Al-Cu-Mg-Ag合金的固溶热处理就是在较高温度下使合金元素充分溶解到α-Al基体中，然后快速冷却以得到过饱和固溶体，使其在后续的时效热处理中析出尽可能多的强化相(Ω、θ''''相)，以提高合金的力学性能，是时效热处理的前期准备过程［7］。影响固溶热处理的主要工艺参数有:固溶温度、固溶时间和冷却速度。固溶温度越高，Cu、Mg、Ag等合金元素在合金中的固溶度越高，合金元素的扩散速度越快，固溶时间也就越短。但是当固溶温度过高时会使合金中的低溶点相发生溶化，即出现过热现象;同时弥散分布的金属间化合物也会发生长大粗化，导致合金性能降低。因此，固溶温度对Al-Cu-Mg-Ag合金性能的影响比较敏感［15］，而固溶时间对Al-Cu-Mg-Ag合金的影响较小，为了阻止强化相的析出趋势，固溶后冷却速率需要足够大，一般选择室温水淬。表2是当前典型的几种Al-Cu-Mg-Ag合金的固溶热处理工艺。从表2发现，含Ag的Al-Cu-Mg系铝合金，由于其合金化元素种类多，含量高(尤其是Cu的含量较高)，且Cu原子的扩散速率又比较低，应选择较高的固溶温度;但该合金的过烧敏感性又很高，因此一般选择的固溶温度在510～530℃范围内，稍微低于过热温度;保温时间通常在2h左右，对于大块材料(厚的板材，粗的棒)可以适当延长保温时间。
2时效热处理
Al-Cu-Mg-Ag合金经固溶热处理后形成过饱和固溶体，在人工时效过程中，微量Ag元素降低合金基体{111}A1面的层错能，促使Ag-Mg团簇和{111}A1面上聚集的Cu原子聚集(Cu原子在{111}A1面上发生偏聚，形成{111}A1面GP区)，成为Ω相的形核质点;同时过饱和固溶体中Cu原子易直接从{100}Al面上脱溶析出(形成Cu原子团的偏聚区，即{100}A1面GP区);随时效时间的延长，它们分别脱溶析出强化相Ω相和θ''''相;θ''''相和Ω相是亚稳相，在较高温度下最终转化为平衡相θ相。即Al-Cu-Mg-Ag合金的脱溶序列为:SSS(过饱和固溶体)Ag-Mg团簇Ω相θ相、SSSCu-Cu团簇GP区θ''''相θ相。时效过程中Ω相和θ''''相的密度和形态决定时效的效果，进而影响合金的性能。因此，可以通过改变时效工艺来改善Al-Cu-Mg-Ag合金的性能，常用的时效工艺有单级时效、多级断续时效、形变时效、应力时效等。
2．1单级时效单级时效是2000系铝合金常用的热处理制度，同时也是其它时效工艺的基础。Al-Cu-Mg-Ag合金的单级时效分为自然时效和人工时效。自然时效由于抑制了强化相Ω相的析出，合金的强度较低。单级人工时效促进了强化相Ω和θ''''相的析出，合金的强度较高。由于Al-Cu-Mg-Ag合金在较高的温度(165℃以上)时效时才会析出Ω相，且Ω相的尺寸随时效温度的升高而增加，过高的时效温度(250℃以上)更容易使Ω相和θ''''相粗化或者转化为θ相，对晶界也有所削弱，从而降低合金性能［21-22］。因此，Al-Cu-Mg-Ag合金单级人工时效，一般选择时效温度为160～200℃。但是高温短时间人工时效能够极大地提高合金的高温持久性能，对Al-5．06Cu-0．44Mg-0．3Mn-0．55Ag-0．17Zr合金［23］在高温(250℃)时效后在200℃/300MPa下进行持久试验，其峰值时效状态的持久寿命长达31h;而对应的165℃时效后的持久寿命小于16h。Al-Cu-Mg-Ag合金有很高的时效响应速度，且在相同条件下时效温度越高达到峰时效的时间也越短［23-25］，文献［23］中的合金在250℃下时效5min后就达到了峰值强度(σb=458MPa)。Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程为单峰时效过程，即经过欠时效、峰时效和过时效阶段。欠时效态合金虽然析出相的密度没有达到最大值，但是析出相更加细小，使其有较高的强度，同时在高温使用时会发生二次强化相的析出，使其有很好的抗蠕变性和耐高温性［26］。峰时效态合金(达到峰时效的时间一般为4～10h)组织由大量Ω相和少量的θ''''相组成，析出相密度达到最大值，常温力学性能最好［4，27］，对于Al-4．83Cu-0．45Mg-0．50Ag-0．29Mn-0．12Zr合金［4］在165℃下时效6h后达到峰值强度σb=472MPa，σ0．2=455MPa，对应的伸长率为12．68%。过时效态合金，随着时效时间的延长合金的强化相逐渐粗化，强度有所下降。
