变形铝及铝合金热处理工艺.docx

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变形铝及铝合金热处理工艺

变形铝及铝合金热处理规范

目次

前言

本标准首次制定。

本标准是在美国军用规范MIL—H—6088G《铝合金热处理规范》和GJB1694—1993《变形铝合金热处理规范》基础上，根据我国铝合金民用材料生产应用中的实际情况，参考GJB509A—1995《热处理工艺质量控制要求》等标准编制而成的。

本标准对以下几个方面提出了要求：

——建立工艺规程和工艺规程重新审定；

——定期工艺制度检查；

——定期产品监测；

——零部件的热处理

——热处理设备；

——固溶热处理参数及工艺规程；

——淬火参数及工艺规程；

——装架和间距；

——建议时效热处理；

——质量保证措施。

本标准的附录A为资料性附录。

本标准由全国有色金属标准化技术委员会提出。

本标准由全国有色金属标准化技术委员会归口并负责解释。

本标准负责起草单位：

东北轻合金有限责任公司。

本标准参加起草单位：

西南铝业（集团）有限责任公司、中国有色金属工业标准计量质量研究所协助起草。

本标准主要起草人：

变形铝及铝合金热处理规范

范围

本标准规定了一般工业用变形铝及铝合金热处理的要求和质量保证措施，并推荐了热处理工艺、设备及质量控制要求。

变形铝及铝合金材料零部件的热处理可参照执行。

规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T228金属材料室温拉伸试验方法

GB/T230金属洛氏硬度试验方法

GB/T231金属布氏硬度试验方法

GB/T3246.1铝及铝合金加工制品显微组织检验方法

GB/T7998铝合金晶间腐蚀测定方法

GB/T9445无损检测人员技术资格鉴定通则

GB/T12966铝合金电导率涡流测试方法

GB/T16475变形铝及铝合金状态代号

GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样

定义

下列术语、定义适用于本标准。

热处理

本标准中所使用的“热处理”一词是本标准所包含的所有热处理的总称，例如：

时效、稳定化处理和退火。

热处理批次

一个热处理批次是指：

由同一合金、同一产品形式、状态以及经历同一工艺过程的一定数量的一批金属。

工作区

工作区是指在一个热处理工艺的保温过程中，热处理设备被部件或原材料所占据的部分封闭空间。

该区通常（但不总是）占据整个封闭空间的大部分。

固溶热处理造成的砂眼和气孔

这种情况在过去被称为高温氧化。

现已公认，在固溶热处理过程中，进入到铝合金中的氢是造成表面砂眼和表层下面气孔出现的原因。

要求

建立工艺操作规程和工艺操作规程重新审定

4.1.1基本原则

生产前，热处理设备和工艺操作规程应达到本标准要求（见表1）。

对于新建设备或维修后的设备，需进行检测（见4.1.2），并建立或重新审定这些设备的工艺操作规程。

检查要求

要求

要求项序号

质量保证项序号

工艺规程建立和重新审定

4.1，4.1.2

5.1.2.1，5.2，5.3.1

定期工艺制度检查

4.2

5.2

定期产品监测

4.3

5.4

4.1.2工艺操作规程重新审定的条件

下列情形多次出现，则有必要重新审定工艺操作规程。

a.原已验收的热处理设备，更换部件、彻底磨损、毁坏或改型需要磨合（见4.5.1～4.5.3）；

b.现有热处理设备或其工艺操作规程不能满足本标准规定的质量要求（见5.6.4）；

c.在定期工艺制度检查（见4.2）或定期产品监测过程中（见4.3）测出任何不合格（见5.1.3和5.6.4）。

定期工艺制度检查

热处理设备和工艺操作规程应按表1规定进行检查。

定期产品监测

应按表1规定对产品进行检验，以监测热处理设备的运行情况和工艺操作规程的适用性。

热处理设备

4.4.1热处理炉

4.4.1.1基本原则

只要产品不受到有害影响，可选择不同型号的热处理炉。

