简而言之，热处理从根本上改变了特定铝合金的机械性能。最常见的目标是通过称为时效硬化的过程显著提高强度和硬度，尽管热处理也可以用于软化材料，使其更具延展性且更易于成形。
热处理铝的真正效果不仅仅是使其更硬或更软；它在于精确控制金属的微观结构。通过溶解合金元素，然后让它们重新形成细小分散的颗粒，您可以显著提高合金的强度重量比。
核心原理：时效硬化
铝性能最显著的变化来自于一个称为时效硬化或析出硬化的过程。正是这个过程释放了许多航空航天和结构合金的高性能特性。
可热处理合金与不可热处理合金
最关键的理解是，并非所有铝都可以通过热处理来强化。
合金分为两大类。可热处理合金（如2xxx、6xxx和7xxx系列）含有铜、镁和锌等元素，这些元素允许进行时效硬化。
不可热处理合金（如1xxx、3xxx和5xxx系列）的强度主要来自于冷加工（加工硬化），不能通过热处理显著强化。
三步硬化过程
时效硬化涉及一个精确的三阶段热循环。
- 固溶热处理：将铝加热到高温（约500°C / 930°F），使合金元素溶解成均匀的固溶体，就像糖溶解在热水中一样。
- 淬火：然后将材料快速冷却，通常在水中进行。这种突然的温度下降将合金元素困在过饱和固溶体中，使其没有机会聚集。
- 时效硬化：将合金在较低温度下保持较长时间。在这个“时效”过程中，被困的合金元素从固溶体中析出，在金属的晶体结构中形成极其细小、坚硬的颗粒。这些颗粒充当阻碍变形的障碍物，使合金变得更坚固。
时效工作原理：自然时效与人工时效
时效可以通过两种方式发生。自然时效在室温下进行，持续数天。
人工时效通过将合金加热到适度升高的温度（例如，120-190°C / 250-375°F）来加速这一过程。这提供了更好的控制，通常会带来更高的强度和硬度。
常见热处理工艺及其效果
除了硬化之外，还使用其他处理方法来实现不同的结果。每个过程都针对一组特定的属性。
退火：最大化延展性
退火本质上与硬化相反。铝被加热然后缓慢冷却。
这个过程允许内部晶粒结构再结晶，释放内部应力并消除冷加工的影响。结果是材料变得更软、更具延展性且更易于成形。
回火和应力消除
淬火后，合金可能存在显著的内应力，这可能导致变形。
可以采用较低温度的热处理，通常称为回火或应力消除，以减少这些内应力，同时最大限度地减少时效过程中获得的强度损失。
理解权衡
选择对铝进行热处理并非没有后果。您必须平衡所需的益处与潜在的缺点。
强度与延展性
最基本的权衡是强度和延展性之间。随着您通过时效硬化提高合金的硬度和抗拉强度，您几乎总是会降低其延展性，使其更脆。
对耐腐蚀性的影响
析出物的形成可以改变合金内的电化学电位。在某些情况下，不当的热处理会使合金更容易受到某些类型的腐蚀，例如晶间腐蚀。
变形和翘曲的风险
淬火过程中的快速冷却会引入显著的热应力。薄型或复杂零件极易发生翘曲或变形，这可能需要后续的矫直操作。
为您的目标做出正确选择
正确的热处理完全取决于您使用的合金和您所需的最终性能。
- 如果您的主要目标是最大强度和硬度：对可热处理合金（例如6061-T6或7075-T6）使用完整的固溶热处理、淬火和人工时效工艺。
- 如果您的主要目标是最大程度的制造可成形性：使用完整的退火工艺（“O”态），使材料处于最柔软的状态，然后再进行弯曲、冲压或拉伸。
- 如果您的主要目标是在焊接后恢复性能：可能需要进行焊后热处理，以对热影响区进行再时效，并恢复焊接过程中损失的部分强度。
通过理解这些原理，您可以精确地调整铝的性能，以满足您特定应用的需求。
总结表：
| 工艺 | 主要目标 | 对铝的关键影响 |
|---|---|---|
| 时效硬化 | 提高强度/硬度 | 形成抵抗变形的细小颗粒 |
| 退火 | 最大化延展性 | 软化金属，消除应力，便于成形 |
| 回火/应力消除 | 减少内应力 | 最大限度地减少变形，强度损失小 |
| 自然/人工时效 | 控制析出速率 | 室温（自然）或加热（人工）以控制性能 |
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