I. Présentation du traitement thermique des alliages d'aluminium

Le traitement thermique des alliages d’aluminium revêt une importance cruciale. Il peut améliorer considérablement les différentes propriétés des alliages d’aluminium et leur permettre de jouer un rôle plus important dans de nombreux domaines. Les processus de traitement thermique courants comprennent principalement le recuit, la trempe et le vieillissement.

Le traitement de recuit peut éliminer la contrainte de coulée des pièces moulées et la contrainte interne provoquée par l'usinage, et stabiliser la forme et la taille des pièces traitées. Par exemple, une fois que le produit est chauffé à une certaine température et maintenu à cette température pendant une certaine période de temps, puis refroidi à température ambiante à une certaine vitesse de refroidissement, grâce à la diffusion et à la migration des atomes, la microstructure peut être rendue plus uniforme et stable, la contrainte interne peut être éliminée, la plasticité du matériau peut être grandement améliorée, mais la résistance sera réduite. Pour le recuit d'homogénéisation des lingots, les maintenir longtemps à haute température puis les refroidir à une certaine vitesse peut homogénéiser la composition chimique, la microstructure et les propriétés des lingots, augmenter la plasticité du matériau d'environ 20 %, réduire la pression d'extrusion d'environ 20 %, augmentez la vitesse d'extrusion d'environ 15 % et améliorez en même temps la qualité du traitement de surface du matériau.

La trempe consiste à chauffer les pièces moulées en alliage d'aluminium à une température relativement élevée et à maintenir cette température pendant plus de 2 heures afin que les phases solubles dans l'alliage puissent se dissoudre complètement. Ensuite, les pièces moulées sont rapidement trempées dans l'eau pour les refroidir rapidement, permettant ainsi aux composants de renforcement de l'alliage de se dissoudre au maximum et de rester fixés jusqu'à température ambiante. Ce processus est également connu sous le nom de traitement en solution ou traitement à froid. Par exemple, pour certains matériaux d'alliage ayant une faible sensibilité à la trempe, le traitement en solution peut être effectué en profitant de la température élevée lors de l'extrusion, puis la trempe peut être effectuée par refroidissement à l'air (T5) ou par brouillard d'eau (T6) pour obtenir certains microstructures et propriétés.

Le traitement de vieillissement est appliqué aux matériaux ayant subi une trempe en solution. Lorsque ces matériaux sont conservés à température ambiante ou à une température relativement élevée pendant un certain temps, la solution solide sursaturée instable se décompose et les particules de la deuxième phase précipitent à partir de la solution solide sursaturée et se répartissent autour des grains d'aluminium α(Al). , générant ainsi un effet fortifiant. Pour le vieillissement naturel, les alliages tels que le 2024 peuvent produire des effets de renforcement des précipitations à température ambiante. Pour le vieillissement artificiel, les alliages comme le 7075 ne présentent pas d'effets évidents de renforcement par précipitation à température ambiante, mais l'effet de renforcement par précipitation est significatif à des températures relativement élevées. Le traitement du vieillissement peut être divisé en sous-vieillissement, sur-vieillissement et vieillissement en plusieurs étapes, etc.

Le traitement thermique des alliages d'aluminium a un impact positif à la fois sur les propriétés mécaniques et sur la résistance à la corrosion.

En termes de propriétés mécaniques, le traitement thermique peut affiner la structure des grains, augmenter la résistance et la dureté du matériau, tout en améliorant sa plasticité et sa ténacité. Par exemple, le traitement en solution peut répartir uniformément des éléments de solution solide tels que Cu et Mg dans l'alliage dans les limites des grains et à l'intérieur des grains, formant une solution solide sursaturée, améliorant ainsi la résistance et la dureté de l'alliage.

Concernant la résistance à la corrosion, le traitement thermique peut éliminer les défauts microscopiques et les couches d'oxyde de surface, améliorer la qualité de surface de l'alliage et renforcer sa résistance à la corrosion. Par exemple, le traitement en solution peut ajuster la répartition des éléments dans l'alliage et la pureté des joints de grains, ce qui favorise la formation d'un film d'oxyde uniforme et dense, améliorant ainsi la résistance à la corrosion de l'alliage.

II. Principales méthodes de traitement thermique

(I) Traitement de recuit

Le traitement de recuit joue un rôle important dans le traitement thermique des alliages d'aluminium. Il élimine principalement les contraintes de moulage des pièces moulées en alliage d'aluminium et les contraintes internes provoquées par l'usinage en chauffant les pièces moulées en alliage d'aluminium à une température spécifique et en les maintenant à cette température pendant un certain temps, puis en les refroidissant à température ambiante avec un refroidissement approprié. taux. Ce traitement peut stabiliser la forme et la taille des pièces traitées et rendre la microstructure de l'alliage d'aluminium plus uniforme et stable.

