铝合金空气炉固溶工艺研究

韩岷

天津航天机电设备研究所 天津市

摘要:固溶是一项重要的工艺，通过固溶处理能够有效的改善钢或者是合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理做好准备工作。固溶工艺是平常十分常见的一种加工处理工艺，由固溶可得到固溶体，使得合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高相应的韧性。本文就对铝合金空气炉固溶工艺进行简单的研究。从铝合金固溶工艺的作用出发，对铝合金空气炉固溶工艺影响因素进行详细的阐述。

关键词:铝合金、空气炉、固溶工艺

一、铝合金固溶工艺的作用

铝合金固溶处理是指将合金加热至第二相，能全部或最大限度的融入固溶体的温度，保持一段时间后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体的过程。铝合金固溶工艺对于整个材料的塑性以及韧性有着极大的帮助，通过进行固溶处理能够有效的提高材料自身的性能。此外通过固溶处理也能够有效的使材料相对应的组织或者成分均匀分布，使得整体质量更高。第二，通过进行固溶处理能够有效地降低材料之间的一些相互作用力，从而能够消除加工硬化使得材料更有利于冷加工，这对于材料的用途和性能都有着极大的帮助。因此在平常进行加工的过程当中，对于铝合金进行固溶能够有效地提升材料本身的塑性和韧性使得其功能更加齐全，性能更加完善。下面就对铝合金空气炉固溶工艺的影响因素进行详细的说明。

二、铝合金空气炉固溶工艺影响因素

铝合金在进行固溶工艺时所受的影响因素较多，包括固溶温度时间长短等等这些对于最后所形成的材料特点有着直接的影响，每一种铝合金其特点是不同的，因此在实际进行操作时必须要把握好相关的影响因素，这样才能够通过固溶工艺将所需要的材料达到最佳的效果。

2.1加热温度

铝合金空气炉进行固溶工艺时，其加热温度对于整个的工艺效果有着直接的影响，在部分研究当中发现部分铝合金在室温停留后再进行人工时效，其合金的强度并没有达到最大值，而且塑性也是稍微有所上升，没有达到最终的效果。因此在进行固溶时，对于加热温度以及整个的淬火时间到人工时效之间所要停留的时间必须要进行有效的把控。通常一般的铝合金在淬火后要在室温下停留一天的时间，再进行人工时效强度极限较淬火后立即时效的要低。因此在进行工艺处理时，必须要把握好相关的温度时间。

2.2铝合金化学成分的影响

不同类型的铝合金其组成的化学元素以及物质是不同的，因此在进行固溶工艺处理时，要能够充分的了解合金中元素能否溶解于固溶体，以及固溶度随温度变化的程度。例如一些硅锰在铝中的固溶度比较小，而且随着温度的逐渐升高或者降低，其变化也不是特别大，这样对于整个的固溶工艺就会产生一定的影响。因此不同的化学成分对于整个合金的固溶处理也会有一定的影响，例如铝镁硅，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变则可以通过热处理进行强化。

2.3温度的高低

温度的高低对于合金的固溶工艺有着直接的影响，在实际进行固溶处理时，过高的温度能够有效的加快扩散速度，尤其是当温度接近于固相线温度或共晶温度时，其效果最佳。但是当温度过高时，就会导致低熔点共晶和晶界融化，这就是产生过烧现象，这种现象也容易导致淬火开裂，并且使韧性相应的降低。不同的温度其允许的加热温度范围可能会相差很大，因此在进行实际操作的过程当中要进行全方面的考虑，要对大部分的铝合金的淬火加热温度范围进行科学的考量，大多数的加热温度范围是比较窄的，因此在进行实际操作时必须要衡量好温度的高低。

铝合金的固溶工艺对于铝合金整体性能而言有着极大的影响，它能够有效的提升整体的塑性和韧性，下面就以A390铝合金为例，研究固溶工艺对其组织和力学性能的影响规律进行详细的说明。