2．2多级断续时效多级断续时效是Lumley等在研究Al-Cu-Mg-Ag合金的抗蠕变性时发现的，根据这一现象CSIRO公司发明了T6I6和T6I4等多级时效热处理技术;与单级人工时效(T6态)相比，除保留与T6态相同的性能外，由于θ''''相的析出密度得到提高，使Al-Cu-Mg-Ag合金的塑性得到提高［28-31］。Al-Cu-Mg-Ag合金的多级断续时效一般是三级时效。在第一级的高温欠时效(一般时效温度为160℃或185℃，时效时间≤2h)过程中，析出大量的Ω相和少量θ''''相，并随着时效时间的延长，析出相不断长大(同单级欠时效)。在第二级的低温时效(时效温度为室温或65℃)过程中，Ω相的析出受到抑制，而θ''''相继续析出。在第三级的较高温再时效(时效温度为150℃或165℃)过程中，Ω相和θ''''相同时析出长大，Ω相为主要强化相，θ''''相相对较少［28，31-33］。最后合金组织中析出大量的Ω相和θ''''相，使合金具有很好的强度和塑性。有时为了简化试验流程省去第二级的低温时效，合金也能获得较好的性能［28］。张坤等［29］对高纯Al-4．61Cu-0．47Mg-0．44Ag合金采用二级时效工艺，第一级采用185℃×30min预时效后水淬，然后进行150℃×25h较高温时效，该工艺明显缩短热处理周期，同时合金强度与T6态相当(σ0．2=420MPa左右)，伸长率却由8%升高到14%，使塑性得到显著改善。对于Al-5．3Cu-0．8Mg-0．5Ag-0．3Mn-0．15Zr合金［28，30］在185℃下欠时效2h后，当在较低的温度(65℃)下进行二次时效时，合金的硬度为151HV比T6态(185℃×4h)低10HV，伸长率为14%比T6态高1．4%;当在较高的温度(150℃)下进行二次时效时，合金的硬度为165HV、伸长率为13．8%，都高于T6态。对于Al-(4．8～4．9)Cu-(0．43～0．47)Mg-(0．30～0．39)Ag-0．15Zr合金［31-32］，先在160℃时效2h，然后在65℃下时效67～240h，二级低温时效对合金的硬度几乎没有影响，然后三级时效在160℃时效24h左右达到峰值硬度160HV左右，合金的性能和T6态(160℃×12h)相差不多。
2．3形变时效形变时效热处理将加工硬化和时效析出强化相结合以改善合金的性能。在固溶后时效前对合金进行预变形，增加合金组织中的位错密度，利用沉淀相在位错线上优先形核，增加沉淀相的形核率和析出相的密度，降低时效析出相的尺寸，改变合金在后续时效过程中的脱溶序列，进而改变合金的微观组织结构［34-35］。在传统的Al-Cu-Mg系铝合金的预变形时效过程中，由于预变形引入大量位错亚结构促进了非均匀形核的强化相θ''''的析出，使合金的强度得到显著提高［36］。但是形变时效(一般选择的预变形量为2%～6%)对Al-Cu-Mg-Ag合金性能的影响则较为复杂，这可能是由于合金成分、时效温度和时间以及预变形量的不同，导致析出的强化相θ和Ω相的密度和尺寸不同，进而影响合金的性能。陈瑞强等［37］发现Al-5．12Cu-0．40Mg-0．89Ag-0．32Mn-0．17Zr合金的最佳形变热处理工艺为4%预拉伸、165℃×10h人工时效，该合金可获得室温σb≥473MPa，σ0．2≥428MPa，δ≥11．3%的满意综合性能;文献［38-39］也认为，时效前的预拉伸能提高合金的性能。但肖代红等［40］对Al-5．3Cu-0．8Mg-0．3Ag合金的预拉伸量为0、2．5%、5%的3种状态的合金在185℃经峰时效处理后，其室温σb分别为530、510、475MPa，σ0．2分别为477、456、410MPa，δ分别为10．5%，11．0%、12．3%，这显示时效前预拉伸降低了合金的强度提高了合金的塑性。而李周兵等［41］对Al-5．20Cu-0．40Mg-1．02Ag-0．2Mn-0．17Zr合金进行0、4%预拉伸后，再在165℃下进行时效，此时σb分别为492MPa、508MPa，σ0．2分别为455MPa、468MPa，δ分别为15．2%、12．9%，此结论与文献［40］的相反，即时效前预拉伸提高了合金的强度降低了合金的塑性。一般认为时效前预拉伸(或冷加工)不改变析出相的种类，由于增加了位错密度，抑制了{111}Al面Ω相的析出，但是却细化了Ω相的尺寸;位错和晶界缺陷为θ''''相的异相形核提供了形核质点，从而促进了{100}Al面θ''''相的析出［37，41-45］。由于高温强化相Ω相体积分数的减少，峰时效状态的合金的耐热性能降低;同时总体上造成时效态合金的时效过程延缓，硬化水平降低，峰时效时间延长［40，42］。