Par exemple, pour les alliages de la série Al-Si, le traitement de recuit peut également faire cristalliser et sphéroïdiser une partie du Si, améliorant ainsi considérablement la plasticité de l'alliage. Selon les données de recherche, la plasticité de l'alliage d'aluminium après traitement de recuit peut être augmentée d'environ 20 %. Le processus spécifique consiste à chauffer les pièces moulées en alliage d'aluminium à 280 - 300 °C, à les maintenir à cette température pendant 2 à 3 heures, puis à les refroidir à température ambiante avec le four, de sorte que la solution solide se décompose lentement, les précipités les particules de deuxième phase s'agrègent et ainsi la contrainte interne des pièces moulées est éliminée, atteignant ainsi les objectifs de stabilisation de la taille, d'amélioration de la plasticité et de réduction de la déformation.

(II) Trempe

La trempe est l’une des étapes clés du traitement thermique des alliages d’aluminium. Habituellement, les pièces moulées en alliage d'aluminium sont chauffées à une température relativement élevée, généralement proche du point de fusion de l'eutectique, généralement supérieure à 500 °C, et maintenues à cette température pendant plus de 2 heures afin que les phases solubles dans l'alliage puissent se dissoudre complètement. . Ensuite, les pièces moulées sont rapidement trempées dans de l'eau à une température de 60 à 100 °C pour les refroidir rapidement. Une telle opération permet aux éléments de renforcement de l'alliage de se dissoudre au maximum et de rester fixés jusqu'à température ambiante.

Par exemple, pour certains matériaux d'alliage ayant une faible sensibilité à la trempe, le traitement en solution peut être effectué en profitant de la température élevée lors de l'extrusion, puis la trempe peut être effectuée par refroidissement à l'air (T5) ou par brouillard d'eau (T6) pour obtenir certains microstructures et propriétés. Pendant le processus de trempe, on espère que l'alliage présente des caractéristiques telles qu'une large plage de température entre la ligne de solubilité et la ligne de solidus, une faible force de déformation par extrusion à la température de la solution et une faible sensibilité à la trempe.

(III) Traitement du vieillissement

Le traitement de vieillissement est un processus technologique dans lequel les pièces moulées en alliage d'aluminium trempées sont chauffées à une certaine température, maintenues à cette température pendant un certain temps, retirées du four et refroidies à l'air jusqu'à atteindre la température ambiante, afin de décomposer le solution solide sursaturée et stabilise la microstructure de la matrice d’alliage.

Au cours du processus de vieillissement de l'alliage, avec l'augmentation de la température et l'allongement du temps, celui-ci passera par plusieurs étapes, dont la disparition de la région réticulaire de la solution solide sursaturée, la ségrégation des atomes de seconde phase selon certains règles et la formation de régions G-PII, la formation ultérieure de secondes phases métastables (phases de transition), la combinaison d'un grand nombre de G-PII et d'un petit nombre de phases métastables, et la transformation de phases métastables en phases stables et le agrégation de particules de deuxième phase. Le traitement du vieillissement peut être divisé en deux grandes catégories : le vieillissement naturel et le vieillissement artificiel. Le vieillissement naturel fait référence au vieillissement dans lequel le renforcement du vieillissement est effectué à température ambiante. Le vieillissement artificiel est divisé en vieillissement artificiel incomplet, vieillissement artificiel complet et vieillissement excessif.