三、以A390铝合金为例的固溶工艺

3.1A390铝合金的特点

A390铝合金也是过共晶铝硅合金，是一种广泛应用在各个领域当中的一种常见金属，其中最常应用于制动鼓，汽车轮毂，发动机转子等等一些耐磨件的首选材料。其能够被广泛的应用在这些领域当中，其主要是因为具有热膨胀系数小，体积稳定性高的特点，此外它还有较高的耐磨性和耐腐蚀性，因此其自身的特点使其能够广泛的应用在汽车摩托车工程机械等发动机系统等多个零件的制作中。但是在实际进行加工的过程中，对于一些高质量的硬件还是主要依靠于进口，因此在实际进行研究的过程当中，仍然需要不断的提升对铝合金的认识，从而使其性能更加高效。本文就以A390合金为研究对象，研究固溶工艺对其组织和力学性能的影响。

3.2试样准备

首先，选取过共晶A390铝合金坯料。利用差示扫描量热分析仪测定所用合金的固相线温度为508.55℃。热处理工艺中所采用的是空气炉。结合合金的固相线温度，固溶温度分别选取460℃，470℃，480℃，490℃和500℃，固溶时间分别选择为0.5h， 1h，2h，4h.，6h，8h，10h，12h，16h，20h，固溶处理后10℃水冷，固溶处理样品均采用到温放样的方式加热。此外，对于每一相对应的温度和时间下的样品都采用粗磨，精磨，抛光等操作，保所使用的样品是一样的，从而有效的提高实验的科学合理性。

3.3固溶工艺对A390合金硅相的影响

在本实验中用合金进行铸态组织剖析，并通过相关的能谱曲线进行分析，最终得出固溶工艺对A390合金的影响，如下所示。

第一，固溶的温度对A390合金的影响。在铸态下，A390合金中共晶硅的呈现状态是针片状的团簇在一起。当温度逐渐升高时，会发现这些团簇的现象逐渐减少，直到温度为460℃时消失。当温度在逐渐增大时，这些共晶硅开始由点状逐步像颗粒状转变，当温度升到500℃时，其中合金中的共晶硅全部为颗粒状态。

第二，固溶时间对A390合金的影响。当温度为500℃固溶使不同的固溶保温时间下合金的组织是不同的。当保温时间为0.5小时时，共晶硅仍然是团簇状的分布，但是其中的部分形态已经开始逐渐的向短杆状和细小的颗粒状转变。温度逐渐升高时，越来越多的颗粒状出现，这说明部分形态更多的开始向颗粒状转变。当保温时间持续两个小时时，大部分的共晶硅为颗粒状，当延长保温时间，共晶硅的形态分布差别不大。当保温时间超过16小时时，共晶硅的大小开始不均匀，而且开始有小颗粒的硅晶硅逐步地向出大的块状转变。

第三，固溶工艺对A390合金力学性能的影响。在500℃固溶时不同的固溶时间对合金抗拉强度的影响是不同的，其中，固溶时间低于两小时时，合金的抗拉强度随着固溶时间的延长急剧增大。当固溶时间为2~8小时时，合金的抗拉强度随着固溶时间的延长而小幅度的升高，但是增加固溶时间到16小时时，其整个合金的抗拉强度会逐渐的降低。由此也可以看出其关系的变化与组织变化的规律是一致的，由此可以说明，对于A390高硅铝合金来说，在500℃固溶两小时即可达到良好的固溶处理效果。

四、结束语

固溶工艺对于铝合金的整体性能有着极大的影响，从细节分析以及通过实验进行探究发现其对于组织性能和力学性能的影响是一致的，在实际进行加工的过程当中可以根据恰当的温度进行固溶，这样可以达到铝合金的最佳效果。在实际进行固溶的过程当中，不同类型的铝合金其组成成分是不同的，他们相对应的元素以及所适用的固溶温度时间也是不同的，因此在实际进行操作时，还需要对不同类型的铝合金材料进行全面的分析，这样才能够使得最终的固溶效果最佳。铝合金的固溶工艺在实际进行加工的过程当中也受许多因素的影响，因此要充分的考量相关的温度和持续的时间，这样才能够保证通过固溶工艺达到材料的最佳效果。

参考文献:

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