2．4应力时效应力时效是指在时效过程中引入一个小于屈服极限的应力，在温度和应力的耦合作用下，使析出的强化相发生显著变化。时效过程中施加外应力不会改变合金再结晶晶粒的形貌，但对Al-Cu-Mg-Ag合金组织中强化相的析出序列、数量、大小和分布等都有显著影响［46-47］。应力时效延缓了Al-Cu-Mg-Ag合金中强化相θ''''和Ω的析出［48］。这可能是由于在应力时效初期(约2min)产生大量位错阻碍了溶质原子的扩散，延缓了Cu-Cu团簇或Ag-Mg共聚团簇的形成，从而延缓了强化相θ''''和Ω的析出，最终使峰时效时间延长。应力时效能够促进θ''''相的析出，而抑制Ω相的析出，使合金的峰值硬度降低［49］。这可能是因为外加应力的存在，产生了大量的位错，为θ''''相的异相形核提供了有利的位置，但位错的存在不利于溶质原子的扩散，阻碍了Mg-Ag共聚原子团簇的形成，从而延缓了合金中强化相Ω的析出，最终使合金的硬度下降。在应力时效作用下，Al-Cu-Mg-Ag合金的强化相θ''''相和Ω相均沿某一方向(外加拉应力的方向［50］)呈择优取向析出，即产生应力位向效应。研究发现，外加应力对Al-Cu-Mg-Ag合金时效动力学过程的影响主要是在相的成核阶段，且存在一个调整微观结构演化的临界应力值，当超过临界值时易在惯析面成核，即在惯析面析出沉淀相;在160℃下，对θ''''相临界应力为16～19MPa，对于Ω相临界应力为120～140MPa［50］。根据扩散理论结合弹性理论［49］，外应力会使得合金中溶质原子沿不同的方向扩散速度不同，使时效初期共格片状相出现择优取向效应，从而产生位向效应。Eshelby弹性夹杂物理论［46，51］认为，外加应力与不同变体相互作用引起的系统弹性性能变化的不同将导致析出相择优取向析出，而且析出相在长大过程中错配应变的大小及符号的变化将会产生完全相异的结果。通过塑性和弹性夹杂模型［47］，可以定性预测分布在{100}面和{111}面的相的各向异性。外加应力时效(一般选择200MPa)会降低Al-Cu-Mg-Ag合金的时效硬化速率，延长欠时效的时间，减小峰值硬度，同时也提供了一种控制高强铝合金(屈服强度)各向异性的方式［47］。对于Al-5．3Cu-0．8Mg-0．5Ag-0．3Mn-0．15Zr合金［48-49］在170℃下进行无外加应力时效和200MPa外加应力时效时发现，在没有外加应力时效时，合金硬度在12h后就达到峰值(161．5HV)然后逐渐下降;应力时效的硬度在16h后才达到峰值(157．9HV)，且随时效时间的延长仍保持较高的硬度。
3结语
1铝合金与氧的亲和力很强铝与氧的亲和力比较强，极易与氧结合生成致密而结实的氧化铝薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜严重阻碍金属之间的结合，形成夹渣。同时氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，同时防止在焊接过程中再次氧化。焊接时，一般采用直流反接气体保护焊，利用阴极清理来有效清理表面氧化膜，同时保护气体并对其实施保护。
2铝合金的导热率和比热大铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源在较短时间内以精确实施焊接。特别是对于8mm及以上厚板，焊接前需采用预热等工艺措施。
3铝合金部件焊接时容易形成气孔铝及铝合金焊接时极易产生气孔，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。焊接时产生的气孔主要是氢气孔，而氢气的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分。焊接时，液体熔池在高温下溶入大量气体，在凝固时，气体溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。
二铝合金焊接方法的选择
1焊接方法选择需要考虑的因素
1）根据焊接车间和焊接场地的可能性和焊接足够移动距离来选择焊接设备及方法；
2）焊接后零件的性能是否满足使用要求来选择焊接方法：如焊缝强度、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性能等；
3）焊接加热是否允许对焊缝附近的基体材料产生软化；
4）焊接方法是否满足焊缝的成形性要求；
5）焊接件的用途和工作环境以及焊接接头设计等。
2大截面铝合金焊接常用的焊接方法惰性气体保护焊(TIG与MIG)是应用最广泛的铝及铝合金熔焊方法。
1)装夹固定在大型截面铝型材焊接时，由于铝合金的热导率比较大，必须采用较大的热输入，焊接时很容易发生变形，这是铝合金焊接时要非常注意的问题。这里主要采用反变形法来控制变形。具体实施过程为：在选用合理的焊接顺序的同时，预先将具有插接口的工件拼接完好，并给工件施加反变形的力，装夹固定。从而达到焊后表光滑并能够恰好消除变形的措施。