4.4.1.2气室炉

对于那些在有关热处理炉内进行固溶热处理（见A.3和3.4）而实验证明没有气孔产生的产品，可采用燃烧介质与金属接触的气室炉进行热处理。

4.4.1.3盐浴槽

盐浴槽液不应与待处理的合金起反应。

4.4.1.4时效热处理设备

进行时效热处理的设备应能满足本标准规定的所有要求，同时生产出的产品能满足相应标准要求。

4.4.1.5炉温均匀性检验

炉温均匀性应符合有关工艺要求的规定。

4.4.1.6温度均匀性

4.4.1.6.1周期性加热炉和盐浴槽

周期性加热炉和盐浴槽的设计与建造应满足以下要求。

在保温期间，保温区内任何一点的加热介质的温度都应受到控制，确保金属温度不会超过4.6.1规定的保温温度范围最大值、固溶热处理温度范围、时效温度范围（见4.9）。

4.4.1.6.2连续式加热炉

对连续式加热炉，保温区紧连加热区。

在保温区内，金属温度应在4.6.1规定的热处理温度范围内，或在所适用的时效温度范围内（见4.9）。

当保温区内的所有炉料都达到所规定的温度范围的最低值后，该保温区的加热介质和炉料的温度波动最大值应为10℃（或按表2、表6要求）。

但6061合金，温度波动允许达到15℃（见表2附注5和表6附注4）。

4.4.2温度控制设备

4.4.2.1基本原则

所有热处理设备都应装有符合工艺控制要求的温度控制设备和记录设备，以确保所有加热区和保温区的温度控制均达到本标准的要求。

4.4.2.2温度控制和记录

传感器的位置应由热处理炉的特性决定，并且传感器应置于能够准确测量工件和加热介质温度的位置。

记录应能正确反应温度控制情况，并可存贮记录以备查阅。

4.4.2.3精确度

应保证仪表的精确度，并进行定期检定。

4.4.3淬火设备和介质

4.4.3.1基本原则

淬火介质为水、空气、水聚合物溶液、液态气体或油，并为这些介质配备适当的设备。

4.4.3.2淬火槽

淬火槽具备足够尺寸以保证材料能够完全浸没在淬火介质中，并保证能充分除去待淬火的预期载荷内的热量。

4.4.3.2.1循环

淬火槽应具备内部或外部循环系统，以保证淬火介质流动，如果搅拌充分，能保证淬火均匀，同时满足所有的要求。

产品可以进行搅动以代替盐浴循环。

根据5.2可对其监控，来效验。

4.4.3.2.2气体搅拌

如果根据5.2，对淬火槽液进行监测、效验，证明淬火均匀，允许淬火槽进行气体搅动。

4.4.3.2.3加热和冷却

淬火槽应具备足够的加热和冷却能力，以保证淬火介质的温度达到4.7规定的范围。

同时，应配备必要的仪表以确保对温度进行控制。

该仪表读数与实际温度的偏差应在±3℃范围内。

4.4.3.2.4浸没速度

淬火系统应有控制固溶处理部件进入淬火介质速度的方法，如果该控制方法作为所要求的热处理工艺规程的一部分，不应超过所允许的最大淬火转移时间（见4.7.3）。

4.4.3.2.5水洗和干燥

在盐浴炉内经过加热的淬火产品所使用的水槽（水聚合物溶液除外），应保证产品表面干燥后在不能有目测到盐液残留物。

水—含水聚合物溶液在所有使用期间内，其含盐量不应超过槽液总重量的6%。

4.4.3.3喷水—淬火设备

淬火使用喷水系统时，冷却液从喷嘴内释放应具备足够的容量、压力和温度，以确保所有产品均能达到均匀、令人满意的淬火效果。

对于板材和挤压制品，应当根据5.4.1，通过监测进行校验。

设备应装有标准的记录仪以监测喷水淬火参数。

4.4.3.4淬火设备的位置

淬火设备和装卸装备的安装位置应保证淬火转移时间不得超过表5规定的最大淬火转移时间。

4.4.4冲洗设备

根据需要应使用冲洗槽、喷嘴或其它适合的设备，以确保干燥后在金属表面没有盐液残留物或膜层存在。

4.4.5支撑架、固定装置及其它工件架持装置的结构

铺设支承架时应当最低限地减少金属在固溶热处理时的振动或滑动。

支架、固定装置、底座、吊篮的安装应保证在热处理时不会对所处理的产品表面产生影响。

4.4.6校准

所有设备校准应按有关热处理设备校准规定进行。

固溶热处理参数及工艺规程

4.5.1固溶热处理

