鋁合金之熱處理

熱處理(heat treatment)是指對材料施予適當的加熱或冷卻，利用加 熱或冷卻的相互配合來得到所需之特性為目的。對鋁合金而言，只有

弛力退火(stress-relief annealing)。主要目的是要去除加工硬化，亦 即去除加工時所造成之內應力。通常只需將鋁合金加熱至 340±10℃之 溫度，保溫 1 小時候在進行爐冷或空冷。為避免過度氧化和晶粒成長 (grain growth)，最高的弛力退火溫度以不超過 410℃為宜。

完全退火(full annealing)。主要目的在於完全軟化，亦即消除消除 析出硬化效果或消除高溫加工後速冷之影響。通常將鋁合金加熱至 415~440℃的溫度，保溫 2 小時，再進行爐冷(最大冷速以不超過 28℃

/hr 為宜)至 260℃。

二、安定處理(stabilization)

經過安定處理後的鑄件會提升其延展性，但卻會降低其強度。這 是因為內部結構能量的釋放，材料到達一個低能量狀態對於更進一步 回復的驅動力降低，在低溫環境下使其結構不再發生變化。做過安定 處理後其強度不隨時間改變而變化，未做安定處理其強度會隨時間增 加而逐漸降低^[33]。

三、時效硬化處理

時效硬化(aging hardening)又稱析出硬化，其原理是利用過飽合基 地微細析出物的析出來阻止差排移動。鋁合金析出硬化的三個步驟：

1.固溶處理(solution treatment)；2.淬火(quenching)；3.時效處理(aging treatment)。析出硬化的每個步驟對於析出硬化的效果都有著莫大的影 響，若是方法使用不當，將可能損失掉其機械性質，故欲發揮析出硬 化之效果，就必須了解每個步驟與其影響因素。

1. 固溶處理

此過程主要將鋁材加熱至α單相區，維持一段時間使溶質全部都 溶入基地而成為α相過飽和固溶體。但溫度不可超過共晶溶解溫度，

否則沿晶界將有溶解現象，形成過熱(overheating)處理，導致淬裂、機 械性質變差現象。在固溶溫度內，若溫度越高，其原子的擴散速率就 越快，析出硬化的效果也更加顯著。

一般固溶處理的時間(soaking time)應足以讓溶質內的原子全部都 溶入基地，因此有其最佳時間。若時間太長則會造成晶粒過度成長。

此外材料厚度和加熱所使用界質的不同，均會影響加熱的時間和受熱 的均勻程度。表 2.5^[34]為鍛造用鋁合金之適當固溶處理與淬火延遲時間。

厚度的計算取材料截面最窄處；空氣爐時間的計算以爐溫升至所定溫 度開始計時；鹽浴爐的時間計算以浸入時開始計時。

表 2.5 鍛造用鋁合金固溶處理時間及淬火延遲時間^[34]

a.熱處理件由爐中取出至淬火界面這期間稱為淬火延遲時間(qwench delay time)要短到足以使表面溫度高於析出物產生的溫度。b.淬火界面 的體積、熱吸收量與流動速率必須足夠以避免析出。若在淬火過程中 斷將可能引起其零件溫度的回升而達到其敏感溫度範圍(260~400℃)。

淬火介質必須較快的淬火速率，使所有零件均可快速通過此範圍，否 則將導致降伏強度、韌性及抗腐蝕性的能力降低。

3. 時效處理

將淬火後所得之過飽和固溶體，置於常溫或加熱至一定溫度，保 持一最佳時間，則固溶體的金屬會以化合物型態析出，形成強化的機 構。置於常溫下進行析出稱之為自然時效(natural aging, NA)，通常會需 要較常的時間，故一般時效硬化型合金均不採用此方式；置於高溫下 的析出稱之為人工時效(artificial aging, AA)，通常以鹽浴爐或空氣爐來 保持溫度。

性質有所差異，故須注意溫度控制及爐內溫度的均勻度^[33]。

圖 2.8 典型硬度與時效時間曲線圖^[35]