アルミニウム合金の熱処理特性は、鉄鋼とどのように違うのですか？

鋁合金鑄件的熱處理就是選用某一熱處理規範，控制加熱速度升到某一相應溫度下保溫一定時間以一定得速度冷卻，改變其合金的組織，其主要目的是提高合金的力學性能，增強耐腐蝕性能，改善加工型能，獲得尺寸的穩定性。

衆所周知，對于含碳量較高的鋼，經淬火後立即獲得很高的硬度，而塑性則很低。然而對鋁合金并不然，鋁合金剛淬火後，強度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒有下降，反而有所上升。但這種淬火後的合金，放置一段時間(如4～6晝夜後)，強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火後鋁合金的強度、硬度随時間增長而顯著提高的現象，稱爲時效。時效可以在常溫下發生，稱自然時效，也可以在高于室溫的某一溫度範圍(如100～200℃)内發生，稱人工時效。

鋁合金的時效硬化是一個相當複雜的過程，它不僅決定于合金的組成、時效工藝，還取決于合金在生産過程中縮造成的缺陷，特别是空位、位錯的數量和分布等。目前普遍認爲時效硬化是溶質原子偏聚形成硬化區的結果。

硬化區的大小和數量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區的數量也就越多，硬化區的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體内所固定的空位越多，有利于增加硬化區的數量，減小硬化區的尺寸。

沉澱硬化合金系的一個基本特征是随溫度而變化的平衡固溶度，即随溫度增加固溶度增加，大多數可熱處理強化的的鋁合金都符合這一條件。

一. 鋁及鋁合金熱處理的基本知識

1. 鋁及鋁合金熱處理的作用

将鋁及鋁合金材料加熱到一定的溫度并保溫一定時間以獲得預期的産品組織和性能。

2. 鋁及鋁合金熱處理的主要方法及其基本作用原理

(1) 鋁及鋁合金熱處理的分類(如下圖)

(2) 鋁及鋁合金熱處理基本作用原理

1) アニール：製品をある温度まで加熱し、一定時間保温した後、一定の冷却速度で室温まで冷却する。原子拡散、移行を介して、組織がより均一、安定した、内部応力の除去であるように、大幅に材料の可塑性を向上させることができますが、強度が低下します。

• 鋳造インゴットの均質化焼鈍：インゴットを高温に長時間保持した後、一定の速度（高、中、低、低）で冷却してインゴットの化学組成、組織、特性を均質化し、材料の可塑性を約 20% 改善し、押出圧力を約 20% 低め、押出速度を約 15% 高め、材料の表面処理品質を改善させる。
• ② 中間退火:又稱局部退火或工序間退火，是爲了提高材料的塑性，消除材料内部加工應力，在較低的溫度下保溫較短的時間，以利于續繼加工或獲得某種性能的組合。
• 完全焼鈍：仕上げ焼鈍とも呼ばれ、塑性加工性と低強度を両立させた完全再結晶状態の軟化組織を得るために、高温で一定時間保持する処理である。

2) 固溶淬火處理:将可熱處理強化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過飽和固溶體，然後以快冷的方法将這種過飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩定的狀态，因處于高能位狀态，溶質原子随時有析出的可能。但此時材料塑性較高，可進行冷加工或矯直工序。

• インライン焼入れ：焼入れ感度の低い合金の場合、押出し時に高温で固溶し、その後空冷（T5）または水冷（T6）で焼入れを行い、一定の組織や特性を得ることができる。
• ② 離線淬火:對于一些淬火敏感性高的合金材料必須在專門的熱處理爐中重新加熱到較高的溫度并保溫一定時間，然後以不大于15秒的轉移時間淬入水中或油中，以獲得一定的組織和性能，根據設備不同可分爲鹽浴淬火、空氣淬火、立式淬火、卧式淬火。

3) 時効：固溶急冷後、室温またはそれ以上の温度で一定時間保持すると、不安定な過飽和固溶体が分解し、過飽和固溶体から第二相粒子が析出（沈殿）してα（AL）アルミニウム粒の周りに分布し、析出（沈殿）強化という強化作用が生じる。

自然時效:有的合金(如2024等)可在室溫下産生析出強化作用，叫做自然時效。

人工時效:有些合金(如7075等)在室溫下析出了強化不明顯，而在較高溫度下的析出強化效果明顯，稱爲人工時效。

人工時效可分爲欠時效和過時效。

• ① 欠時效:爲了獲得某種性能，控制較低的時效溫度和保持較短的時效時間。
• ② 過時效:爲了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長的時間狀态下進行的時效。
• ③ 多級時效:爲了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，将時效過程分爲幾個階段進行。可分爲二階段、三階段時效