变形铝合金产品应按表2所规定的金属温度范围进行固溶热处理。

固溶热处理温度

合金

产品类型1

（不包括锻件）

固溶热处理（金属）温度/℃5

状态代号

淬火后2

自然时效后3

消除应力后4

2A01

495～505

W

2A02

495～505

W

2A04

502～508

W

2A06

495～505

W

2A10

510～520

W

2A11

495～505

W

2B11

495～505

W

2A12

490～500

W

2B12

490～500

W

2014

板材

496～507

W

T36、T42

—

卷材

496～507

W

T4、T42

—

厚板

496～507

W

T4、T42

T451

线材、棒材

496～507

W

T4

T451

挤压件

496～507

W

T4、T42

T4510、T4511

拉伸管

496～507

W

T4

—

模锻件

496～507

W

T4、T41

—

自由锻件

496～507

W

T4、T41

T452

2A14

495～505

2A16

530～540

W

2017

其他线材、棒材

496～510

W

T4

T451

铆钉线

496～510

W

T4

—

2117

其他线材、棒材

496～510

W

T4

—

铆钉线

477～510

W

T4

—

2A17

520～530

W

2018

模锻件

504～521

W

T4、T41

—

2218

模锻件

504～516

W

T4、T41

—

2618

模锻及自由锻件

524～535

W

T4、T41

—

2219

薄板

549～541

W

T316、T376、T42

—

厚板

549～541

W

T316、T376、T42

T351

铆钉线

549～541

W

T4

—

其他线材、棒材

549～541

W

T316、T42

T351

挤压件

549～541

W

T316、T42

T3510、T3511

模锻及自由锻件

530～540

W

T4

T352

表2固溶热处理温度（续）

合金

产品类型1

（不包括锻件）

固溶热处理（金属）温度/℃5

状态代号

淬火后2

自然时效后3

消除应力后4

2024

平板

487～499

W

T36、T3616、T42

—

卷材

487～499

W

T4、T42、T36

—

铆钉线

487～499

W

T4

—

厚板

487～499

W

T4、T42、T3616

T351

其他线材、棒材

487～499

W

T4、T366、T42

T351

挤压件

487～499

W

T4、T361、T42

T3510、T3511

拉伸管

487～499

W

T36、T42

—

模锻及自由锻件

488～499

W

T4

T352

2124

厚板

487～499

W

T42、T42

T351

2025

模锻件

510～521

W

T4

—

2048

板材

487～499

W

T3、T42

T351

2A50

510～520

2B50

510～520

2A70

525～535

2A80

525～535

2A90

512～522

4A11

525～535

4032

模锻件

504～521

W

T4

—

6A02

515～525

6010

薄板

563～574

W

T4

—

6013

薄板

563～574

W

T4

—

6151

模锻件

510～527

W

T4

—

轧制环

510～527

W

T4

T452

6951

薄板

524～535

W

T4、T42

—

6053

模锻件

516～527

W

T4

—

6061

薄板

515～5798

