高强度铝合金压力加工及热处理强化的研究(6)
(6) 复合强化
向铝合金中加入纤文或颗粒状材料，铝合金也会得到强化，此手段被称为复合强化。根据加入材料的形状，复合强化可以分为纤文增强复合强化，颗粒增强复合强化等。其强化机理是依靠加入材料与铝合金基体的紧密粘结达到强化目的的，复合的铝合金具有较高的强度和韧性。
此外，还有人提出了晶界强化理论[36]。近年来，强化手段也在不断发展，如热处理的新方法、激光冲击、压焊、喷涂和溶浸等[37,38]。
1.5.2 Al-Cu系列合金的热处理
根据Al-Cu系列合金热处理目的不同可以分为均匀化处理、固溶处理和时效处理三种[39]。前者是一种软化处理，目的是改善合金加工性能，后两者的主要目的在于提高力学性能。由于Al-Cu系列合金主要是通过时效强化实现的，因此本部分将详细介绍时效过程中Al-Cu系列合金组织和性能的变化。
（1） 均匀化处理
均匀化处理是将金属慢速加热到一定温度后，保温一定时间，然后再冷却的一种热处理工艺。它的目的是稳定工件尺寸、改善切削加工性能和消除金属组织缺陷。铝合金均匀化处理温度和时间的选择由均匀化处理的目的决定[40-42]。
（2） 固溶处理
铝合金的淬火就是固溶处理，固溶处理是将金属加热到临界温度以上（尽可能高）的某一温度保温一定时间然后快速冷却。固溶处理的目的是获得非扩散性转变组织，也称过饱和固溶体（α固溶体）。固溶处理后固定下来的过饱和α固溶体的浓度及分布对时效处理及合金性能有重要影响[43]。固溶处理的两个主要因素是固溶处理温度和时间，此外，固溶处理时使用的冷却介质也会对固溶效果产生影响。
固溶处理温度的选择原则是在不发生过烧及晶粒粗化的前提下，尽可能采用高的加热温度。以Al-Cu系列合金中的2024为例，说明Al-Cu合金过烧温度的确定过程及其影响因素。
黄光杰等人[44]使用示差热分析方法对不同加热速度条件下2024铝合金的过烧温度进行了测定，结果表明随升温速度的提高，过烧温度也升高，但升高到一定值后，过烧温度基本不变。文献[45]对2024工业合金进行过烧温度研究时发现，合金过烧温度还会随合金成分的差异有所波动。
以上事例说明，对铝合金进行固溶处理前应先对该铝合金进行过烧温度测定，测定方法是示差热分析法，过烧温度和合金成分也有关系。
固溶时间包括淬火保温时间、淬火转移时间及淬火冷却时间等。根据文献[46]的报道，固溶处理时间的选择与合金成分、基体组织状态和强化相溶解速率密切相关。文献[47]从强化相的溶解的角度考虑，认为合金成分和基体组织状态都与强化相的溶解速率有关，因此固溶处理时间主要受强化相溶解速率影响。
从以上文献我们可以知道，固溶处理时间主要受强化相溶解速率影响，实际加工过程中，固溶处理时间的选择还受工件的尺寸和形状影响。另外，固溶保温时间还要与固溶温度相互配合，保温时间太短，固溶不充分；保温时间太长，晶粒易长大。
铝合金淬火冷却速度的选择，必须保证尽可能多的把溶入基体的合金元素固定下来，因此冷却速度越快越好，但将导致材料内部产生较大的残余内应力。为避免过大的残余应力造成工件变形或开裂，常选用热水或热油作为淬火介质。
（3） 时效处理及过程中组织的变化
对淬火后铝合金进行的再升温及保温处理被称为时效处理，经时效处理的淬火合金能得到强化。时效处理的目的是使淬火后的过饱和固溶体自发的分解析出，从而使合金基体点阵恢复至较稳定状态。根据时效处理温度不同，可以将时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效就是将固溶处理后的工件在100℃以下放置一定时间的处理；处理温度高于100℃的时效是人工时效。