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铝型材强化方法及硬度

作者: 时间:2019-07-022057 次浏览


除时效强化外,铝型材型材也可通过(tōng guò)细晶强化、形变热处理等方式加以强化。纫晶强化一方面通过加入变质剂(形核剂),使液态铝型材型材在凝固时形成大量的细晶核心,从而细化晶粒,同时改善第二相的形状和分布;另一方面通过变形也可以使晶粒度减小。近年来机械合金(alloy)化、快速凝固等技术的发展使得细化晶粒的方法更加多样化。由于晶粒尺寸的减小不但能够提高强度,同时又可降低脆性,因而细晶强化对铝型材有着极其重要的意义。
形变热处理(chǔ lǐ)可以使铝型材型材位错密度提高、分布均匀,同时也可改善第二相在组织中的均匀分布,因此也是铝型材强化的一个重要手段。
通过(tōng guò)近百年的研究及努力,铝型材型材的性能在不断提高,以满足飞机和宇宙空间flight vehicle对宇航材料(Material)的日益苛刻的要求。在吃机、火箭、航天飞机上,铝型材型材都扮演着重要的角色。
它既用于做蒙皮、整体壁板等轻载荷构件,同时也用于做大梁、起落架部件、隔征、压缩机导风叶轮(指装有动叶的轮盘)、静叶片等部件。由于flight vehicle轻型化的趋势是无止境的,寻求比重更小、强度更高的铝型材的努力也就从没有停止过,因而具有更低比重的铝铿系以及具有很好热强性能的铝铁系等合金(alloy)得到极大的重视。
铝铿合金在目前所有铝型材中比重更低,被认为是未来极具竞争力的航空航天材料之一。铝托盘铝材应用于装饰或某些特定的场合时,需要对其表面进行阳极氧化,涂装等加工,以获得相应的颜色和表面组织,这时其装饰性应该重点考虑的,一般而言,耐蚀性较好的材料,其阳极处理性能,表面处理性能,涂装性能都非常出色。但铝捏合金有韧性较差的致命弱点,近年来该合金的研
究主要集中在通过合金化以及快速凝固技术提高合金的韧性(toughness),已取得一定进展。
1.固溶强化
合金(alloy)元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体,不仅能获得高的强度(strength),而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。在一般铝型材中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰(manganese)、锌(Zinc)、硅、镍等元素。一般铝的合金化都形成有限的固溶体,如Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn,Al-Si,Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体,并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。
2.时效强化
铝型材热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度(temperature)时,其强度和硬度(Hardness)随时间和增加而增高,但塑性降低。这个过程就称时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。
3.过剩相强化
当铝(Al)中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时,淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。工业铝材按照应用的领域划分,工业铝型材是指除建筑门窗、幕墙、室内外装饰及建筑结构用铝型材以外的所有铝型材。在铝型材中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用,使强度(strength)、硬度(Hardness)提高,而塑性、韧性(toughness)降低。合金中过剩相的数量愈多,其强化效果愈好,但过剩相多时,由于合金变脆而导致强度、塑性降低。
4细化组织强化
在铝(Al)合中添加微量元素细化组织是提高铝型材力学性能的另一种重要手段。纺织铝配件对毛料的表面质量要求标准有明显降低,粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹,掩盖一部分铝型材表面的瑕疵,提高铝型材成品的表面质量。
变形铝型材中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素,它们能形成难熔化合物,在合金结晶时作为非自发晶核,起细化晶粒作用,提高合金的强度和塑性。
铸造铝(Al)型材中常加入微量元素(trace element)作变质处理来细化合金组织,提高强度和塑性。变质处理对不能热处理强化或强化效果不大的铸造铝型材和变形铝型材具有特别重要的意义。比如在铝硅(silicon)铸造铝型材中加入微量钠或钠盐或锑作变质剂进行变质处理,细化组织可以显著(striking)提高塑性和强度。同样在铸造铝型材中加入少量锰、铬(Chromium)、钴等元素能使杂质铁形成的板块状或针状化合物AlFeSi细化,提高塑性,加入微量锶可消除或更大化减少初晶硅,并使共晶硅细化;粒子园整度提高。
5冷变形强化
冷变形强化亦称冷作硬化,即金属材料(Material)在再结晶温度以下冷变形,冷变形时,金属内部位错密度增大,且相互缠结并形成胞状结构,阻碍位错运动。变形度越大位错缠结越严重,变形抗力越大,强度越高。冷变形后强化的程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。同一材料在同一温度下冷变形时,变形度越大则强度越高。塑性随变形程度的增加而降低。
1.细化晶粒,从熔铸开始改善铸锭的晶粒度。一般来说,晶粒越细小,其强度、塑性越高。 2.加工硬化,经过冷加工以后的型材强度提高,但塑性降低。即抗拉强度提高,延伸率降低。 3.铝型材分为可热处理强化合金和不可热处理强化合金。即某些合金可以通过固溶热处理+时效(Prescription)提高其强度。