(IV) Traitement cyclique Le traitement cyclique est une méthode de traitement thermique assez particulière pour les alliages d'aluminium. Les pièces moulées en alliage d'aluminium sont refroidies à une certaine température inférieure à zéro (telle que -50 °C, -70 °C, -195 °C) et maintenues à cette température pendant une certaine période de temps. Ensuite, les pièces moulées sont chauffées en dessous de 350 °C, provoquant la contraction et l'expansion répétées du réseau de la solution moyennement solide dans l'alliage et provoquant un léger déphasage des grains de chaque phase. Le but de cette opération est de rendre les régions de ségrégation atomique au sein du réseau cristallin de ces solutions solides et les particules de composés intermétalliques dans un état plus stable, de manière à atteindre l'objectif consistant à rendre les dimensions et les volumes des pièces du produit plus stables. Ce processus de traitement thermique composé de chauffage et de refroidissement répétés convient aux pièces qui nécessitent une haute précision et des dimensions stables lors de leur utilisation. Généralement, les moulages ordinaires ne subissent généralement pas ce traitement. III. Éléments clés du traitement thermique #(I) Exigences relatives à l'équipement de traitement thermique L'équipement de traitement thermique joue un rôle crucial dans le processus de traitement thermique des alliages d'aluminium. Premièrement, étant donné que la plage de différence de température entre les températures de trempe et de vieillissement des alliages d'aluminium n'est pas grande, la différence de température à l'intérieur du four doit être contrôlée à ± 5 °C. En effet, la température de trempe des alliages d'aluminium est proche du point de fusion des composants eutectiques à bas point de fusion contenus dans l'alliage. Si la différence de température est trop importante, cela peut conduire à une microstructure inégale de l’alliage d’aluminium, affectant ainsi ses propriétés. Par exemple, dans la production réelle, si la différence de température à l'intérieur du four dépasse ±5 °C, le degré de solution solide des pièces moulées en alliage d'aluminium au niveau de différentes pièces peut varier, ce qui affectera alors les propriétés mécaniques telles que leur résistance et leur dureté. Deuxièmement, il est nécessaire que les instruments de mesure et de contrôle de la température soient sensibles et précis pour garantir que la température se situe dans la plage d'erreur ci-dessus. La précision des instruments de mesure et de contrôle de la température ne doit pas être inférieure au grade 0,5. De cette manière, la température à l’intérieur du four peut être contrôlée avec précision pour garantir la stabilité et la fiabilité du processus de traitement thermique. Par exemple, certains équipements de traitement thermique avancés sont équipés d'instruments de mesure et de contrôle de la température de haute précision qui peuvent surveiller la température à l'intérieur du four en temps réel et effectuer des ajustements automatiques en fonction de la courbe de température prédéfinie pour garantir que les pièces moulées en alliage d'aluminium sont toujours en place. un environnement de température approprié pendant le processus de traitement thermique. De plus, la température dans chaque zone à l’intérieur du four doit être uniforme, avec une différence comprise entre 1 et 2 °C. Pour atteindre cet objectif, l'équipement de traitement thermique est généralement équipé d'un dispositif de circulation pour garantir que l'air chaud à l'intérieur du four puisse circuler uniformément, de sorte que les pièces moulées en alliage d'aluminium puissent être chauffées et refroidies uniformément dans toutes les pièces. Par exemple, certains grands fours de traitement thermique d’alliages d’aluminium adoptent un système de ventilation à circulation forcée. Des ventilateurs haute puissance soufflent uniformément de l'air chaud vers les pièces moulées en alliage d'aluminium, maintenant la température dans chaque zone à l'intérieur du four dans une petite plage. Le réservoir de trempe dispose également de dispositifs de chauffage et de circulation pour assurer le chauffage de l'eau et l'uniformité de sa température. La trempe est l'une des étapes clés du traitement thermique des alliages d'aluminium, et l'uniformité de la température du milieu de trempe affecte directement l'effet de refroidissement et les propriétés mécaniques des pièces moulées. Par exemple, pendant le processus de trempe, si la température du milieu de trempe n'est pas uniforme, cela peut entraîner des vitesses de refroidissement différentes des pièces moulées en alliage d'aluminium au niveau de différentes pièces, entraînant des problèmes tels qu'une contrainte interne et une microstructure inégale. Par conséquent, les dispositifs de chauffage et de circulation du réservoir de trempe peuvent garantir que la température du milieu de trempe est toujours maintenue dans une plage appropriée, améliorant ainsi l'effet de trempe et la qualité des pièces moulées. Enfin, l'eau de refroidissement contaminée doit être vérifiée et remplacée régulièrement. Pendant le processus de trempe, l'eau de refroidissement peut être contaminée par des impuretés et des oxydes à la surface des pièces moulées en alliage d'aluminium, affectant ainsi son effet de refroidissement et la qualité des pièces moulées. Par conséquent, le contrôle et le remplacement réguliers de l’eau de refroidissement contaminée constituent l’une des mesures importantes pour garantir la qualité du traitement thermique. Par exemple, certaines entreprises ont formulé des réglementations strictes sur la gestion de l'eau de refroidissement, testent et remplacent régulièrement l'eau de refroidissement pour garantir le bon déroulement du processus de trempe.

(II) Médias de trempe Les milieux de trempe sont des facteurs importants pour garantir la réalisation de divers objectifs ou effets du traitement thermique. Plus la vitesse de refroidissement du milieu de trempe est élevée, plus le refroidissement de la pièce moulée sera intense (rapide) et plus le degré de sursaturation de la solution solide α dans la microstructure métallique sera élevé, ce qui entraînera de meilleures propriétés mécaniques de le casting. En effet, un grand nombre de phases de renforcement telles que des composés intermétalliques sont dissoutes dans la solution solide α d'Al. Par exemple, des études ont montré que l'utilisation de liquides de trempe PAG avec différentes concentrations a des impacts différents sur les propriétés mécaniques, les caractéristiques de la courbe de polarisation et les propriétés de corrosion intergranulaire de l'alliage d'aluminium 7249. L'alliage trempé avec 30 % de liquide de trempe PAG présente la meilleure résistance et plasticité, avec un faible courant de corrosion et un faible taux de corrosion pendant le processus de polarisation. Il présente une bonne résistance à la corrosion intergranulaire tout en garantissant une résistance et une plasticité relativement élevées, et présente les meilleures performances globales. Un autre exemple est que pour les tôles en alliage d'aluminium 2519A, la résistance de l'alliage qui a été trempé dans différents supports et pré-déformé est supérieure à celle de l'alliage sans déformation. Sous l'état T8, l'alliage a la résistance à la traction la plus élevée lorsqu'il est trempé dans l'eau à 20 °C ; et il a la plus faible résistance à la traction lorsqu'il est trempé à l'air. Pendant ce temps, la résistance à la corrosion intergranulaire et la résistance à la corrosion par exfoliation de l'alliage qui a été trempé dans différents milieux et pré-déformé sont meilleures que celles de l'alliage sans déformation. L'alliage trempé dans l'eau à 20 °C présente la meilleure résistance à la corrosion intergranulaire et à la corrosion par exfoliation, tandis que l'alliage trempé à l'air présente la pire résistance à la corrosion intergranulaire et à la corrosion par exfoliation. De plus, la température de l’eau de trempe a également un impact sur les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium moulés. Des études ont montré que la résistance et la dureté des échantillons d'alliage sont liées à la température de l'eau de trempe, et que la trempe à 80 °C permet d'obtenir des matériaux d'alliage offrant les meilleures performances globales. À cette température de l'eau de trempe, le mode de fracture des éprouvettes d'alliage est principalement une fracture ductile accompagnée d'un clivage local, et l'alliage présente des propriétés mécaniques relativement bonnes.

