广西南南铝加工有限公司 广西 南宁 530031
摘要：铝合金是非金属融合制作的合金，铝合金在保持纯铝基本性能的同时，还借助合金的性能的作用，铝合金材质具备良好的综合性能，铝合金的材质让冶炼工艺更加的简单，让铸造性能更加的优良。文章探讨了铝合金材料的新型热处理技术，以供参考。
关键词：铝合金材料；新型热处理；技术研究
前言
我国经过多年的社会主义建设，整个社会已经发生了巨大的变化，各种建筑施工及工业生产等都需要大量的高性能材料做为支撑。我国经过多年的高强铝合金生产加工实践，已经积累了大量热处理经验，但这与国际最尖端的技术相比，还存在着一定的差距，因此，要对高强铝合金热处理技术进行深入的分析及应用探讨，从而将相关技术进行优化，并从中得到启发，研发出更易操作且更加有效的热处理技术。
1 铝合金热处理原理
铝合金的热处理原理是在一定温度作为保证的前提下，将铝合金的加热速率进行控制，在规定时间保持预定温度后对铝合金进行快速冷却。让铝合金内部的结构发生变化，以达到改善铝合金物理性能的目的，在导电性、抗腐蚀性、导热性等方面进过热处理的铝合金具有明显的优势。金属例如：钢，在高温淬火后，因为碳元素成分的变化等原因，会在硬度和强度方面获得较好的性质，但是可塑性也随之变低，而铝合金则不同，进行高温淬火后，在一定时间内铝合金的硬度和强度不会马上发生变化，可塑性却随之上升，过了此时间段后，铝合金的塑性才开始减低，相对的铝合金的强度和硬度会随之变高，这种现象被称为铝合金的时效。而铝合金的时效硬化整个过程非常漫长，又容易受包括工艺、加工环境以及原料冶炼质量等方面的影响，不仅能够影响硬化时效的市场，也能影响到硬化的最终效果。此外，铝合金的淬火加热中，由于合金之间出现了空位，导致空位现象的发生，而铝合金的冷却时间又相对较短，在不稳定状态下的固溶体过于饱和，也就导致了溶质原子在固溶状态的铝合金中发生偏移。
2 铝合金热处理可借鉴的钢材热处理工艺
2.1新的钢材淬火技术
为了使钢件实现理想的冷却，获得最佳的淬火效果，除根据实际情况选用新型淬火介质外，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火技术，如:
2.1.1 高压气冷淬火法，工件在强惰性气流中快速均匀冷却，可防止表面氧化，避免开裂，减少变形，保证达到所要求的硬度，现在主要用于工模具钢的淬火;
2.1.2强烈淬火法，采用高压喷射淬火介质，使其强烈地喷射在工件表面上，通过控制喷射淬火介质的压力、流量和配比，调整其冷却能力，促进均匀冷却，能获得表面硬度均匀且变形小的优质工件;
2.1.3水-空气混合剂冷却法，通过调节水和空气的压力以及雾化喷嘴到工件表面之间的距离，可以改变水-空气混合剂的冷却能力，并使冷却均匀，该法已成功地应用于钢件表面感应加热淬火;
2.1.4沸腾水淬火法，采用100 ℃的沸腾水冷却，可获得较好的硬化效果，现在用于钢材的淬火或正火;
2.1.5热油淬火法，采用热的淬火油，使钢工件在进一步冷却之前的温度等于或接近Ms 点的温度，以便把温度差减至最小，能有效地防止淬火工件的变形和开裂;
2.1.6深冷处理法，将淬火钢工件由常温继续冷却到更低的温度，使残留奥氏体继续转变为马氏体，其目的是提高钢的硬度和耐磨性，改善工件的组织稳定性和尺寸稳定性。
2. 2 钢材淬火冷却过程的研究
在淬火冷却的三个阶段中，膜态沸腾区(即蒸汽膜阶段) 的传热系数远低于泡核沸腾区(即沸腾阶段) 的值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果平均水温为90 ℃，蒸汽膜下的表面冷却速度约为8 ℃Ps～9 ℃Ps ，而沸腾冷却部分的冷却速度大约是117 ℃Ps。有研究表明应当在蒸汽膜阶段与沸腾冷却阶段之间增加一个冷却阶段。
