高强铝合金热处理工艺探讨

韩帅

摘要：采用显微组织观察、硬度测试等方法研究了480～510℃不同温度固溶处理对热轧态2024铝合金组织的影响以及180℃不同时间时效对2024铝合金硬度的影响。结果表明：随着固溶温度的升高，2024铝合金组织中的残留相逐渐溶解，500℃×2h固溶合金中大部分残留相溶入基体；随着时效时间的延长，2024铝合金的硬度先升高后降低，180℃×10h时效处理合金硬度达到最大值，为156.3HV。500℃×2h+180℃×10h为2024铝合金的最佳固溶/时效处理工艺。

关键词：2024铝合金；固溶；时效；显微组织；硬度

1试验材料与方法

选
用热轧态2024铝合金型材为试验材料。经实测，其化学成分如表1所示。图1为热轧态2024铝合金的显微组织。由图1可见，热轧态2024铝合金组织为沿热轧方向（纵向）的纤维状组织，且组织中有较多的亮白色第二相分布。热轧变形使得合金晶界和晶内的能量相当，腐蚀液未能腐蚀到晶界，所以金相组织中未观察到晶界。

采用箱式电阻炉对热轧态合金分别进行480、490、500和510℃的固溶处理，均保温时间2h，从不同固溶处理试样上切取金相组织观察试样，试样经研磨、抛光后采用Keller试剂腐蚀表面，清洗吹干后，利用OLYMPUS型光学显微镜观察合金的微观组织，确定最佳固溶工艺。再对最佳固溶处理的2024铝合金试样进行180℃、0～18h不同时间的时效处理，对不同时效处理的合金试样进行硬度测试，测试采用HV-1000维氏硬度计完成，载荷0.2kg，保荷时间10s，每种试样打硬度点7个，取均值为测量结果。

2试验结果与分析

2.1固溶温度对合金显微组织的影响

在480～510℃进行固溶处理，随着固溶温度的升高，2024合金组织中的残留相溶解越来越多并进入基体。480℃×2h固溶处理的2024合金试样组织中仍有大量残留相未溶入基体。当固溶温度升高到490℃时，组织中残留相有所减少；固溶温度达到500℃时，合金试样组织中大部分残留相溶入基体；固溶温度进一步升高到510℃时，合金组织中有粗大再结晶晶粒出现，高倍金相组织中可观察到复熔球出现。过高的固溶温度，可使得低熔点共晶相熔化，并在冷却过程中形成复熔球，出现复熔球说明组织已发生过烧。对比不同温度固溶处理的2024铝合金的显微组织，可以看出，经500℃×2h固溶处理合金的固溶效果最好，此工艺为2024铝合金的最佳固溶工艺。

2.2时效时间对合金硬度的影响

上述研究确定500℃×2h为2024铝合金的最佳固溶工艺，因此继续对该工艺处理的合金进行180℃不同时间的时效处理，并测定不同时效处理合金的硬度，以确定2024铝合金的最佳时效工艺。图3为经180℃不同时间时效处理2024铝合金的硬度。由图3可见，热轧态2024铝合金经500℃×2h固溶处理后的硬度为130.8HV，固溶态合金再经180℃不同时间时效处理后，硬度值均有不同程度的提高。随着时效时间的延长，2024铝合金试样的硬度先升高后降低，180℃×10h时效处理合金的硬度达到最大值，为156.3HV。从硬度曲线变化趋势来看，时效前4h合金硬度提高幅度更为明显；时效4～10h过程中，合金的硬度增加较为平缓；10h时效的合金硬度达到峰值；时效时间继续延长，合金的硬度开始逐渐下降。2024铝合金的整个时效过程经历了欠时效、峰时效和过时效3个阶段，欠时效阶段合金组织中析出相逐渐形核、长大[8]，使得合金硬度不断提高，并在时效10h时合金的硬度达到峰值；时效时间再延长，进入过时效阶段，强化相发生粗化，导致合金硬度逐渐下降。对比不同时间时效处理2024铝合金的硬度测试结果可知，500℃×10h时效处理的2024铝合金强化效果最好，此工艺为2024铝合金的最佳时效工艺。

3结论

（1）对热轧态2024铝合金进行480～510℃不同温度、保温2h的固溶处理，随着固溶温度的升高，2024铝合金组织中的残留相溶解越来越多。500℃×2h固溶处理合金组织中大部分残留相溶入基体，此工艺为2024铝合金的最佳固溶工艺。（2）2024铝合金经500℃×2h固溶后，再进行180℃不同时间的时效处理，随着时效时间的延长，2024铝合金试样的硬度先升高后降低，经180℃×10h时效处理合金的硬度达到最大值，为156.3HV，此工艺为2024铝合金的最佳时效工艺。

参考文献:

[1]朱海，孙朝伟，孙金睿，等．2024铝合金搅拌摩擦焊工艺参数对焊接质量的影响研究[J]．热加工工艺，2019，48(23)：159-162.

[2]罗佳佳，白亚平，李建平，等．两种热处理工艺对2024铝合金磨损行为的影响[J]．西安工业大学学报，2018，38(6)：626-632.

[3]马国峰，鲁志颖，贺春林．时效处理对2024铝合金晶界特征分布及性能的影响[J]．沈阳大学学报(自然科学版)，2017，29(6)：435-440．

[4]赵钊，冯朝辉．2024铝合金零件T62热处理工艺及组织性能研究[J]．有色金属材料与工程，2016，37(6)：264-268．