(III) Instruments et matériaux de mesure et de contrôle de la température

La précision des instruments de mesure et de contrôle de la température ne doit pas être inférieure au grade 0,5. Le four de chauffage de traitement thermique doit être équipé de dispositifs et d'instruments capables de mesurer et de contrôler automatiquement la température, avec des fonctions telles que l'enregistrement automatique, l'alarme automatique, la coupure automatique de courant et le rétablissement de l'alimentation, afin de garantir que l'affichage de la température et le contrôle dans le four est précis et la température est uniforme.

Les instruments de mesure et de contrôle de la température de haute précision peuvent surveiller la température à l'intérieur du four avec précision en temps réel et garantir que la température se situe toujours dans une plage appropriée pendant le processus de traitement thermique. Par exemple, lorsque la température à l'intérieur du four dépasse la plage prédéfinie, le dispositif d'alarme automatique déclenche une alarme en temps opportun pour rappeler aux opérateurs de procéder à des ajustements. Les dispositifs automatiques de coupure de courant et de rétablissement de l'alimentation peuvent couper l'alimentation électrique à temps lorsque la température est anormale ou que d'autres pannes se produisent, protégeant ainsi la sécurité de l'équipement et des pièces. Une fois les problèmes résolus, l'alimentation électrique sera automatiquement rétablie pour assurer la continuité du processus de traitement thermique.

Le dispositif d'enregistrement automatique peut enregistrer les changements de température pendant le processus de traitement thermique, fournissant ainsi un support de données pour une analyse ultérieure de la qualité et l'optimisation du processus. Par exemple, en analysant la courbe d’enregistrement de la température, nous pouvons comprendre les tendances des changements de température à différentes étapes, découvrir d’éventuels problèmes et procéder à des ajustements et améliorations ciblés.

Les fonctions de ces dispositifs de contrôle automatique de la température consistent à améliorer la précision et la stabilité du traitement thermique, à réduire l'interférence des facteurs humains, à garantir que les pièces moulées en alliage d'aluminium peuvent obtenir une microstructure et des propriétés uniformes pendant le processus de traitement thermique, et à améliorer la qualité et la fiabilité. de produits.

IV. Méthodes de renforcement des alliages d'aluminium

(I) Renforcement du travail

Le renforcement par travail est une méthode par laquelle les alliages obtiennent une résistance élevée par déformation plastique. L’essence du renforcement par travail des alliages réside dans l’augmentation de la densité de dislocation lors de la déformation plastique. Après une déformation intense des métaux, la densité de dislocation peut augmenter de 10⁶ par cm² à plus de 10¹² par cm². Plus la densité de dislocations dans l'alliage est grande, plus les dislocations auront la possibilité de se croiser pendant le processus de glissement tout en continuant à se déformer, et plus la résistance entre elles sera grande. En conséquence, la résistance à la déformation augmentera également et l’alliage sera ainsi renforcé.

Le degré de renforcement par travail varie en fonction du taux de déformation, de la température de déformation et de la nature de l'alliage lui-même. Pour un même matériau d'alliage soumis à une déformation à froid à la même température, plus le taux de déformation est élevé, plus la résistance sera élevée, mais la plasticité diminuera avec l'augmentation du taux de déformation. Lorsque la température de déformation est relativement basse, la mobilité des dislocations est faible. Après déformation, la plupart des luxations sont réparties de manière désordonnée et irrégulière, formant des enchevêtrements de dislocations. À l’heure actuelle, l’effet de renforcement de l’alliage est bon, mais la plasticité est également considérablement réduite. Lorsque la température de déformation est relativement élevée, la mobilité des dislocations est plus grande et un glissement croisé se produit. Les luxations peuvent se rassembler et s'emmêler localement, formant des amas de luxations, et des sous-structures et leur renforcement apparaissent. À l’heure actuelle, l’effet de renforcement n’est pas aussi bon que celui de la déformation à froid, mais la perte de plasticité est relativement faible.

(II) Renforcement de la solution

Des éléments d'alliage sont ajoutés à l'aluminium pur pour former des solutions solides à base d'aluminium, qui provoquent une distorsion du réseau et entravent le mouvement des dislocations, jouant ainsi un rôle dans le renforcement de la solution et augmentant sa résistance. Les alliages binaires tels que Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn et Al-Mn peuvent généralement former des solutions solides limitées et ont tous des solubilités limites relativement importantes, ils ont donc des effets de renforcement de solution significatifs.