4) 回歸處理:爲了提高塑性，便于冷彎成形或矯正形位公差，将已淬火時效的産品，在高溫下加溫較短的時間即可恢複到新淬火狀态叫回歸處理。

二. 鋁合金淬火冷卻速度

鋁合金淬火爐之淬火時的冷卻速度必須确保過飽和固溶體被固定下來不分解。防止強化相析出，降低淬火時效後的力學性能。

因此淬火時的冷卻速度越快越好。但是 冷卻速度越大，淬火制品的殘餘應力和殘餘變形也越大，因此冷卻速度要根據不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來确定。

合金の一般的な癒やしは冷却速度に敏感、大きいために冷却速度の選択です。2A11、2A12合金の焼入れ冷却速度は50℃/S以上であるべきで、7A04合金は冷却速度に非常に敏感で、その焼入れ冷却速度は170℃/S以上に必要であるようなもの。

異なる形状やサイズの製品には、異なる冷却速度を使用する必要があり、通常は主に焼入れ媒体の温度を調整して達成する。単純な形状の小・中棒は室温（水温は一般にL0～35℃）で水焼入れできるが、複雑な形状や肉厚差の大きい形材は40～50℃の水焼入れで対応可能である。

而對于特别易産生變形的制品，甚至可以将水溫升至75~85℃進行淬火。試 驗證明随着水溫升高使其淬火制品的力學性能和抗蝕性能有所降低。

鋁合金淬火爐之鋁合金最常用的淬火介質是水。因爲水的粘度小、熱容量大，蒸發熱快，冷卻能力強，而且使用非常方便、經濟。

但是它的缺點是在加熱後冷卻能力降低。淬火加熱的制品在水中冷卻可以分爲三個階段:第一階段爲膜狀沸騰階段。當熾熱制品與冷水剛接觸時，在其表面立即形成一層不均勻的過熱蒸汽薄膜，它很 牢固，導熱性不好，使制品的冷卻速度降低。

第二階段爲氣泡沸騰階段。當蒸汽薄膜破壞時，靠近金屬表面的液體産生劇烈的沸騰，發生強烈的熱交換。第三階段爲 熱量對流階段，冷卻水的循環，或制品左右擺動、或上下移動，增加制品表面與水産生對流的熱交換，以提高冷卻速度。

根據上面分析，爲了很快突破第一階段，迸一步冷卻，保證淬火制品冷卻均勻，需要在淬火水槽中裝有壓縮空氣管，以便攪拌，同時制品入水槽後要作适當的擺動。

另外爲保證水溫不會升高太多，淬火槽應有足夠的容量(一般應爲淬火制品總體積的20倍以上)。而且冷卻水應有循環裝置。

除了調節水溫來控制鋁合金淬火爐的淬火冷卻速度外，還可以在冷卻水中加入不同的溶劑來調節水的冷卻能力。

通常采用聚乙醇水溶液作爲冷卻介質，同時還可以調節聚乙醇水溶液濃度來控制制品淬火的冷卻速度。一般易變形的制品，經常用這種聚乙醇水溶液來淬火。

三. 鋁合金型材的風冷和水冷淬火有什麽不同

鋁合金的淬火爲高溫突然降到低溫爲淬火， 例如鋼刀刀刃要在水中淬火，才硬和鋒利， 而鋁材的淬火也有水冷淬火，也有風冷淬火。

建築用6063鋁型材即用風冷淬火，把淬火後的鋁型材放在時效爐内時效一定時間，鋁型材内部結晶重新排列，機械強度明顯提高。在金屬所有合金中，唯獨隻有鋁合金有時效狀态。

アルミニウム押出形材は、460〜500度の温度で成形され、一般に焼入れ後200度の温度を必要とします。高温押出を経て、固溶化熱処理（焼入れ）後に空冷状態での人工時効（T5）、高温押出成形工程冷却後に水冷状態での人工時効（T6）を経て成形します。

T5は押出成形で空冷、T6は押出成形で水冷、水冷で焼入れというように。というくらいにシンプルです。しかし、アルミニウムを曲げる必要がある場合は、T6状態を使わないようにしてください。

T5とT6の違いは、冷却速度の違いだけで、空冷と水冷の違いはないと考える人もいます。冷却速度が十分速い空冷ユニットでもT6効果が得られるが、冷却速度が遅い水冷ユニットではT5効果しか得られないのだ！？

実際、T6条件の焼入れは、顧客の要求と製品タイプの仕様に応じて、インライン（水冷または空冷）またはオフライン（焼入れ炉での焼入れ）のいずれでも可能である。

在實際生産中，不管采用哪種生産工藝關鍵是要達到該鋁型材産品的力學性強度要求。

硬度跟風冷速度和水冷速度沒有多大關系的。

冷却効果が高いほど、エージング後の硬度も高くなる。 T5とT6に違いがあるのは、T5の空冷品ではサイズが変形せず、ほとんどの窓やドアのプロファイルがT5を選ぶことになるが、T6は水冷のプロファイルで、比較的厚みが薄く、特に水によって変形しやすい開口部があると、水に触れると変形してしまうからである。

もちろん、水が浮いた状態、つまりスプレーのような形で運ぶことも可能です。6063-T5で10〜13、6063-T6で13以上になります。