2)焊前清理焊接前应对母材接头处的表面氧化物及其它油污等附着物进行打磨清理，并进行点焊固定。清理的方法一般采用有机溶剂进行表面去污，同时采用电动钢丝刷去除表面氧化物。选取有代表性的点进行点焊固定，同时为了焊缝美观，要及时打磨焊点。
3)焊接工艺规范焊条或焊丝一般在母材种类、板厚以及性能等要求的基础上，选用能够保证良好焊接质量的焊接材料。焊接电流和焊接速度根据焊接成型要求设定。焊缝坡口一般为对接接头。为了消除水汽并达到理想的熔深，选取合适的焊前预热温度。
三结语
1.1硬质合金材料的选择经过反复实验，多方筛选，在众多硬质合金中选出用YG20作为硬质合金量面用材料。YG20韧性好，加工性能好，能适用砂轮和线切割加工，不易产生裂纹。对提高产品的合格率起到了保障作用。
1.2焊接工艺的确定把硬质合金片焊接到量爪上，保证硬质合金片在量爪上平整，垂直，居中，牢固。我们选择在小高频焊接机上焊接，焊接材料选用银基钎料焊接片，焊接温度640度，焊接后，保温：80度，3小时，以消除焊接应力，保证硬质合金牢固不脱落。
1.3磨削用砂轮的选定硬质合金量面游标卡尺加工时的难点就是硬质合金磨削时难磨、有时磨削3~4个小时尺寸也还是原尺寸，且磨削中硬质合金很容易开裂。根据磨削部位不同，经过反复实验，焊接后加工用的砂轮选为两种。
1.3.1磨平面用砂轮用磨料为碳化硅、粒度46的砂轮磨削量爪平面。磨削时不用冷却液，防止磨削裂纹的产生。
1.3.2磨量面用砂轮用磨料为金钢石、粒度46的砂轮磨削量面。金钢石砂轮有切削力，能有效的磨削硬质合金且无裂纹。
二、技术要点、难点
2.1量爪合金槽的加工加工合金槽时量爪硬度≥52.5HRC，在高硬度量爪上加工出高质量的硬质合金槽。
2.2焊接参数确定焊接温度的控制。硬质合金与量爪的结合应平整，垂直，居中，牢固。
2.3硬质合金量面的磨削保证加工效率和加工时硬质合金不破裂。
2.4硬质合金量面的开刃要求刃面对称，粗糙度：Ra不大于1.6μm。
三、实施步骤
3.1制定加工方案
3.1.1选择硬质合金材料经过反复实验,多方筛选,在众多硬质合金中选出用YG20作为硬质合金量面用材料。
3.1.2确定焊接工艺选择在小高频焊接机上焊接，焊接材料选用银基钎料焊接片，焊接温度640度，焊接后，保温：80度，3小时，以消除焊接应力，保证硬质合金牢固不脱落。
3.1.3选定磨削用砂轮（1）磨平面用砂轮用磨料为碳化硅、粒度46的砂轮磨削量爪平面。磨削时不用冷却液，防止磨削裂纹的产生。（2）磨量面用砂轮用磨料为金钢石、粒度46的砂轮磨削量面。金钢石砂轮有切削力，能有效的磨削硬质合金且无裂纹。
3.2编制加工工艺根据我公司加工特点和能力，以及零件的要求，按初装配磨量面线切割合金槽合金槽打砂处理高频焊接合金回火处理磨平面磨量面线切割合金刃线切割量爪外形磨外形的路线进行加工。
3.3跟踪工艺实施在生产时，跟随零件加工过程，经过多次试验，不断优化工艺，解决出现的问题。
3.3.1合金焊接后脱落合金焊接后易脱落，增加了焊前合金槽打砂处理，焊后回火处理，解决了问题。
3.3.2合金难加工，易碎裂经过反复实验,多方筛选,在众多硬质合金中选出用YG20作为硬质合金量面用材料。YG20韧性好,加工性能好,能适用砂轮和线切割加工.不易产生裂纹。
四、验收结论
（1）用该工艺生产的的硬质合金量面游标卡尺，其合金量面硬度高，耐磨，红硬性好。（2）产品质量稳定、可靠、精度高，达到游标卡尺的国家标准。（3）用该工艺生产的合金量面游标卡尺质量上乘，废品率低，且成本低，容易加工，便于操作，有广泛的前景。
五、经济效益
1.1成分控制
6082铝合金型材的力学性能要求很高，其抗拉强度σb≥320MPa。Mg2Si含量从0.5%增加至1.0%时，合金的抗拉强度可提高一倍，继续提高Mg2Si含量可使抗拉强度进一步提高，但是合金的淬火敏感性和挤压变形抗力也随之增加，故Mg2Si含量宜控制在1.3%～1.5%。另过剩Si对合金的强度提高有很大帮助，但同时也会增加脆性，降低合金的挤压塑性，一般过剩Si含量控制在0.2%～0.4%为宜。6082合金还需添加一定量的Mn元素，以提高合金的再结晶温度，阻碍挤压时发生再结晶或再结晶晶粒长大，细化晶粒。但Mn含量过高会增加合金的淬火敏感性，同时会形成粗大的含Mn第二相，降低其对再结晶过程的抑制作用，还会影响到合金铸造性能，随着Mn含量增加其粘度增大，流动性下降，因此Mn含量应控制在0.4%～0.6%的范围内。
1．2铸造生产工艺