Par exemple, dans les alliages d'aluminium à très haute résistance contenant du scandium, l'élément Sc, en tant qu'additif courant, peut améliorer la résistance et la ténacité des alliages d'aluminium en formant des solutions solides Sc-Al. Pendant ce temps, des quantités appropriées d’éléments comme Ti et Zr peuvent également favoriser efficacement le processus de solution de renforcement. Grâce à leur interaction avec l'élément Sc, un système de renforcement composite à plusieurs niveaux et multiphases peut être formé.

(III) Renforcement hétérophase

Les hétérophases des alliages d’aluminium sont généralement des composés intermétalliques durs et cassants. Ils empêchent le mouvement des dislocations dans l'alliage et renforcent l'alliage. Par exemple, dans les alliages d'aluminium à ultra haute résistance contenant du Sc, un traitement approprié avec une solution de renforcement peut également améliorer la résistance à la corrosion et les performances à haute température de l'alliage d'aluminium. Cependant, si le nombre d’hétérophases est trop grand, la résistance et la plasticité seront réduites. Plus la composition et la structure de l'hétérophase sont complexes et plus son point de fusion est élevé, meilleure est sa stabilité thermique à haute température.

(IV) Renforcement de la dispersion

Plus la taille des particules de la phase de dispersion est petite et plus leur répartition est uniforme, meilleur est l'effet renforçant. Par exemple, l’ajout de fines particules en phase de dispersion aux alliages d’aluminium peut empêcher le mouvement des dislocations et améliorer la résistance et la dureté des alliages.

(V) Renforcement des précipitations

Lorsque l'alliage est recuit à la température de traitement en solution, les éléments d'alliage se dissolvent dans la matrice, formant une solution solide sursaturée. Ensuite, une trempe est effectuée pour refroidir rapidement la solution solide sursaturée et empêcher la diffusion et la précipitation des éléments d'alliage. Au cours du processus de vieillissement, les éléments d'alliage précipitent à partir de la solution solide sursaturée pour former des particules fines et dispersées de seconde phase. Ces particules sont généralement des composés riches en éléments d'alliage ou des phases intermétalliques, et leur taille, leur forme et leur distribution ont un impact significatif sur la résistance et la dureté de l'alliage.

(VI) Renforcement des limites des grains

Au cours du processus de vieillissement, la phase précipitée a tendance à précipiter aux joints de grains, formant une zone de précipitation aux limites des grains. La zone de précipitation des joints de grains empêche le glissement des joints de grains et améliore la résistance au cisaillement des joints de grains, augmentant ainsi la résistance globale de l'alliage. Dans le même temps, la phase précipitée peut également précipiter aux limites des sous-grains, renforçant les limites des sous-grains et améliorant encore les propriétés mécaniques globales de l'alliage.

(VII) Renforcement combiné

Dans les applications pratiques, plusieurs méthodes de renforcement fonctionnent généralement simultanément. Par exemple, dans les alliages d'aluminium à ultra haute résistance contenant du Sc, en optimisant des paramètres tels que les types d'additifs, la température et la durée de chauffage, le renforcement de la solution peut améliorer considérablement la résistance et la ténacité de l'alliage d'aluminium. Dans le même temps, le renforcement de la solution peut également améliorer la résistance à la corrosion et les performances à haute température de l'alliage d'aluminium. À l'avenir, la microstructure et les propriétés des alliages d'aluminium à ultra haute résistance contenant du Sc renforcées par de multiples additifs de manière coordonnée, ainsi que les propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion des alliages d'aluminium à ultra haute résistance contenant du Sc en service complexe Les environnements peuvent être étudiés plus en détail.

V. Influence du traitement thermique sur les propriétés d'alliages spécifiques

(I) Influence sur la microstructure et les propriétés de l'alliage 2024

L'alliage 2024 appartient à l'alliage d'aluminium de la série Al-Cu-Mg à haute résistance et dureté et est largement utilisé dans l'industrie aérospatiale. Le traitement de mise en solution et le traitement de vieillissement ont un impact important sur la plasticité, la résistance et la résistance à la corrosion de l'alliage 2024.

Pendant le traitement en solution, le premier groupe d'échantillons a été traité thermiquement en solution et maintenu à différentes températures. Les résultats ont montré qu'après le traitement en solution de l'alliage à une température spécifique (telle que 500 °C) pendant 50 minutes, les phases solubles de l'alliage pouvaient être entièrement dissoutes, jetant ainsi les bases d'un traitement de vieillissement ultérieur. Le traitement en solution peut ajuster la répartition des éléments dans l'alliage, en répartissant uniformément les éléments en solution solide tels que Cu et Mg dans les limites des grains et à l'intérieur des grains, formant une solution solide sursaturée, augmentant ainsi la résistance et la dureté de l'alliage. Dans le même temps, le traitement en solution peut également améliorer la plasticité de l'alliage. Les données de recherche montrent que la plasticité de l'alliage 2024 après traitement en solution peut être améliorée dans une certaine mesure.