W

T4、T42

—

厚板

515～579

W

T4、T42

T451

线材、棒材

515～579

W

T4、T42

T451

挤压件

515～579

W

T4、T42

T4510、T4511

拉伸管

515～579

W

T4、T42

—

模锻及自由锻件

516～580

W

T4、T41

T452

轧制环

516～552

W

T4、T41

T452

6063

挤压件

515～530

W

T4、T42

T4510、T4511

拉伸管

515～527

W

T4、T42

N/A

6262

线材、棒材

515～566

W

T4

T450

挤压件

515～566

W

T4

T4510、T4511

拉伸管

515～566

W

T4

—

表2固溶热处理温度（续）

合金

产品类型1

（不包括锻件）

固溶热处理（金属）温度/℃5

状态代号

淬火后2

自然时效后3

消除应力后4

6066

挤压件

515～543

W

T4、T42

T4510、T4511

拉伸管

515～543

W

T4、T42

—

模锻件

516～543

W

T4

—

7001

挤压件

406～471

W

—

W5102、W5112

7A03

465～475

W

7A04

465～475

W

7A09

465～475

W

7010

厚板

471～482

W

—

W512

7A19

455～465

W

7039

薄板

449～4609

W

—

—

厚板

449～4559

W

—

W512

7049

7149

挤压件

460～474

W

—

W5102、W5112

模锻及自由锻件

460～474

W

—

W522

7050

薄板

471～482

W

—

厚板

471～482

W

—

W512

挤压件

471～482

W

—

W5102、W5112

线材、棒材

471～482

W

—

—

模锻及自由锻件

471～482

W

—

W522

7150

挤压件

471～482

W

W5102、W5112

厚板

471～480

W

W512

7075

薄板

460～49910

W

—

—

厚板

460～499

W

—

W512

线材、棒材

460～499

W

—

W512

挤压件

460～471

W

—

W5102、W5112

拉伸管

460～471

W

—

—

模锻及自由锻件

471～482

W

—

W522

轧制环

460～477

W

—

W522

7475

薄板

474～521

W

—

—

厚板

474～521

W

—

—

7475

包铝合金

薄板

474～507

W

—

—

7076

模锻及自由锻件

454～477

W

—

—

7178

薄板

460～499

W

—

厚板

460～488

W

—

W512

挤压件

460～474

W

—

W5102、W5112

表2固溶热处理温度（续）

合金

产品类型1

（不包括锻件）

固溶热处理（金属）温度/℃5

状态代号

淬火后2

自然时效后3

消除应力后4

1本标准中的名词“线材、圆棒材和异形棒材”是指轧制或冷加工后的线材、圆棒材和异形棒材、名词“挤压材”指挤压后的线材、圆棒材、异形棒材、棒材、型材及管材。

2该状态是不稳定的，通常不用。

3仅适用能自然时效达到充分稳定状态的合金。

见表6自然时效时间。

4对于轧制或挤压产品，通过淬火后拉伸可消除金属应力；对于锻件、通过淬火后拉伸或挤压可消除金属应力。

5表中所列的温度范围最大值和最小值之间的差值超过10℃时，可在整个温度范围内采用任意一个10℃的温度范围（对于6061为15℃），只要表中或适用的材料规范中没有规定例外或限制准则。

