一、淬火加熱溫度的選擇

    工業(yè)擠壓鋁合金制品不像建筑鋁型材6063合金，可以在擠壓時用風冷或水冷進行淬火(在線淬火)，而多數(shù)合金要在專門的加熱和冷卻設(shè)備(淬火爐和冷卻槽)中進行淬火處理。淬火的加熱溫度、轉(zhuǎn)移時間、冷卻方式都有嚴格的規(guī)定。

1．淬火加熱溫度的選擇
    淬火加熱溫度主要根據(jù)相圖中低熔點共晶溫度和合金溶解度曲線的溫度來選擇。如圖3—5—2為二元相圖示意圖。成分為B₁的合金只有溫度高于t_溶時β相溶于基體形成單一的α固溶體。當溫度繼續(xù)升高到t_共時，超過了非平衡結(jié)晶條件下的低熔點共晶溫度，即產(chǎn)生低熔點共晶體熔化，稱過燒。金屬制品過燒，造成廢品。因此淬火加熱溫度必須低于共晶溫度(過燒溫度)，而高于合金的溶解度曲線溫度。從理論上講共晶溫度與過燒溫度是一致的。實際上由于非平衡結(jié)晶以及雜質(zhì)元素的加入，實際的過燒溫度比理論上的共晶溫度略低。所以一般選擇淬火溫度都是低于過燒溫度l0～30℃。t_溶與t_共之間的溫度范圍窄的選下限，t_溶與t_共之間的溫度范圍寬的視工藝和性能情況而選擇。

    淬火加熱溫度是鋁合金熱處理中的一個重要的工藝參數(shù)，由圖3—5—2可知，鋁合金的淬火加熱溫度范圍很窄，應(yīng)適當選擇，且其溫度波動范圍一般不應(yīng)超過±3℃。但由于鋁合金制品淬火大多采用立式淬火爐，其溫差很難保證在±3℃以內(nèi)，多數(shù)淬火爐的溫差都有±5℃甚至更大，所以淬火加熱溫度的溫差通常控制在±5℃。一般來說在保證不發(fā)生過燒的前提下，應(yīng)盡量提高淬火加熱溫度。因為溫度越高，合金元素和強化相固溶越好，則淬火時效后的力學性能就越高。如圖3—5—3、圖3—5—4和圖3—5—5所示。部分工業(yè)鋁合金的淬火加熱溫度見表3—5—1。

                                  
圖3—5—2淬火加熱溫度與合金成分的關(guān)系圖           圖3—5—3 2A02合金φ2mm棒材
                                                      淬火溫度對力學性能影響

                
    圖3—5—4 2A16合金φ2mm棒材                    圖3—5—5  2A17合金φ30mm棒材
   淬火溫度對力學性能影響                           淬火溫度對力學性能影響
  
表3—5—1鋁合金型、棒材淬火溫度表

2．淬火加熱保溫時間
    淬火加熱保溫時間主要取決于強化相的固溶速度。而強化相的固溶速度又與淬火加熱溫度、合金的本性、組織狀態(tài)、制品斷面大小、加熱條件、介質(zhì)及裝爐多少等因素有關(guān)。

    一般淬火加熱溫度偏上限時，其保溫時間相應(yīng)要短一些。經(jīng)過高溫擠壓、變形程度較大的，保溫時間較短。而預(yù)先經(jīng)過退火的制品，由于其強化相緩慢析出較粗大，使其強化相溶解速度較慢，因而保溫時間相應(yīng)的長一些。制品在熱空氣中加熱和在鹽浴中加熱其保溫時間大不一樣。在鹽浴中加熱的時間要短得多。工業(yè)用鋁合金型、棒材多數(shù)是用立式空氣淬火爐，其保溫時間是以金屬表面溫度或爐膛溫度達到淬火溫度下限開始計算保溫時間。

    表3—5—2列出了鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中，不同制品尺寸的加熱保溫時間。表3—5—3為管材在立式空氣淬火爐中，不同壁厚的加熱保溫時間。淬火加熱保溫時間必須保證強化相充分溶解，才能獲得最大的強化效果。但加熱時間也不宜太長，在某些情況下，反而會使合金性能降低。

二、淬火加熱保溫時間

    淬火加熱保溫時間主要取決于強化相的固溶速度。而強化相的固溶速度又與淬火加熱溫度、合金的本性、組織狀態(tài)、制品斷面大小、加熱條件、介質(zhì)及裝爐多少等因素有關(guān)。

    一般淬火加熱溫度偏上限時，其保溫時間相應(yīng)要短一些。經(jīng)過高溫擠壓、變形程度較大的，保溫時間較短。而預(yù)先經(jīng)過退火的制品，由于其強化相緩慢析出較粗大，使其強化相溶解速度較慢，因而保溫時間相應(yīng)的長一些。制品在熱空氣中加熱和在鹽浴中加熱其保溫時間大不一樣。在鹽浴中加熱的時間要短得多。工業(yè)用鋁合金型、棒材多數(shù)是用立式空氣淬火爐，其保溫時間是以金屬表面溫度或爐膛溫度達到淬火溫度下限開始計算保溫時間。

