[发明专利]用于对铝工件进行热处理的方法和装置、以及铝工件

说明书

技术领域

本发明涉及一种对铝工件进行热处理的方法，包括如下步骤：提供基本上处于T4结构状态的铝工件，以及通过人工老化使该工件的第一部分经历第一析出硬化工艺，从而改变该工件的第一部分的结构状态。

本发明进一步涉及用于对铝工件进行热处理的装置，特别是实施上述方法的装置。该装置包括处理室和加热设备，处理室被构造为在热处理期间能容纳铝工件的至少一部分，加热设备则构造为将位于所述加热室的加热区中的铝工件的至少一部分加热。

本发明还进一步涉及一种铝工件，特别是可由上述方法制造的铝工件。

背景技术

铝工件被广泛用作工业建筑中的结构组件，特别是用来替代较重的钢组件。然而，对于一些应用来说，难以找到能够提供结构特性与所要替代的钢结构相似的铝工件。尤其对于包括具有不同材料特性(例如，强度或延展性)的多个区段(section)的一体式(one-piece)钢工件，很难用适当的铝工件进行替代。

对于钢的制造，在本领域中有已知的技术，例如加压硬化，这使具有不同材料特性的多个区段的工件一体式工件得以制造。这些技术利用了钢微结构在硬化过程中对淬火速率的高敏感性、以及其低热传导率。归因于这些性质，在淬火时可使钢工件的不同部位经受极为不同的温度梯度，从而可获得具有不同材料特性的不同结构状态。

由于铝合金具有更高的热传导率，使得同一工件的不同部位之间的温度差异能更快地达到平衡，因此上述方法通常不能应用于铝工件。而且，通常需要将铝工件在特定温度下保持更长的且确定的时间，从而获得特定结构，而不是仅仅使该工件经受一定的淬火速率。

在某些情况下，可用由连接在一起的具有不同材料特性的至少两种铝工件组成的多体式(multiple-piece)铝工件来代替一体式钢工件。然而，并非总是能够通过例如焊接或钎焊进行工件连接，并且也会将弱点(weak point)引入到工件中。因此普遍存在对于具有不同材料特性的多个部分的一体式铝工件的需求。

发明内容

因此本发明的目的在于提供对铝工件进行热处理的方法和装置，通过该方法和装置可制造具有不同材料特性(例如强度和延展性)的多个部分的铝工件。本发明的又一目的是提供这样一种铝工件。

该目的通过最开始所述的方法得以解决，在该方法中：在第一析出硬化工艺中将工件的一部分主动冷却，使得该工件的第二部分在第一析出硬化工艺期间基本上保持相同的结构状态。

将工件的一部分主动冷却(active cooling)可防止该工件的第二部分因由工件第一部分至第二部分的热传递而导致的直接加热和/或间接加热。可将第二部分的温度保持在人工硬化温度之下，同时第一部分的温度高于人工硬化温度。因此仅工件的第一部分发生结构改变，而第二部分的结构状态基本上保持不变。

可理解的是，本申请中的铝工件包括金属工件或者主要为金属的工件，其基本上由铝或铝合金构成。该铝合金尤其可为AA 2XXX或AA 6XXX或AA 7XXX型。术语“工件”进一步包括片材、预制工件和铸造工件。此外，尤其可将工件理解为一体式，即工件的第一部分和第二部分并非连接在一起的不同工件的部分。

人工老化温度是指足以使铝工件发生人工老化(即，因经受加热而导致结构状态改变)的温度。最低人工老化温度取决于该工件的铝合金，但其通常至少为90℃。最小人工老化温度还可优选为至少150℃，特别是对于6XXX型铝合金而言更是如此。

工件中的主动冷却部位可与工件的第二部分一致。然而，第二部分还可包括工件中的如下部分：该部分未被直接冷却，但是工件中的主动冷却部分将该部分与工件的第一部分隔开。

铝工件的结构状态是指铝或铝合金的微结构，即晶粒和沉淀物的结构和构造。

铝或铝合金的T4结构状态是通过工件的固溶退火、随后淬火和可选地随后自然老化而获得的微结构。固溶退火是这样一种热处理，其中将工件在低于熔融温度的高温下保持特定时间，以使得所需元素保持在固体熔液中，从而在工件中基本上实现固溶体晶体结构。典型的固溶退火温度为300℃至600℃。典型的固溶退火时间为15分钟至24小时。固溶退火时间取决于工件的厚度，因此较厚的工件需要更长的固溶退火时间。在淬火期间，工件将从固溶退火温度快速冷却至200℃或低于200℃，优选地冷却至150℃或低于150℃。在自然老化期间，铝工件在环境温度下放置数天，典型地为5至8天。