L’impact du traitement de vieillissement sur les propriétés de l’alliage 2024 est également très significatif. Le troisième groupe d'échantillons a d'abord été traité en solution, puis soumis à un traitement thermique de vieillissement à long terme à différentes températures. L'expérience a révélé que l'alliage pouvait obtenir la meilleure microstructure et les meilleures propriétés après un vieillissement artificiel à 180 °C pendant 10 heures, et que la dureté pouvait atteindre 81,3 HRB. Au cours du processus de traitement de vieillissement, la solution solide sursaturée instable se décomposera et les particules de la seconde phase précipiteront à partir de la solution solide sursaturée et se répartiront autour des grains d'aluminium α(Al), produisant ainsi un effet de renforcement. Le vieillissement naturel des alliages tels que le 2024 peut produire un effet de renforcement par précipitation à température ambiante, augmentant ainsi la résistance de l'alliage. Dans le même temps, le traitement de vieillissement peut également améliorer la résistance à la corrosion de l'alliage. En éliminant les défauts microscopiques et les couches d'oxyde de surface, la qualité de surface de l'alliage est améliorée, ce qui favorise la formation d'un film d'oxyde uniforme et dense, améliorant ainsi la résistance à la corrosion de l'alliage.

(II) Influence sur la microstructure et les propriétés de l'alliage 7075. Le vieillissement en une seule étape a un impact important sur la structure des fibres, la formation de particules de seconde phase, la micro-dureté et la résistance maximale de l'alliage 7075. En mesurant la dureté, la limite d'élasticité, la résistance à la traction, l'allongement et la réduction de surface des échantillons avec différents temps de vieillissement sous le régime de vieillissement en une seule étape à 120 °C, il a été constaté que l'alliage d'aluminium 7075 pouvait obtenir la meilleure combinaison de résistance et plasticité après vieillissement à 120 °C pendant 24 heures. Grâce à l'expérience orthogonale de vieillissement en deux étapes, on savait que pour le traitement de vieillissement en deux étapes de l'alliage d'aluminium 7075, la température de pré-vieillissement était de 140 °C et le temps de maintien était de 4 heures, et la température de vieillissement de la deuxième étape était de 140 °C à 160 °C et le temps de maintien était de 10 heures. Ce processus de traitement pourrait permettre d'obtenir des produits dotés de propriétés plus complètes. Au cours du processus de vieillissement en une seule étape, la structure des fibres de l'alliage 7075 changera. À mesure que le temps de vieillissement s'allonge, la structure des fibres devient progressivement plus dense, ce qui contribue à améliorer la résistance de l'alliage. Dans le même temps, des particules de deuxième phase se formeront également progressivement. Ces particules de seconde phase empêchent le mouvement des dislocations dans l'alliage et renforcent l'alliage. Par exemple, MgZn2 et Al2Mg3Zn3 ont une solubilité élevée dans l'aluminium et une relation évidente liée à la température, et ont un fort effet de durcissement par vieillissement. Le vieillissement en une seule étape peut également améliorer considérablement la micro-dureté et la résistance maximale de l'alliage 7075. À mesure que le temps de vieillissement augmente, la micro-dureté augmente continuellement et après un certain temps, la dureté a tendance à être stable. La résistance maximale augmente également progressivement au cours du processus de vieillissement. En effet, le traitement de vieillissement permet aux composants de renforcement de l'alliage de se dissoudre au maximum et de rester fixes jusqu'à température ambiante, augmentant ainsi la résistance de l'alliage.