这个阶段是局部蒸汽膜区和沸腾冷却区共存的阶段，可以把它叫做中间阶段。水的膜态沸腾阶段为450 ℃。蒸汽的导热性差，工件的冷却主要靠辐射和蒸汽导热来实现，换热系数较小，在1 200 WP(m2 ·K) ～3 000 WP(m2 ·K) 之间。蒸汽膜破裂后，冷却速度很快，水的换热系数高达24 600 WP(m2 ·K) ， 其最大值处在温度250 ℃～350 ℃之间。当淬火工件表面的温度降到淬火介质的沸点温度以下时，沸腾停止，开始对流冷却阶段，冷却速度很小，换热系数在1 300 WP(m2 ·K) ～1 800WP(m2 ·K) 之间。
研究表明，随着介质流速的增加，冷却特性曲线的冷速最大值及换热系数的最大值均呈增加趋势，淬火烈度可增加4 倍。当搅拌使介质中产生气泡时，介质的冷却能力明显降低。换热系数曲线能反映表面热量传递的真实情况。
缩短蒸汽膜阶段时间，增加冷却强度，是提高材料淬透性的一个思路。这样引出了所谓强烈淬火技术。
2.3 淬火过程的计算机模拟
针对淬火过程中淬火介质的流动以及液固耦合传热规律的研究。从基础的质量、动量以及能量守恒定律出发推导了淬火过程中淬火介质的汽液两相流动控制方程组，并对定解方程的边界条件和初始条件作了分析。对金属表面的沸腾情况作了理论分析并选择了相应的沸腾传热关联式，使汽液两相流动的质量方程封闭。对于多相流动中相间的各种作用力做了详细讨论并根据实际情况进行了必要的假设。淬火过程中金属的导热与流体的相变及对流传热合在一起，使得计算复杂化。由于计算资源和时间的限制，对计算结果影响较小的项作了简化或忽略。
试验表明，建立三维温度场有限元数学模型计算淬火冷却过程是可行的。三维非线性瞬态温度场计算的数学模型具有一般性并接近实际生产过程，可用于求解其他三维工件淬冷温度场变化。有学者已编制程序并对T8 钢工件淬冷过程进行了计算，得到较为合理的温度场分布，对相变计算作了一些假设。
可以通过研究喷水淬火工艺参数与工件内温度场、组织场、内应力场的关系，通过对不同材料钢件的喷水淬火过程进行实测和数值模拟，建立淬火工艺参数与喷水量以及淬火工艺参数与热流密度之间的关系，并利用最小二乘法对关系式进行了数值求解。
2. 4 强烈淬火技术
我们知道改进淬火设备，用物理方法(搅拌、喷淋、超声等) 来强化冷却，可以提高淬火油的冷却速度，满足淬火工艺的要求。强烈淬火技术是采用高速搅拌或高压喷淬使钢材在马氏体转变区域进行快速而均匀的冷却，在材料整个表面形成一个均匀的具有较高压应力的硬壳，避免了常规淬火在马氏体转变区域进行快速冷却产生畸变过大和开裂的发生。
所谓喷射冷却技术主要特点是高压大流量喷水系统是喷射冷却的主体，移动式喷嘴可满足不同尺寸铝合金板淬火的要求;上下喷嘴与铝合金板之间的距离，水和铝合金板的接触点位置，上下喷水的一致性，喷嘴的形状、角度等是能否保证铝合金板快速冷却、冷却变形小的关键。将水压升到392 kPa ，用高压喷水冷却淬火使碳素钢表面淬火硬度偏差小，软点少，能在钢材表面产生显著的残余压应力，大幅度提高疲劳强度 。在钢件淬火冷却工艺中喷淬是替代浸液淬火和提高生产效率的理想工艺。喷淬一般采用水或水溶性聚合物作为介质，可以根据要求对冷却强度进行调整，是一项具有发展潜力的技术。
结束语
总之，大型的铝合金加工处理设备中，铝合金淬火炉能够实现铝合金及其工件快速、大量的淬火以及其他相关工序，不仅能够使铝合金热处理技术的相关工艺得到实现，使铝合金工件能够进行批量化的加工，更能够保护进行热处理的铝合金材料的材质不受加工过程的影响。满足了铝合金在扩大应用范围的需要，同时也是对社会经济快速发展的金属材料领域的一个重要技术保障。
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论文作者:黄业伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/8
标签：铝合金论文; 工件论文; 介质论文; 阶段论文; 工艺论文; 技术论文; 蒸汽论文; 《防护工程》2017年第14期论文;