    表3—5—2列出了鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中，不同制品尺寸的加熱保溫時間。表3—5—3為管材在立式空氣淬火爐中，不同壁厚的加熱保溫時間。淬火加熱保溫時間必須保證強化相充分溶解，才能獲得最大的強化效果。但加熱時間也不宜太長，在某些情況下，反而會使合金性能降低。

表3—5—2鋁合金型、棒材在立式空氣淬火爐中加熱保溫時間

表3—5—3鋁合金管材在立式空氣淬火爐中加熱保溫時間

三、工業(yè)鋁材淬火轉(zhuǎn)移時間

    許多工業(yè)熱處理強化合金如2A12，7A04等高強度鋁合金，不像建筑鋁型材如6063合金那樣可以在空氣中淬火，即較小的冷卻速度就可以阻止強化相的析出。它們從淬火加熱爐中拿出，轉(zhuǎn)移到淬火水槽中，短短的十幾秒鐘甚至是幾秒鐘在空氣中冷卻，就會有強化相的析出，影響強化效果。表3—5—4列出了7A04合金不同轉(zhuǎn)移時間對淬火后的力學性能的影響。

表3-5-4 7A04合金淬火轉(zhuǎn)移時間對制品力學性能的影響

    因此淬火轉(zhuǎn)移時間是鋁合金淬火工藝中必須規(guī)定的工藝參數(shù)之一。即制品從淬火爐中轉(zhuǎn)移到淬火介質(zhì)中，必須在規(guī)定的最大轉(zhuǎn)移時間內(nèi)完成。這一時間稱最大容許轉(zhuǎn)移時間或淬火延遲時間。這一時間與合金的成分、材料的形狀、設(shè)備操作的自動化程度有關(guān)。條件允許的話，淬火轉(zhuǎn)移時間越短越好。一般工藝規(guī)定：小型材的轉(zhuǎn)移時間不應(yīng)超過20 s，大型的或成批淬火的型材，不應(yīng)超過40 s。對于超硬鋁合金如7A04，轉(zhuǎn)移時間不應(yīng)超過15 s。

四、工業(yè)鋁材淬冷卻速度

    淬火時的冷卻速度必須確保過飽和固溶體被固定下來不分解。防止強化相析出，降低淬火時效后的力學性能。因此淬火時的冷卻速度越快越好。但是冷卻速度越大，淬火制品的殘余應(yīng)力和殘余變形也越大，因此冷卻速度要根據(jù)不同的合金和不同形狀、尺寸的制品來確定。一般合金的淬火對冷卻速度敏感性強的，選擇的冷卻速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷卻速度應(yīng)在50℃/s以上，而7A04合金對冷卻速度非常敏感，其淬火冷卻速度要求在170℃/s以上。
    對于形狀、尺寸大小不同的制品應(yīng)采用不同的冷卻速度，通常主要靠調(diào)整淬火介質(zhì)的溫度來實現(xiàn)。對于形狀簡單、中小型、棒材可用室溫水淬火(水溫一般l0～35℃)，對于形復雜、壁厚差別較大的型材，可用40～50℃的水淬火。而對于特別易產(chǎn)生變形的制品，甚至可以將水溫升至75～85℃進行淬火。試驗證明隨著水溫升高使其淬火制品的力學性能和抗蝕性能有所降低。

    鋁合金最常用的淬火介質(zhì)是水。因為水的粘度小、熱容量大，蒸發(fā)熱快，冷卻能力強，而且使用非常方便、經(jīng)濟。但是它的缺點是在加熱后冷卻能力降低。淬火加熱的制品在水中冷卻可以分為三個階段：第一階段為膜狀沸騰階段。當熾熱制品與冷水剛接觸時，在其表面立即形成一層不均勻的過熱蒸汽薄膜，它很牢固，導熱性不好，使制品的冷卻速度降低。第二階段為氣泡沸騰階段。當蒸汽薄膜破壞時，靠近金屬表面的液體產(chǎn)生劇烈的沸騰，發(fā)生強烈的熱交換。第三階段為熱量對流階段，冷卻水的循環(huán)，或制品左右擺動、或上下移動，增加制品表面與水產(chǎn)生對流的熱交換，以提高冷卻速度。

    根據(jù)上面分析，為了很快突破第一階段，迸一步冷卻，保證淬火制品冷卻均勻，需要在淬火水槽中裝有壓縮空氣管，以便攪拌，同時制品下入水槽后要作適當?shù)臄[動。另外為保證水溫不會升高太多，淬火槽應(yīng)有足夠的容量(一般應(yīng)為淬火制品總體積的20倍以上)。而且冷卻水應(yīng)有循環(huán)裝置。

    除了調(diào)節(jié)水溫來控制淬火冷卻速度外，還可以在冷卻水中加入不同的溶劑來調(diào)節(jié)水的冷卻能力。通常采用聚乙醇水溶液作為冷卻介質(zhì)，同時還可以調(diào)節(jié)聚乙醇水溶液濃度來控制制品淬火的冷卻速度。一般易變形的制品，經(jīng)常用這種聚乙醇水溶液來淬火。