VI. Traitement thermique après soudage (1) Influence du traitement thermique après soudage sur la résistance et la ténacité Pour les alliages d'aluminium renforcés pouvant être traités thermiquement, après le soudage, un traitement thermique peut être effectué à nouveau pour restaurer la résistance de la zone affectée thermiquement du métal de base à un niveau proche de la force initiale. Généralement, la rupture du joint se produit généralement dans la zone de fusion de la soudure. Après avoir refait le traitement thermique post-soudage, la résistance obtenue par le métal soudé dépend principalement du métal d'apport utilisé. Lorsque la composition du métal d'apport est différente de celle du métal d'apport, la résistance dépendra de la dilution du métal de base par le métal d'apport. La meilleure résistance est compatible avec le traitement thermique utilisé pour le métal à souder. Bien que le traitement thermique après soudage augmente la résistance, il peut y avoir une certaine perte de ténacité de la soudure. En raison de la précipitation à proximité de la soudure et de la fusion des joints de grains dans la zone de fusion, la ténacité de certaines soudures en alliages d'aluminium renforcés par traitement thermique est très mauvaise. Si la situation n'est pas trop grave, le traitement thermique après soudage peut redissoudre les composants solubles, obtenant ainsi une structure plus uniforme, améliorant légèrement la ténacité et augmentant considérablement la résistance. Par exemple, pour l'alliage d'aluminium 6061 soudé à l'état de traitement thermique T4 (traitement en solution + vieillissement naturel) puis traité avec T6 (traitement en solution + traitement artificiel) après soudage, la résistance de la soudure peut atteindre 280 MPa. Le traitement T6 consiste à chauffer l'alliage d'aluminium à 535 ± 5 °C, à le maintenir pendant 6 heures, puis à le tremper dans l'eau à 80 ± 10 °C, avec un temps de trempe d'au moins 5 minutes. Il est ensuite vieilli dans un four à basse température à 165 ± 5 °C pendant 4 ± 0,5 heures. La dureté après traitement atteint généralement HB80 - 90, l'allongement est supérieur à 8 % et la résistance à la traction atteint 250 - 290 MPa. Pour le joint soudé en alliage d'aluminium 6082 - T6, deux méthodes de traitement thermique, à savoir mise en solution + vieillissement et vieillissement, ont été réalisées. La résistance à la traction du joint soudé 6082 - T6 non traité était de 225 MPa, l'emplacement de la fracture se trouvait dans la zone affectée par la chaleur et la valeur de dureté la plus basse du joint se trouvait dans la zone affectée par la chaleur. Après le traitement de vieillissement, la répartition de la phase de renforcement au niveau du joint soudé 6082 - T6 était plus uniforme, il n'y avait pas de changement évident dans la microstructure de la zone de soudure et la microstructure de la zone de fusion et de la zone affectée thermiquement était légèrement raffiné. La résistance à la traction était de 264 MPa, l'emplacement de la fracture se trouvait toujours dans la zone affectée par la chaleur et la valeur de dureté la plus basse du joint se trouvait toujours dans la zone affectée par la chaleur. Après le traitement de mise en solution + vieillissement, de fines phases de renforcement ont été re - précipitées au niveau du joint soudé 6082 - T6, la microstructure de la zone de fusion et de la zone affectée thermiquement a été significativement affinée, la résistance à la traction a été augmentée à 302 MPa, la rupture s'est produite dans la zone de soudure, et la valeur de dureté était nettement supérieure à celle du joint soudé 6082 - T6 non traité, et la valeur de dureté la plus basse était située dans la zone de soudure.