6在固溶热处理之后时效之前进行必要的冷加工。

7可以采用482℃的低温，只要每个热处理批次经过测试表明能满足适用的材料规范的要求，同时经过对测试数据分析，证明数据资料符合规范的限定范围，具有重现性。

86061包铝板的最高温度不应超过538℃。

9对于特定的截面、条件和要求，也可采用其它温度范围。

10必须认识到，在某些条件下将7075合金加热到482℃以上时会出现熔融现象，应当采取措施以避免这类问题。

为最低限度地减少包铝层和基体之间的扩散，厚度小于或等于0.5mm的带包铝板的7075应在454℃～499℃范围内进行固溶热处理。

11对于厚度超过100mm的板材和直径或厚度大于100mm的棒材（圆棒和方棒），建议最高温度为487℃，以避免熔化。

12超过543℃的热处理要求在538℃～543℃之间进行一h中间固溶热处理，以防止富镁相的共晶熔融。

13在某些情况下，加热该合金超过482℃会出现熔化。

14除非另行说明否则自由锻件包括轧制环，模锻件包括冲压件。

4.5.2重复固溶热处理

4.5.2.1包铝材料重复热处理次数不应超过表3的规定。

包铝合金重复固溶热处理

厚度/mm

允许重复固溶热处理的最多次数

＜0.5

0

0.5～3.2（含两者）

1

＞3.2

2

4.5.2.2重复固溶热处理的保温时间，可缩短至表4规定时间的一半。

4.5.2.3若连续式热处理炉加热速度足够快，只要不出现严重的包铝层扩散，则允许在表3的基础上增加一次重复固溶热处理。

4.5.2.4下列由材料生产厂提供的状态，除经批准外，在零件制造厂不应进行重复固溶热处理或退火。

4.5.2.4.1HX6、HX4、T0、T73状态通常由材料生产厂提供，零件制造厂无法获得；

4.5.2.4.2重复固溶热处理后，其抗拉强度会降低10N/mm2～20N/mm2。

4.5.3热处理操作

热处理操作应对整个工件进行，而不是局部。

进行热处理时应在材料外形限制范围内，且性能均匀。

4.5.3.1包铝薄板热处理

包铝薄板进行固溶热处理时，应保证整个负载的尺寸和间距在一定的时间内达到所规定的温度。

对于厚度小于1.2mm的板材，时间为30分钟；厚度大于或等于1.2mm，并小于2.5mm的板材，时间为60分钟；厚度大于等于2.5mm的薄板，时间为120分钟。

如果炉料由一组厚度各异的包铝薄板组成，那么炉料的升温时间则应按其中厚度最小或截面最小的工件的限定时间执行。

4.5.4清洁度

固溶热处理后，产品表面不应有影响用户使用的其他外来物质。

4.5.5炉料操作要求

装炉前，应保证加热介质达到合金要求的温度，除非所有仪表均显示炉子已达到表2所规定的温度范围（包括较低的温度），才能在降温趋势下装炉，如果炉子是自动控制的，而且能确保在装入任何金属前炉温降至保温温度，可随时进行装炉。

4.5.6保温时间

炉料已达到要求的固溶热处理温度范围后，应当在该温度范围内进行必要的保温，以确保合金元素尽可能固溶，以及效时后的性能，在连续式加热炉内，任何产品通过工作区的速度（见3.3）都应保证充分保温，产品进行时效能达到该产品所适用的规范要求。

推荐保温时间见表4，当炉料包含不同厚度的截面的产品时，建议保温时间按其中最大厚度的截面确定（见A.3.1）。

固溶热处理时的建议保温时间

厚度/mm

时间/min

盐浴

空气炉

最小

最大（仅包铝产品）

最小

最大（仅包铝产品）

≤0.4

10

15

20

25

0.4～0.5

10

20

20

30

0.5～0.8

15

25

25

35

0.8～1.6

20

30

30

40

1.6～2.3

25

35

35

45

2.3～3.2

30

40

40

50

3.2～6.4

35

45

50

60

6.4～12.5

45

55

60

70

12.5～25.0

60

70

90

100

25.0～38.0

90

100

120

130

38.0～51.0

105

115

150

160

51.0～64.0

120

130

180

190

64.0～76.0

135

160

210

220

76.0～89.0

150

175

240

250

89.0～100

165

190

270

280

淬火参数和工艺规程

4.6.1非锻造变形产品的淬火

2×××和7×××变形合金产品淬火参数和工艺规程应按4.7.1.2的规定执行。

4.6.1.1水槽或聚合物水溶液内全部浸没

使用水槽时，水槽容积和水循环都应保证完成淬火时水槽温度不超过40℃。

使用水聚合物溶液时，溶液的容积和循环都应保证任何时候水温不得超过55℃，淬火转移时间、产品和淬火液接触持续时间应分别按4.6.3和4.6.4的规定执行。

决定能否满足这些要求的试验程序应遵照表7的相应程序进行。

4.6.1.2喷水淬火

经过时效处理后，机械性能能满足要求，则允许从适宜的水舱内喷出高压、高容量的水流进行淬火。

淬火转移时间、产品和淬火液接触时间应分别遵循4.6.3和4.6.4的规定。

决定能否满足这些要求的试验程序应遵照表7的相应程序进行。

4.6.2锻件淬火

锻件可进行水淬或聚合物水溶液淬火，只要淬火产品经过时效处理后达到规定的状态，能通过相关试验，满足技术标准规定的所有要求。

4.6.2.12014和2024锻件的淬火

除非图纸或订货合同有规定，否则2014和2024锻件应当采用在60℃～80℃的水中完全浸没的方式进行淬火。

4.6.2.22×××和7×××锻件（