由于6082合金的特点是含难熔金属Mn，Mn的存在易引起晶内偏析及固液区塑性降低，导致抗裂能力不足，故熔铸工艺主要注意两点:第一，选择合适铸造温度，温度过高会使液穴加深，温度梯度加大，导致铸造应力增加，产生铸造裂纹;温度过低将降低金属流动性，易产生冷隔、夹渣、不易于气体逸出，因此熔炼温度应控制在730～750℃内，且搅拌均匀保证金属完全熔化、成分均匀;第二，控制铸造速度，铸造速度较高，会使液穴加深，延伸到结晶槽之外，易形成中心裂纹，同时铸造凝壳层变薄，偏析瘤加大;铸造速度较低，同液穴在结晶槽之内，易产生表面裂纹及冷隔等缺陷;铸造速度也要适当降低，控制在80～100mm/min内。
2均匀化生产工艺
2．1铸态组织
合金铸态金相显微组织可知合金的铸态组织主要由树枝状α(Al)固溶体、骨骼状非平衡共晶相β(AlMnFeSi)和晶界组成。树枝状晶晶内偏析严重，成分不均匀，晶界处的骨骼状非平衡共晶对合金的塑性有不利影响，铸态合金必须进行均匀化处理才有良好的挤压性能。
2．2均匀化
均匀化保温后的冷却速度对型材的最终力学性能有重要影响，随着冷却速度提高，型材力学性能逐渐升高。当冷却速度低于100℃/h时，抗拉强度只有180MPa，远低于工业型材的要求;当冷却速度为200℃/h时，抗拉强度可达到300MPa，基本满足工业型材的要求，冷却速度继续提高，抗拉强度还有一定幅度的提高。均匀化后，冷却速度不仅对铸锭的组织产生影响，也对挤压在线热处理后型材的组织产生重要影响。铸棒经过挤压在线热处理时，由于挤压变形热的作用，合金温度可以上升至强化相的固溶温度，但由于持续时间很短(一般只有几十秒)，铸棒缓慢冷却产生的粗大析出相来不及充分固溶，型材冷却后固溶体的过饱和度不足，甚至还有粗大析出相在基体中分布严重消弱了时效处理后型材的力学性能;而铸棒快速冷却产生的细小颗粒状弥散分布则可以快速充分固溶，型材冷却后得到过饱和固溶体，对强化合金起到主要作用。经过这些变化，6082合金挤压性能得到很大改善，晶内偏析消失降低了挤压时金属流动的不均匀性，提高了挤压型材的表面光洁度;组织中片状粗大Al-Fe-Si相的转变和细化减轻了型材表面裂纹倾向，改善了合金的可挤压性，提高了挤压速度。为保证挤压型材有足够高的力学性能，合理的均匀化工艺为:2.5h升温至580℃，保温1h，然后降温至570℃，保温8h，均匀化后冷却速度≥200℃/h。
3挤压生产工艺
3．1铝棒温度
6082合金变形抗力大，强化相Mg2Si的含量较高，铝棒温度要求尽量高一些，但是温度过高则型材侧边出现裂纹的倾向增加，不利于提高挤压速度，生产效率较低。所以铝棒温度一般控制在470～500℃为宜。
3．2挤压速度
6082合金中Si含量较高，除与Mg元素以1∶1．73的比例形成强化相Mg2Si以外，还含有大概0.3%的过剩Si，导致合金的脆性明显增加。挤压速度提高以后，很容易在型材的侧边出现裂纹现象，所以挤压速度一般选择在10～15m/min，宽展挤压取下限。
3．3淬火生产工艺
6082合金强化相Mg2Si的含量较高(一般在1.3%～1.5%)，要使其完全固溶，须保证型材出口温度(淬火温度)在固溶度曲线以上，否则由于固溶不充分，降低冷却后的过饱和度，进而影响时效后的力学性能。反应了出口温度对力学性能的影响，可以看出，随着出口温度的升高，合金的力学性能逐渐提高，当出口温度达到550℃时，抗拉强度达到峰值345MPa，而当出口温度低于500℃时，抗拉强度只有275MPa。为得到较高的力学性能，型材出口温度应大于530℃。由于合金中含有Mn元素，促进晶内金属间化合物形成，对淬火性能有不利影响，导致6082合金淬火敏感性增加，要求淬火冷却强度大且冷却速度快。本试验中所提到的6082铝合金工业型材，由于对表面质量有特殊的要求，不能使用水淬进行冷却，而是采用强风淬进行冷却，这就在一定程度上限制了冷却速度。淬火冷却速度越高，强化相Mg2Si越来不及析出，固溶体的过饱和度也就越高，对时效后型材的力学性能越有利。
4时效生产工艺
合金经过挤压在线热处理后，只是得到溶质为Mg2Si的过饱和固溶体，此时的力学性能远不达标，必须进行时效处理，使过饱和固溶体分解，在基体中沉淀析出细小弥散分布的强化相，以显著提高合金的力学性能。合理的时效工艺既要保证产品性能，又要考虑生产效率及生产成本，经过反复试验证明，时效温度175～185℃，保温时间6～7h，为6082型材最佳时效工艺，时效后抗拉强度σb≥320MPa，延伸率δ≥10%。
5结论
铝的化学性质活泼，表面易形成氧化膜，在焊接时容易形成未熔合及夹渣缺陷，使接头的性能降低；氧化膜对水分有很高的吸附能力，易产生气孔缺陷；另外，还出现裂纹、接头软化和耐蚀性降低等问题。
1.1气孔
铝合金焊接时主要产生的气孔是氢气孔，而氢的来源有三：空气中的水分侵入熔池；保护氩气中含水分大；坡口及焊丝清理不干净。因此，解决气孔的主要措施是：
a）适当预热，降低熔池的冷却速度，有利于气体逸出；
b）制定合理的焊接工艺，采用短弧焊接；
c）提高氩气的纯度；