(II) Points techniques clés 1. Problème de conservation de la chaleur : La technologie clé réside dans le problème de conservation de la chaleur. Il est essentiel de suivre le processus. Le transfert du four à haute température (four à solution) à la trempe à l'eau doit être le plus rapide possible ; sinon, l'effet de la solution sera affecté et, finalement, l'effet du traitement thermique sera influencé. 2. Élimination des résidus : Après le soudage des pièces soudées, si le soudage au gaz ou le soudage à l'électrode enrobée est utilisé, le flux et les scories restants sur et des deux côtés de la soudure doivent être éliminés en temps opportun avant l'inspection visuelle et contrôle non destructif de la soudure. Ceci permet d'éviter que les scories et le flux restant ne corrodent la soudure et sa surface et d'éviter des conséquences néfastes. Les méthodes de nettoyage après soudage couramment utilisées comprennent le lavage à l'eau chaude entre 60 °C et 80 °C ; immersion dans du bichromate de potassium (K2Cr2O7) ou de l'anhydride chromique (CrO3) avec une fraction massique de 2 % à 3 % ; puis lavage à l'eau chaude à 60 °C - 80 °C ; et séchage dans une étuve ou séchage à l'air. Pour tester l'effet de l'élimination du flux restant, de l'eau distillée peut être versée sur la soudure de la pièce soudée, puis l'eau distillée est collectée et versée dans un petit tube à essai contenant une solution d'acide nitrique à 5 %. S'il y a un précipité blanc, cela indique que le flux restant n'a pas été complètement éliminé. 3. Traitement de surface des pièces soudées : grâce à des processus de soudage appropriés et à des techniques de fonctionnement correctes, la surface du joint soudé de l'aluminium et des alliages d'aluminium après le soudage a un aspect ondulé uniforme et lisse. Un traitement d'anodisation, un polissage mécanique, etc. peuvent être effectués pour améliorer la qualité de surface des pièces en aluminium. Cependant, l'aluminium et les alliages d'aluminium sont des métaux mous avec un coefficient de frottement relativement élevé. Si une surchauffe se produit pendant le processus de meulage, les pièces soudées peuvent se déformer, voire se briser, à partir des joints de grains. Cela nécessite une lubrification suffisante pendant le processus de polissage et la pression sur la surface métallique doit être minimisée. VII. Nouvelles méthodes de traitement thermique et approches pour l'amélioration des performances (1) Stratégie de remplacement et de dispersion d'interface L'équipe dirigée par He Chunnian de l'École des matériaux de l'Université de Tianjin a proposé de manière innovante une stratégie de dispersion de « remplacement d'interface » et a réussi à atteindre le niveau de particule unique. répartition uniforme des particules d'oxyde d'environ 5 nanomètres dans les alliages d'aluminium. L'alliage d'aluminium renforcé par dispersion d'oxyde préparé par cette stratégie présente toujours une résistance à la traction sans précédent (environ 200 MPa) et une résistance au fluage à haute température jusqu'à 500 °C. Pour la plage de température de 300 °C à 500 °C, qui constitue la plus grande préoccupation dans les domaines actuels tels que l'aérospatiale, les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium traditionnels diminuent fortement, tandis que l'alliage d'aluminium préparé par cette stratégie dépasse de loin le meilleur niveau de température. matériaux à base d'aluminium signalés à l'échelle internationale. Ils ont d'abord utilisé l'effet d'auto-assemblage lors de la décomposition du précurseur de sel métallique pour préparer des particules d'oxyde ultrafines recouvertes de graphite à quelques couches. La combinaison de liaison chimique la plus forte entre les nanoparticules a été remplacée par la combinaison de force de Van der Waals plus faible entre les couches de revêtement de graphite, réduisant ainsi l'adhésion entre les nanoparticules de 2 à 3 ordres de grandeur. Sur cette base, grâce à un simple processus mécanique de broyage à billes - de métallurgie des poudres, la dispersion uniforme de particules d'oxyde ultra-fines au niveau d'une seule particule avec une fraction volumique élevée (fraction volumique de 8%) dans la matrice d'aluminium a été obtenue, et l'alliage d'aluminium présentait des propriétés mécaniques à haute température et une résistance au fluage à haute température extrêmement exceptionnelles. Les résistances à la traction de ce matériau à 300 °C et 500 °C sont respectivement de 420 MPa et 200 MPa ; dans des conditions de fluage de 500 °C et 80 MPa, le taux de fluage en régime permanent est de 10⁻⁷ s⁻¹. Cette recherche révèle l'extraordinaire mécanisme de résistance à la chaleur des nanoparticules ultrafines dans l'amélioration des métaux légers et fournit de nouvelles idées pour le développement de matériaux métalliques légers, à haute résistance et résistants à la chaleur et leurs applications dans l'aérospatiale, les transports et d'autres domaines. (2) Technologie de traitement par impulsions électriques En 2015, Xu Xiaofeng de l'Université de Jilin a proposé la technologie de traitement par impulsions électriques (EPT) pour les alliages d'aluminium. Cette technologie repose sur un apport instantané de haute énergie pour raccourcir le temps de solution de l'alliage d'aluminium 7075 à 220 ms. La technologie de traitement par impulsions électriques peut accélérer considérablement le processus de solution dans l'alliage d'aluminium 7075. Bien que, par rapport à la méthode de solution traditionnelle, la sursaturation des échantillons traités avec un courant pulsé soit légèrement inférieure, l'effet combiné du raffinement des grains et du raffinement de la phase précipitée provoqué par le traitement par courant pulsé est meilleur et la résistance après vieillissement artificiel est supérieure à celle des échantillons traités avec le traitement T6 classique. De plus, le temps de traitement du traitement par courant pulsé est inférieur à 1 s, ce qui peut éviter la déformation et l'oxydation du matériau pendant le processus de traitement thermique. Après SST (traitement en solution) et EPT, le diagramme de microstructure optique montre qu'une recristallisation s'est produite dans l'alliage. La taille des grains des échantillons traités avec un courant pulsé n'est que de 15 µm, alors que la taille des grains des échantillons de solutions traditionnels est de 53 µm. La résistance à la traction et l'allongement de l'alliage après traitement en solution et traitement par courant pulsé ont été améliorés. Après vieillissement artificiel, l'alliage traité par courant pulsé présente une résistance plus élevée et une faible perte d'allongement. On peut considérer que la structure à grains fins après traitement par courant pulsé apporte une contribution supplémentaire à la résistance de l'alliage.

(III) Traitement cryogénique Le traitement cryogénique peut non seulement éliminer les contraintes résiduelles des alliages d'aluminium, mais également améliorer la stabilité dimensionnelle des alliages et réduire la déformation d'usinage. Le traitement cryogénique peut améliorer les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium telles que la résistance, la plasticité et la résistance aux chocs. Par exemple, une fois que l'alliage d'aluminium est soumis à un traitement à haute et basse température à cycle chaud-froid à l'aide du four de trempe cryogénique intégré DJL (Dejieli), la valeur de la contrainte résiduelle de l'alliage d'aluminium est considérablement réduite et la contrainte résiduelle de l'alliage d'aluminium est considérablement réduite. l'alliage d'aluminium peut être réduit de plus de 50 % au maximum. Le traitement cryogénique des alliages d'aluminium à l'aide du four de trempe cryogénique intégré DJL peut réduire efficacement la déformation d'usinage des produits en alliage d'aluminium et améliorer le rendement de traitement du produit. Le traitement cryogénique peut réduire efficacement les contraintes résiduelles à l'intérieur des composants en alliage d'aluminium, améliorer la stabilité dimensionnelle et la précision de l'alliage d'aluminium et empêcher la déformation lors d'une utilisation ultérieure. L'effet de plusieurs traitements par cycle chaud-froid est meilleur qu'un seul traitement, et le nombre de fois généralement recommandé est de 2 à 3 fois.