鋁熱處理是一種提高特定鋁合金的強(qiáng)度和硬度的過程。對于在成型過程中發(fā)生硬化的零件，可能需要進(jìn)行退火處理。典型的鋁熱處理有退火、均質(zhì)化、固溶熱處理、自然時效和人工時效。根據(jù)所使用的工藝，爐溫范圍為240至1000°F。鋁合金會發(fā)生加工硬化，當(dāng)鋁合金通過塑性成形時會發(fā)生應(yīng)變硬化。塑性變形導(dǎo)致鋁內(nèi)的晶粒結(jié)構(gòu)沿著稱為滑移面的區(qū)域相互滑動。隨著越來越多的塑性變形發(fā)生，剩下的容易變形的滑移面越來越少。結(jié)果，需要更多的力來實現(xiàn)進(jìn)一步的變形。當(dāng)零件達(dá)到這種狀態(tài)時，就被稱為加工硬化。為了使材料繼續(xù)塑性變形，必須從零件上去除應(yīng)變硬化。

退火的目的是從根本上重置晶粒結(jié)構(gòu)，恢復(fù)滑移面，并使得無需過大的力即可繼續(xù)對零件進(jìn)行成型。要對加工硬化的鋁合金進(jìn)行退火處理，必須將金屬加熱到570°F至770°F之間的某處并持續(xù)一定時間，范圍從僅僅30分鐘到整整三個小時不等。時間和溫度取決于兩件事：被退火零件的尺寸及其合金的成分。退火還可以消除零件在冷鍛或鑄造等工藝過程中可能產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，穩(wěn)定零件的尺寸，并解決由內(nèi)部應(yīng)變（例如翹曲）引起的問題。此外，可以對被認(rèn)為是不可熱處理合金的鋁合金成功地進(jìn)行退火。它通常用于鍛造、擠壓或鑄造的鋁制零件。

均質(zhì)化用于在整個鋁部件中更均勻地重新分布沉淀元素。這在處理鑄造鋁合金零件時通常是必需的。當(dāng)零件開始冷卻時，與模具直接接觸的外邊緣將首先冷卻。 這會產(chǎn)生一層鋁顆粒或晶體。隨著零件繼續(xù)向內(nèi)冷卻，結(jié)果是在表層附近和中心附近的一些區(qū)域形成相當(dāng)純的鋁。 合金元素沉淀出來，導(dǎo)致鋁晶粒被鎖定到位。鑄件最終部分區(qū)域變軟，而另一些區(qū)域變硬。 通過均質(zhì)化過程，可以減少區(qū)域之間的這種分離，并使所得零件更易于成型。

鋁部件通過將其溫度升高到剛好低于其熔點（通常在 900°F 至 1000°F 之間）來實現(xiàn)均質(zhì)化。整個部件達(dá)到該均質(zhì)化溫度后，讓其緩慢冷卻。結(jié)果是鑄件具有統(tǒng)一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。雖然冷卻速率不是退火的一個因素，但它是另一種類似的鋁熱處理工藝（稱為固溶熱處理）的一個因素。 在固溶熱處理過程中，導(dǎo)致時效硬化（這使得金屬零件隨著時間的推移難以加工）的元素被溶解。那些溶解的元素然后變成球體，結(jié)果是一個均勻的結(jié)構(gòu)。然而，零件必須淬火或快速冷卻，以保持合金中溶解元素的最終分布，這是熱處理的結(jié)果。這樣零件就更容易使用了。但是，隨著時間的推移，那些被困住的元素會再次沉淀出來并導(dǎo)致時效硬化。固溶熱處理的確切溫度取決于鋁的合金成分，但通常發(fā)生在825°F至 980°F范圍內(nèi)的某個位置——但使用的溫度必須在目標(biāo)溫度的±10°F范圍內(nèi)。如果達(dá)不到這個溫度，固溶熱處理將不會成功。如果溫度太低，強(qiáng)度會損失；如果溫度太高，則零件最終可能會變色，關(guān)鍵元素可能會熔化，或者零件內(nèi)部的應(yīng)變可能會增加。

一旦零件達(dá)到目標(biāo)溫度的狹窄窗口，就需要浸泡。浸泡時間從薄部件的 10 分鐘到較大、較厚部件的 12 小時不等。然而，熱處理專家確實有一個一般的經(jīng)驗法則：每英寸厚度的橫截面需要一個小時。接下來是淬火步驟。此處淬火的目的是將捕獲的元素“凍結(jié)”在適當(dāng)位置，或者足夠快地冷卻鋁部件，以使合金元素在部件冷卻時沒有機(jī)會沉淀出來。 水是最常用的淬火劑，通常也是最有效的鋁合金淬火劑。任何需要對固溶熱處理零件進(jìn)行的成型都應(yīng)在淬火完成后盡快完成。否則，自然老化將開始，零件將變得更難加工。 這與熱處理鋼的情況相反，熱處理鋼在淬火后非常脆和硬。鋁經(jīng)過固溶熱處理后，溶解的元素會隨著時間的推移開始沉淀出來。這會導(dǎo)致晶粒鎖定到位，從而增加鋁的自然強(qiáng)度，稱為時效。

自然時效或時效硬化過程在室溫下進(jìn)行四到五天，其中 90% 的硬化發(fā)生在第一天。由于這種影響，鋁制零件在經(jīng)過固溶熱處理工藝后通常需要相當(dāng)快地成型。一些鋁合金要達(dá)到最大硬度，就需要溶解的元素充分析出。并不是所有的鋁合金在室溫下自然時效時都能達(dá)到足夠的硬度。有些只能硬化到一定程度，但這可以通過沉淀硬化來解決，這有時被稱為人工時效。在沉淀硬化中，鋁被加熱到 240°F 和 460°F之間的合金特定溫度，在目標(biāo)溫度的 ±5°F范圍內(nèi)。然后將其浸泡六到二十四小時，然后冷卻至室溫。結(jié)果包括鋁的屈服強(qiáng)度顯著增加，抗拉強(qiáng)度增加略微減少，延展性降低。

如前所述，淬火的目的是將溶解的元素保留在實際加熱過程結(jié)束時達(dá)到的形式。如果需要將淬火作為鋁熱處理的一部分，那么零件從熱處理爐中出來后立即進(jìn)行淬火至關(guān)重要。 超過 15 秒的延遲可能非常有害。將淬火槽盡可能安全地靠近熱處理爐是明智的。環(huán)境溫度下的水通常用作鋁合金的淬火劑，但對于具有不同橫截面的更復(fù)雜的形狀，可以考慮使用其他淬火劑或方法。快速淬火的缺點之一是零件變形（例如翹曲或扭曲）和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，這使得熱水淬火成為另一種常見選擇。

上述幾乎所有的鋁熱處理都需要對溫度進(jìn)行極其精確的控制，才能達(dá)到預(yù)期的效果。這涉及到使用可以實現(xiàn)均勻溫度分布的高質(zhì)量熔爐和烘箱、極其精確的控制儀器以及知道如何正確使用設(shè)備的熟練技術(shù)人員。不僅必須達(dá)到正確的溫度，而且熱處理過程的溫度-時間循環(huán)必須具有均勻性和連續(xù)性。 此外，爐子的設(shè)計必須使被處理的零件始終達(dá)到均勻的溫度。在制造用于航空航天和汽車應(yīng)用的鋁部件時，Nadcap在航空和汽車制造和生產(chǎn)中使用的熱處理設(shè)備的認(rèn)證和審核中使用。它包括用于確定爐溫、校準(zhǔn)和測試系統(tǒng)精度的熱電偶的放置和類型等因素。