d）清除焊丝和母材坡口及其两侧的氧化膜、水、油等污物。
1.2裂纹
铝合金焊接中产生的裂纹主要是热裂纹，其中大部分是产生在焊缝中的结晶裂纹，有时在热影响区也出现液化裂纹。除了接头中拘束力的影响之外，结晶裂纹的产生主要是受铝合金化学成分和高温物理性能的影响。当焊接线能量过大时，在铝合金多层焊的焊缝中，或与熔合线毗连的热影响区，常会产生显微液化裂纹。防止裂纹的主要途径是：
a）选配合适的焊丝和尽可能优选母材成分；
b）正确选择焊接方法和工艺参数，宜采用功率大、加热集中的热源；
c）应避免不合理的工艺和装配所引起的应力增大，尽量将焊接应力降低到最小；
d）避免接头在高温下受力，人为地造成裂纹。
1.3焊接接头软化
铝合金管焊接后会产生明显的软化现象，其主要原因是由于焊缝和热影响区的组织与性能变化引起的。防止焊接接头软化的主要方法是：
a）采用加热迅速、热量集中的焊接方法，以减小接头的强度损失；
b）选择合适的焊丝。
1.4焊接接头的耐蚀性
铝合金接头耐蚀性降低的原因，主要与接头的组织不均匀、焊接缺陷、焊缝铸造组织和焊接应力等有关。采取的措施有：
a）选用高纯度的焊丝；
b）调整焊接工艺可以减小热影响区，并防止过热，同时应尽可能减少工艺性焊接缺陷；
c）碾压或锤击焊缝有利于提高焊接接头的耐蚀性；
d）减少焊接应力。
2焊接工艺
2.1焊接方法
通过以上分析和结合现场实际情况，确定焊接方法采用交流钨极氩弧焊。其优点是：具有阴极破碎作用；设备结构和线路简单，不易出现故障；TIG保护性好，电弧稳定、热量集中、焊缝成形美观、强度和塑性高、管材变形小；现场地面施焊，管材可以转动，以平焊位为主，操作容易；可形成较大的熔池，有益于气体逸出，故焊缝中气孔极少。
2.2焊前准备
2.2.1焊接设备与焊材的选用：采用交直钨极氩弧焊机WSE-315，焊材选用HS5356，直径5mm。
2.2.2清理铝合金管母和衬管都有包装，保护比较好，为了避免碰损和油污，在组装焊接时才拆除包装。现场使用坡口机开坡口，用丙酮擦拭坡口及其附近处，然后用铜丝刷清理管母坡口及其内外壁30mm范围、衬管和加强孔附近，之后再用丙酮擦拭，如图1所示。焊丝用化学方法进行清理。管母、衬管、焊丝的清理应根据焊接进度完成，不要一次清理过多，以免造成再次氧化和污染。
2.2.3组装对口制作焊接支架如图2所示，要求管母的轴心线重合，安装可转动胶轮可使管母免受损伤，且焊接位置一直处于水平位置便于焊工施焊，减小了操作难度，保证了焊接质量。衬管的加工要求见图3。制作对口卡具如图4所示，便于定位焊和焊接过程中转动管子时，使高温的焊缝不受外力而产生缺陷。
2.3焊接工艺参数
铝合金管母焊接电流与加热温度的选择尤为重要，如果焊接电流过大，熔池形成速度较快，容易造成烧穿、塌陷等缺陷；如果焊接电流过小，母材较难熔化，熔深浅，易产生气孔、未焊透和熔合不良等缺陷。可通过适当提高预热温度来补偿焊接区热源不足，使焊接顺利进行。具体焊接工艺参数见附表。焊接Φ110mm×4mm铝合金管母线时，焊接电流可适当减小，为160~170A，焊加强孔选择电流200~210A。
3结束语
1.1焊接材料
钛合金焊接一般使用成分与母材相同的焊丝，有时为了提高接头的韧性，在焊接接头强度方面降低要求，应当选择低于母材强度的焊丝。通常将在真空有条件下经过退火处理TA1～TA6和TC3等焊丝用做钛合金焊接，如果以上提到的焊丝无法供应时，可将母材剪切成窄条作为焊丝。
1.2焊前清理
钛合金的焊前清理工作非常重要，通常因为附着污物会引发气孔和夹杂杂质等问题影响焊丝焊接后焊缝的抗腐蚀性和强度，因而钛合金在焊接前必须进行清理。表面处理的常见方法为物理处理和化学处理法，物理处理主要包括表面污垢通过喷砂喷丸和抛光等方式的处理，化学处理主要是通过酸碱等化学物质将钛合金表面的污垢溶解，除去钛合金表面的氧化物，直至表面为钛合金基材为止。
1.3常见的钛合金焊接方法
对于钛合金的焊接方法一发展多年，众多的研究主要集中在钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊等方法等常见的钛合金焊接方法。
1.3.1钨极氩弧焊工艺
对于焊接10mm以上的钛合金母材通常选择钨极氩弧焊工艺，常采用直流正接。张装生等研究人员对对钨极氩弧焊工艺的研究结果表明，在母材焊接过程中要要使用氩气保护气氛来保护焊件的正面、背面，尽可能的使用拖罩保护进行气氛保护。
1.3.2熔化极氩弧焊工艺
MIG焊主要用于焊接钛合金厚板，常采用直流反接。焊接方式依据焊接母材薄厚而不同，通常薄板采用工艺为短路过渡的熔滴过渡焊接方法，而厚板采用工艺为喷射过渡的熔滴过渡方法。该工艺对保护气氛的要求很高，保护气氛气体纯度、焊前清理的要求，MIG焊比TIG焊更为严格。
