在鋁合金熱處理時會產(chǎn)生以下缺陷:粗大晶粒、過燒、淬火變形開裂、力學性能不合格、腐蝕與高溫氧化等。為了避免這些問題的出現(xiàn),應(yīng)該注意以下事項。
(1)粗大晶粒 在熱處理方面,退火或淬火溫度過高,保溫時間過長,特別是緩慢加熱,容易造成粗晶。在不能熱處理強化的變形鋁合金中最易發(fā)生粗晶。錳的擴散速度慢,鑄錠中往往就存在嚴重的晶內(nèi)偏析,而錳含量對再結(jié)晶溫度影響很大。這樣,因成分不均而使材料組織內(nèi)部各處的再結(jié)晶溫度不同,低錳處再結(jié)晶溫度低,退火時先發(fā)生再結(jié)晶;相反,高錳處后發(fā)生在結(jié)晶,甚至不發(fā)生再結(jié)晶。這樣,退火過程中形成的再結(jié)晶晶核數(shù)目少,最后成長的晶粒尺寸必然會大。如果退火時加熱速度又慢,這以現(xiàn)象就會更加明顯,更容易產(chǎn)生粗晶。生產(chǎn)中為解決這一問題,常采取以下措施:
①進行鑄錠均勻退火,以減少錳偏析的影響。
②提高加熱速度:選用在硝鹽槽中退火,以提高退火加熱速度。采用高溫快速退火,對各種鋁合金的晶粒細化都是有利的。
③降低固溶淬火加熱溫度:某些鋁合金在固溶加熱時,如溫度過高也容易產(chǎn)生粗晶,例如,6A02合金加熱溫度超過540℃,晶粒長大傾向就十分明顯。因此,盡管該合金的過燒溫度高達595℃,而淬火加熱溫度仍控制在540℃以下,一般為(520±10)℃。
④粗晶環(huán):擠壓和鍛壓加工更容易造成不均勻變形,例如,擠壓棒材或型材,中心金屬流動比較容易,而表層由于受到擠壓筒壁摩擦阻滯,變形很困難,因此造成整個截面變形極不均勻。熱處理后,因表層發(fā)生聚集再結(jié)晶而形成粗大晶粒,這層粗晶組織是沿制晶外廓分布的,故又稱粗晶環(huán)。
(2)過燒 不同合金或不同加工制品的過燒組織特征有所差異,但基本特點可概括如下。
①晶界展寬:其形態(tài)因復(fù)熔相的特性和晶界本身的形狀而異,常見的有沿晶界拉長的棱形和弧形等。
②復(fù)熔球:一般在晶內(nèi)形成,內(nèi)部呈復(fù)雜的共晶結(jié)構(gòu)。
③三叉晶界:多數(shù)呈角度不等的三角形,極少數(shù)呈近似圓形。三叉晶界是嚴重過燒組織的特征之一。
④高熔點相界附近的低熔點相熔化后呈不同形狀的展寬。
在生產(chǎn)中,鋁合金一旦過燒,整爐零件均需報廢,特別是對承受動載的重要零件是不能投入使用的。但對只承受靜載且載荷不大的次要零件,過燒又很輕微時,可根據(jù)具體情況處理。
過燒的預(yù)防:為了避免產(chǎn)生過燒,首先應(yīng)掌握不同合金的實際過燒溫度,其次是嚴重執(zhí)行淬火加熱工藝規(guī)程和準確地控制爐溫。實際生產(chǎn)中大多數(shù)過燒是由于對鋁合金過燒性質(zhì)和加熱爐的工作情況缺少了解而造成的。不同牌號的鋁合金,其過燒傾向是不同的。例如,三種常用硬鋁2A02、2A11及2A12,同屬AL-Cu-Nig-Mn系合金,淬火加熱溫度均勻(500±5)℃,但他們的實際過燒溫度并不一樣,2A02合金中的低熔點共晶體是a+S(Al-Cu-Mg),熔點是518℃;2A11合金中的三元共晶體為a+CuAl2+MgSi,熔點是517℃;而2A12合金中的三元共晶體為a+CuAl2+S(A12CuMg),熔點為507℃。相比之下,2A12的過燒溫度最低,過燒傾向最大,因此,處理時應(yīng)更加慎重。
其次,對于同一牌號的合金,實際過燒傾向還會受生產(chǎn)加工工藝的影響。例如,7A04合金的鑄錠,過燒溫度為490℃,它的加工制品的過燒溫度卻提高到520℃。造成這種差異的原因是由于鋁合金中的一些低熔點共晶體,有時是一種非平衡組織,也就是說按照相圖這些合金中不應(yīng)出現(xiàn)這類共晶體,但因鑄錠的實際冷凝速度較快,使結(jié)晶組織偏離相圖規(guī)律而形成的。如果隨后在低于其熔點的溫度下充分加熱,非平衡相是可以逐步溶入鋁基體而使組織趨于平衡的,相應(yīng)合金的過燒溫度就會提高。鋁合景鑄錠的均勻化處理及隨后的變形加工就可以起到這中作用。
因此,鋁合金制品在生產(chǎn)加工中經(jīng)受的變形量大,合金的過燒傾向就會適當減小。所以小截面制品選用淬火溫度的上限,大截面制品選用淬火溫度下限。