强化前不可缺少的前置工序。铝合金根据其成份可分为热处理可强化铝合金以及热处理不可强化铝合金。下列五类铝合金均可通过淬火——时效处理实现强化：　　Al-Cu-Mg系硬铝合金，如LY11、LY12、LY6、LY2等；　　Al-Mg-Si-Cu系锻铝合金，如LD2、LD5、LD10等；　　Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝合金，LC4、LC5、LC9等；　　Al-Cu-Mn系耐热铝合金，如LY17等；　　Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金，如LD7、LD8、LD9等。 二、铝合金淬火加热规范的选择 　　铝合金淬火加热规范选择正确与否对淬火质量和时效后强化效果以及抗腐蚀性等都有密切关系。加热规范主要包括以下内容：　　 　　图1　铝合金淬火温度对其淬火——时效后机械性能的影响　　α)铝合金淬火温度与合金成份的关系；b)硬铝在淬火一时效后机械性能与淬　　t共晶——共晶温度，　　t淬——淬火温度火温度的关系。　　δ——延伸率与淬火温度的关系曲线；　　σb——强度与淬火温度的关系曲线。 1.淬火温度 　　铝合金淬火温度选择相当严格。从铝的二元合金相图(图1α)看出：高合金硬铝(化学成份I-I)固溶线与共晶线十分接近，因此淬火温度选择范围很窄。超过共晶熔化温度就引起过烧，铝合金过烧将导致局部熔化和氧化，对零件耐腐蚀性有较严重影响。时效后强度效果也明显下降；加热温度太低时又可能使合金元素强化相不完全固溶，也影响时效强化效果。(见图1α和b)所以淬火温度要严格控制。例如LY12的过烧温度为504℃，实际淬火温度只能498±3℃；LC4的淬火温度在470-475℃之间，490℃则有严重过烧。 2.保温时间与淬火转移时间 　　加热后的铝合金保温足够的时间主要是使强化相充分溶解，提高时效强化效果，而强化相溶解速度与加热温度、加热条件以及工件材质、成份、形状、大小有关。保温时间不足，强化相溶解不充分，时效强化效果不好；保温时间太长，尤其加热温度偏高，容易引起过烧。一般应根据工件厚度按手册规范选取。　　保温后从炉内取出，到淬入淬火介质的时间叫淬火转移时间。当转移时间过长时，工件温度下降很快，过饱和固溶体局部分解，淬火——时效强化效果降低，处理后防腐蚀性能也明显下降。因此一般规范建议淬火转移时间越短越好。　　严格的加热规范是淬火新工艺实现的重要工序保证。 三、铝合金的淬火新工艺 　　目前，铝合金的常规淬火是水淬。效果不好。往往出现严重变形和裂绞，或者淬火后时效强度低，耐腐蚀性差。为了解决上述工艺问题，国内外一直在探索新的淬火工艺。新淬火工艺主要是采用新的淬火冷却方式。归纳起来有以下几种： 1.水温调节淬火 　　 　　图2　热水淬火装置与热水温度对淬火冷却性能的影响。　　α)热水淬火装置及温度调节系统　　1-热水槽；2-加热器；　　3-热电偶；4-温度调节器。　　b)不同温度下在1/2英寸7050铝板中心处测得的冷却曲线。　　曲线上数字为热水温度(华氏°F)。 　　业已判明，水的淬火冷却特性与水温有关。(见图2b)淬火工件的冷却速度随水温的升高而降低。常温下的水，冷却能力大，最大冷却速度可达750℃/S以上，冷却太快，工件内部产生较大的内应力导致淬火变形或裂纹出现。在热水中淬火，由于气膜冷却阶段较长，工件冷却比较缓慢，而且冷却速度随水温的变化可以在较大范围变动。因而可以调节水温的办法来得到接近理想的冷却淬火。控制调节水温的淬火装置如图2α所示。对不同材质和厚度的铝合金工件应选择相应的水温。有时也用到沸水淬火。对变形倾向较大的铸、锻铝件均可用调节水温淬火。由于水的热惯性大，水温调节宜采用DDZⅡ组合仪表组成的温度调节系统来调节。　　这种工艺的缺点是耗能大，水温选择难于准确。一般经试验确定淬火水温。 2.液-气雾化介质淬火 　　液一气雾化介质淬火是喷射淬火的一种，一般的液束喷射冷却淬火，冷却速度较大，冷却烈度可大于浸没冷却淬火。而液——气雾化介质冷却淬火，尤其是轻雾喷淬，使工件冷却速度较为平缓，而且可以在较大范围内调节，适应于淬透性较好的合金钢以及不同厚度，对冷却速度有不同要求的铝工件。　　一般的雾化