1.3.3等离子弧焊工艺
一般的等离子弧焊，除了使用热压缩、机械压缩、磁压缩三种基本手段收缩电弧外，是保护气氛中该工艺一般使用氩气与一定比例的氢气来保护，该保护气氛可以提高焊接过程中焊接电弧的收缩性，基于以上原因，使用等离子弧焊焊接工艺焊接钛合金母材时，钛很容易与保护气中的氢形成氢化物，只能使用纯氩气或氩与氦的混合气作为保护气体。当钛板厚度为较薄时，通常采用小孔法焊接，而厚板母材使用熔入法加反面成形垫板焊接工艺。
1.3.4电子束钛合金焊工艺
该工艺通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体逸出功率密度很高的电子束撞击到焊材表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上形成小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。但电子束焊焊接钛合金会在接头中产生较大的残余应力，并随着焊接件厚度的增大而增加，只有焊后对焊件进行完全真空退火方可消除。
1.3.5激光束钛合金焊工艺
激光束焊接适合于某些特殊的焊接，已经成为钛合金焊接的重要手段。邹世坤等采用激光焊接TC4钛合金，获得接头性能与母材相当。郭鹏等人对采用激光束焊接TC4钛合金进行焊接研究，研究结果表明TC4钛合金通过焊接后焊缝平整光滑，外观色泽漂亮，对焊接试样通过无损检测结果表明钛合金焊缝质量达到国标Ⅱ级要求。
1.3.6摩擦焊工艺
钛合金自身良好性能很适合摩擦焊，工艺若调整到合适的范围，也可以在无特殊保护措施的条件下，获得良好的焊接接头。摩擦焊焊接钛合金获得的焊缝硬度略低于母材，进行拉伸试验时试样断裂于母材侧，断口呈现韧性断裂特征。研究人员对TC4钛合金进行搅拌摩擦焊接方式进行焊接，研究结果表明焊接接头的抗拉强度达到母材的92%，焊接接头的搅拌区域为焊接质量最差区域，该区域韧性和强度都较差。
2、钛及钛合金焊接常见缺陷与防止措施
2.1钛合金焊接常见缺陷
2.1.1脆化
高温下钛与氧、氮、氢很容易发生反应,而氧和氮在空气中广泛存在。因此，在焊接热循环作用下钛很难不受影响。因氧和氮固溶于钛中，导致钛金属晶格畸变，因钛合金晶格结构的改变使钛合金拥有高的强度，但塑韧性却弱于母材。随着氢含量在钛合金焊缝中增加,会以片状或针状化合物形态析出，致使焊接接头的冲击韧性降低。焊接过程中焊缝金属和高温近缝区必须受到有效的保护,正反面都很容易在焊接高温下与空气等杂质发生反应导致脆化。
2.1.2焊接裂纹
钛合金因含有硫、磷、碳等杂质很少，钛合金具有很窄的有效结晶温度区间，因而钛合金低熔点共晶很难在晶界出现，因此对热裂纹不敏感。但是焊接过程中保护不好，会有应力裂纹和冷裂纹出现。焊接时由于焊接过程中母材中的氢会向热影响区扩散，导致影响区氢含量增加，在不当的应力情况下就会出现裂纹。另外在气氛中氧氮含量高时，钛合金焊接接头产生一定程度的脆化，因而在出现的强焊接应力导致出现裂纹。
2.1.3焊接气孔
在钛合金的焊接过程中，由于焊接母材和焊丝含有污染物、水或其他气氛杂质，很容易造成在焊缝中形成气孔缺陷，在众多的研究结果同样表面母材或焊丝中的氢、水、氧都会使焊缝的气孔产生率增加。因此，必须严格做好母材及焊丝的焊前清理工作，在焊接前要对母材进行抛光打磨处理，务必保证基材和焊丝的干净，确保焊接的质量。
2.2缺陷的防止措施
TB6钛合金不仅是制造飞机、导弹和火箭等航天器的重要结构材料，而且在惯性导航领域中也逐步开始使用。但由于该材料价格昂贵、难加工以及加工费用高，制约了它的应用。目前我们所承接的导航部件，军方为了提升其强度和寿命，决定淘汰传统的结构钢30CrNi4MoA，使用TB6钛合金材料，这就意味着原来的加工工艺要推倒重来，重新研究TB6钛合金的加工工艺方法。我们对TB6钛合金材料的性能、加工工艺方法及刀具选用等进行了探索和研究，通过各种试验，积累了许多TB6钛合金加工的经验，特别是切削加工用量及刀具的选择，在加工研制过程中得到了验证。本文重点对TB6钛合金精密加工和刀具选用方面的工艺创新作一次全面的阐述，也为今后进一步开展其他钛合金切削加工的研究提供参考与借鉴。TB6钛合金轴向铰轴颈零件如附图所示，其外型复杂，技术要求高，加工难度大。
2.TB6钛合金材料特性分析
钛合金是一种强度高而密度小、机械性能好且韧性和抗蚀性能也很好的不锈钢材料。TB6不锈钢材料加工工艺性差，切削加工困难，特别是在热加工中，非常容易吸收氢、氧、氮和碳等杂质。其加工工艺性主要表现在：（1）摩擦系数大。该材料导热系数低，刀尖切削温度高，切削时产生的切削热都集中在刀尖上，使刀尖温度很高，易使刀尖很快熔化或粘结磨损而变钝。（2）弹性模量小。切削时易产生弹性变形和振动，不仅影响零件的尺寸精度和表面质量，而且还影响刀具的使用寿命。（3）钛合金化学亲和力较强，极易与其他金属亲和结合，在加工中切屑与刀具的粘结现象严重，使刀具的粘结和扩散磨损加大。
