工业实践中铝合金的强化采用哪种方式？

shuligaoshou

请问工业实践中，铝合金的强化，是一定的速度冷却，还是先淬火后升温时效？还是两者皆有？

lengue

在工业实践中，铝合金的强化主要有以下几种方式：
固溶强化
原理：将合金元素（如铜、镁、锌等）加入铝基体中，形成固溶体。这些合金元素的原子会在铝晶格中占据一定位置，引起晶格畸变。晶格畸变会增加位错运动的阻力，从而提高铝合金的强度和硬度。例如，在铝 - 铜合金中，铜原子溶入铝晶格后，使位错在移动过程中需要克服更大的阻力。
应用场景：这种强化方式操作相对简单，广泛应用于多种铝合金的初步强化，是许多铝合金系列（如 2xxx 系、6xxx 系和 7xxx 系）生产过程中的基本强化手段。例如 6061 铝合金，它通过添加镁和硅元素形成固溶体来实现一定程度的强化，常用于制造要求有一定强度和耐蚀性的结构件，像航空航天领域的一些非关键承载部件、汽车的车身框架等。

时效强化（沉淀强化）
原理：铝合金经过固溶处理后，在室温或较高温度下放置一段时间，过饱和固溶体中的溶质原子会以细小弥散的第二相质点（沉淀相）的形式析出。这些沉淀相能有效地阻碍位错的运动。以 Al - Cu - Mg 合金为例，在时效过程中，会形成 θ'（CuAl₂）等沉淀相，它们与铝基体保持共格或半共格关系，位错要绕过或切割这些沉淀相，需要消耗额外的能量，从而使合金强化。
应用场景：时效强化是铝合金强化中非常重要的方法，尤其适用于对强度要求较高的场合。例如 7075 铝合金，它是一种典型的通过时效强化的合金。这种合金广泛用于航空航天领域的关键部件，如飞机大梁、起落架等，因为这些部件需要承受极高的应力。在制造过程中，通过精确控制时效工艺，可以获得所需的高强度性能。

细晶强化
原理：通过细化铝合金的晶粒来提高其强度。根据 Hall - Petch 公式，材料的屈服强度与晶粒尺寸的平方根成反比。在铝合金凝固过程中，采用各种方法来细化晶粒，如添加晶粒细化剂（如 Al - Ti - B 中间合金）。这些细化剂在凝固过程中可以作为异质形核核心，增加形核率，从而使晶粒细化。细晶强化的本质是晶界对位错运动的阻碍作用，因为晶界处原子排列不规则，位错在晶界处的运动受到阻碍，需要更高的应力才能使位错穿过晶界，从而提高了合金的强度。

应用场景：细晶强化在铝合金的铸造过程中应用广泛。例如，在铸造铝合金轮毂时，通过加入晶粒细化剂，能够使轮毂的晶粒细化，提高轮毂的强度和韧性，有效防止在使用过程中因受到冲击等外力而发生破裂。同时，在一些对材料综合性能要求较高的领域，如电子设备外壳的铝合金压铸等，细晶强化也有助于提高产品质量。
加工硬化（应变强化）
原理：铝合金在冷加工（如冷轧、冷拉、冷挤压等）过程中，会产生大量的位错。随着冷加工变形程度的增加，位错密度不断增大，位错之间会相互交割、缠结，形成位错塞积群，从而阻碍位错的进一步运动，使合金的强度和硬度升高。例如，在将铝合金板材冷轧时，板材的厚度逐渐减小，同时其强度不断增加。

应用场景：加工硬化在铝合金的成型加工过程中经常出现并被利用。比如，在制造铝合金管材时，通过冷拉拔工艺，在管材成型的同时提高管材的强度。不过，加工硬化也会使材料的塑性降低，所以在实际应用中，有时需要根据具体要求，结合其他热处理工艺来恢复材料的部分塑性。