1 热处理加工工艺概述

热处理是优化铝合金A356的内部结构和使用性能参数的重要处理方法。其中，合理的热处理时间和相应的温度使铝合金A356获得更高的机械性能。其中，固溶时间和温度对A356铝合金轮毂的最终性能影响很大。研究发现，调整固溶时间和温度的效果是不同的。在500℃下固溶2小时以上后，铝合金A356中较粗的树枝状颗粒会疏松地形成细小的球形晶枝，致密分布。整个过程带来铝合金A356的屈服强度和断裂强度的改善，以及诸如小变形的机械制造性能的改善。在实际应用中，铸轮可承受更大的冲击，不容易变形且易于制造。在此基础上，经过等时低温（约200℃）的时效处理后，其机械性能得到了进一步提高。对于铸轮，热处理可大大改善材料的性能。各种研究表明，优化热处理工艺还将增加A356合金的密度和体积，这对于某些铸件的生产是必不可少的。

图1未进行热处理的A356铝合金金相图

2 铝合金材料热处理的强化原理

铝合金刚淬火后其强度与硬度不会马上升高，待到一定时间之后(一般为96h~144h)，强度与硬度会明显升高，而这时的温度可能是室温也可能是高于室温的某一温度范围，但是其塑性却恰恰相反，刚淬火后塑性升高，随着时间的推移塑性逐渐降低。铝合金热处理强化过程比较复杂，由于铝合金的组成成分不同，如AI—Cu—Mg、Al一Cu—Mg—Zn、Al—Zn—Mg—Si等因加入不同的金属元素，这些金属元素组成溶质原子在固溶体中无序分布，与位错之间存在着力学的、化学的以及电学的相互作用不同，进而影响它的强化过程；由于铝合金加工的用途及零件和构件不同，对时效工艺参数的控制不同，也会影响铝合金的强化过程；还有铝合金在生产过程中造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等，都会对铝合金的强化过程产生影响。但总的来说，时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。一方面，铝合金在淬火加热的同时，合金中会形成一定的空位，冷却时由于降温速度快这些空位来不及移出，便被封闭在晶体内与溶质原子结合在一起。由于它们处在亚稳定状态的固溶体中，随着固溶体向稳定状态转变，溶质原子在空位的作用下加快扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。另一方面，硬化区的大小和数量与淬火温度与淬火冷却速度密切相关，随着淬火温度越高、淬火冷却速度越快，固溶体内所固定的空位浓度越大，硬化区的数量就越多，硬化区的尺寸减小，提高了铝合金抵抗范性形变的能力。

3 铝合金材料的新型热处理技术

3.1 借鉴钢材淬火技术

1)采用高压冷气淬火的方式，借用惰性气流，可增加钢件的冷却速度，同时还可以避免表面氧化、开裂、变形等现象的发生，目前工模具钢的淬火方式，能够保证钢件的硬度。2)在强烈淬火的方式中，将高压喷射淬火介质喷在工件的外表，冷却的过程，通过控制喷射淬火的压力、流量、配比等方式进行，如果控制的好，会获取表面硬度均匀，同时变形度不大的工件。3)采用水与空气混合剂冷却法，主要是应用调节水与空气的压力和雾化喷嘴与工件间的距离，从而调节混合剂的冷却性能，同时能够使钢件均匀的冷却。4)沸腾水淬火法，是将100C的沸水冷却的过程中，钢件也被冷却，这样获取的钢件硬化效果比较好，同时这种方式被应用于钢材的淬火与正火过程之中。5)在采用热油淬火时，淬火油的温度接近钢件冷却前的温度，尽量减小温差，减小淬火工件开裂与变形的几率。6)深冷处理法，就是将淬火钢工件冷却到常温之下，将奥氏体转变为马氏体，不仅能够改善钢的硬度与耐磨性，还能提高钢件的组织与尺寸的稳定性。

3.2 选择适当的加工流程

铝合金材料在加工时要按照一定的比例进行，要根据铝合金自身的特点和性能加工制作，同时还要用铝合金的实际特征来控制发生的变形情况，在选择加工流程时一定要符合标准，确保在加工生产过程中不出现问题，从而提生产成品的质量。比如在铝合金材料被制作加工时要采用粗加工和精加工分离的方式，这样不仅可以降低粗加工引发的变形情况，对一部分要求较高的、精度较强的零件，在进行粗加工后必须要隔一段时间才能继续后续的工作，也就是所谓的精加工。精加工的方式能够将铝合金材料加工过程中存在的问题进行改善，能够将加工时变形的材料进行修复，以此确保生产零件的精度，如果整个加工的余量很大，通过连续加工的方式就会集中热量，从而导致零件的散热功能变弱，提升散热的难度，因此，通过对称双面多次加工的方式散热，以此来达到散热的目标，有效防止集中热量所产生的变形问题。在进行铝加工生产零件的过程中，对于同一个方向有多个型号的零件，必须要选择逐层加工的方式进行生产，这样可以避免零件受力不均匀而导致的变形问题。

3.3 淬火技术与计算机模拟相结合

在热处理计算机模拟中，结合了很多学科的与新技术，热处理计算机模拟的主要部分为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。

4 结束语

铝合金是现阶段工业中应用最多的合金材料，被广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等重大领域。随着世界工业经济的飞速发展，全球对铝合金部件的需求越来越多，因此我们要加强铝合金材料的研究和开发，不断改进铝合金材料的加工工艺和处理技术，促进我国经济乃至世界经济的更快增长。

参考文献：

[1]张尉,仇振安,靳冉,高秋芳,黄天勇.超高强铝合金热处理工艺及其应用[J].中国高新科技,2021(10):28-29.DOI:10.13535/j.cnki.10-1507/n.2021.10.08.

[2]岳修杰.热处理工艺对7075铝合金切削加工性的影响[D].烟台大学,2021.DOI:10.27437/d.cnki.gytdu.2021.000346.

[3]朱田.喷射成形高硅耐磨铝合金形变及热处理工艺研究[D].江苏科技大学,2021.DOI:10.27171/d.cnki.ghdcc.2021.000278.