3.精加工工艺试验
（1）工艺方法。考虑到该钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄，只有2～3mm，主要配合表面的尺寸精度、形位公差要求高，在零件的加工工艺方法及工艺流程安排时，按粗加工半精加工精加工的顺序分阶段安排加工，同时在每个工序阶段安排热处理工艺，消除加工应力，稳定加工尺寸。这种工艺方法特点主要是通过分阶段的反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图样的要求。其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削以及攻螺纹等。（2）铣削加工及刀具试验方案。钛合金轴向铰轴颈零件加工中，有大量的铣削余量，为了做好铣削加工，我们做了一些试验，特别是在刀具和切削液的选择方面：①刀具材质选择了高硬度、高抗弯强度、韧性和耐磨性好且散热性好的高速W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo5（M42）和硬质合金YG8、K30、Y330。②铣削时采用水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，以延长刀具的使用寿命。为了提高铣削加工效率，在加工中心机床上进行了高效铣削试验，结果效率提升了2～3倍，零件表面质量也得到较大的提高。表1、表2所示分别为通过试验总结的切削用量和刀具参数。（3）孔的精车加工及刀具试验方案。钛合金轴向铰轴颈零件加工中，由于热处理后的表面氧化皮给工艺加工增加了较大困难，为此在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后通过加大走刀量，降低切削速度来车削剩余的氧化皮。在刀具材质的选择、切削用量和切削液的选择方面：①刀具材质选用YG类硬质合金材料。②刀具的几何参数选择前角γ0=4°～8°，后角α0=12°～18°，主偏角j=45°～75°，刃倾角λ=0°，刀尖圆弧半径=0.5～1.5mm。③切削用量按主轴转速n≥230r/min，进给量f≥0.10～0.15mm/r。在同样刀具和切削参数的情况下，选择不同切削液进行切削试验，检查表面粗糙度情况；选定切削液后，使用乳化液冷却，提高了刀具寿度。固定切削参数，选择不同刀具材料进行切削试验，检查表面粗糙度和尺寸控制情况，确定刀具牌号为YG6X、YG10HT；切削液和刀具固定后，选择不同切削参数，对尺寸控制能力进行研究和对目标表面粗糙度实现能力进行验证。（4）内螺纹加工试验方案。由于内螺纹不便在放大镜下观察，也不便进行尺寸精确测量，选择外螺纹进行替代试车观察表面粗糙度，选好参数后进行内螺纹试车验证，并用粗糙度仪检测验证；选择内螺纹车削加工工艺参数试验，验证上述试验确定的切削液工艺要素和刀具材料要素的适应性，螺纹车削的切削接触刃长，功率需求大，切削参数要进行单独的试验验证。（5）孔的磨削加工试验方案。磨削加工阶段，由于TB6钛合金的特质，导致了钛合金磨削非常困难，磨削时砂轮磨损严重，轻易会变钝，同时易在表面产生拉应力及烧伤现象。为此在磨削过程中，通过使用切削液和油，使零件充分冷却，保证了精磨质量。磨削砂轮的材料选用绿碳化硅（TL）、黑碳化硅（TH）两种磨料，选择软砂轮R3、ZR1和ZR2，粒度为46、60。磨削用量的选择如表3所示。（6）铰削加工试验方案。钛合金的钻削加工也比较困难，常在加工过程中出现烧刀和断钻现象，其主要原因是钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等。铰孔是最后一道精加工工序，采用钻孔扩孔（粗铰）精铰的加工工艺方法。在刀具和切削液的选择方面：①刀具材料选用M42高速钢或硬质合金K30；刀具的几何参数选择前角γ0=3°～7°，后角α0=12°～18°，主偏角j=5°～18°。校准部分刃带宽度b=0.05～0.15mm，过宽会轻易同钛合金加工表面粘结，过窄会轻易在铰削时产生振动。铰刀齿数为z=4（铰刀直径为12mm）。②铰削时应不断地注入冷却液以获得较好的表面质量，同时应勤排屑，及时清除铰刀刃上的切屑末，铰削时要匀速地进退刀。通过上述几个步骤的试验分析，得出TB6钛合金的各种加工工艺特点，以此为基础，形成TB6钛合金切削工艺方法，并将关键技术点总结出来，拟定了TB6轴向铰轴颈加工的工艺方案。
4.结语
