鑄造鋁合金熱處理

1、1鑄造鋁合金熱辦理的特點和目的前面提到，鑄造鋁合金的金相組織比變形鋁合金的金相組織粗大，所以在熱辦理時也有所不同。前者保溫時間長，一般都在2h以上，此后者保溫時間短，有的只要幾十分鐘。由于金屬型鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造的鑄件是在比較大的冷卻速度和壓力下結晶凝固的，其結晶組織比石膏型鑄造、砂型鑄造的鑄件細好多，故其熱辦理的保溫時間也短好多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同樣點是壁厚不均勻，有異形截面或內通道等復雜結構形狀，為保證熱辦理時不變形或開裂，有時還要設計專用夾具予以保護，并且淬火介質的溫度也比變形鋁合金高，故一般多采用人工時效來縮短熱辦理周期和提高鑄件的性能。鑄造鋁合金熱辦理的目的是，提

2、高力學性能和耐腐化性能，牢固尺寸，改進切削加工性和焊接性等工藝性能。由于好多鑄態(tài)鋁合金的力學性能都不能夠滿足使用要求，除Al-Si系的ZL102、Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其他的鑄造鋁合金都要經過熱辦理來進一步提高鑄件的力學性能和其他使用性能。其詳盡作用有以下幾個方面：1）除掉由于鑄件結構（如壁厚不均勻、轉接處厚大）等原因使鑄件在結晶凝固時因冷卻速度不均勻所造成的內應力；2）提高合金的強度和硬度，改進金相組織，保證合金有必然的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）牢固鑄件的組織和尺寸，防范和除掉高溫相變而使體積發(fā)生變化；4）除掉晶間和成分偏析，使組織均勻化。2鑄造鋁

3、合金熱辦理方法及操作技術要點（1）熱辦理方法鑄造鋁合金的熱辦理，目前有退火、淬火（固溶辦理）、時效和循環(huán)辦理等工藝，分述以下：1）退火。退火的作用是除掉鑄件的鑄造應力和機械加工引起的內應力，牢固加工件的形狀和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si晶體球狀化，改進合金的塑性。其工藝是：將鋁合金鑄件加熱到280300，保溫23h，隨爐冷卻到室溫，使固溶體慢慢發(fā)生分解，析出的第二質點齊聚，從而除掉鑄件的內應力，達到牢固尺寸、提高塑性、減少變形的目的。熱辦理狀態(tài)代號為T2。2）淬火。淬火也叫固溶辦理或急冷辦理。其工藝是：將鋁合金鑄件加熱到較高的溫度（一般在湊近于共晶體的熔點，大多在500以上），保溫2h

4、以上，使合金內的可溶相充分溶解。此后，急速淬人60100的水中，由于鑄件碰到急冷，使其在合金中獲得最大限度溶解的加強相固定并保存到室溫。3）時效。其工藝是：將經過淬火的鋁合金鑄件加熱到某個溫度，保溫一準時間出爐空冷到室溫，使過飽和的固溶體分解，讓合金基體組織牢固。合金在時效過程中，大體需經過幾個階段：隨著溫度的上升和時間的延長，過飽和固溶體點陣內原子的重新組合，生成溶質原子富集區(qū)（稱為G-P區(qū)）；隨著G-P區(qū)消失，第二相原子按必然規(guī)律偏聚并生成G-P區(qū)，此后生成亞牢固的第二相（過渡相）；大量的G-PII區(qū)和少量的亞牢固相結合以及亞牢固相轉變?yōu)槔喂滔?、第二相質點齊聚幾個階段。時效辦理又分為自然時

5、效和人工時效兩大類。自然時效是在室溫下進行時效加強的辦理。人工時效又分為不完好人工時效、完好人工時效、過時效三種。不完好人工時效。將鑄件加熱到150170（較低溫度下），保溫35h，以獲得較好的抗拉強度、優(yōu)異的塑性和韌性，但耐蝕性降低。完好人工時效。將鑄件加熱到175185（較高溫度下），保溫524h，以獲得足夠的抗拉強度（即最高的硬度），但伸長率降低。過時效。也稱牢固化回火。其工藝是：將鑄件加熱到190230，保溫49h，使強度有所下降，塑性有所提高，以獲得較好的抗應力腐化能力。4）循環(huán)辦理。把鋁合金鑄件冷卻到零下某個溫度（如一50,70或一195）并保溫一準時間，再把鑄件加熱到350以下，

6、使合金中的固溶體點陣屢次縮短和膨脹，并使各相的晶粒發(fā)生少量位移，以使這些固溶體結晶點陣內的原子偏聚區(qū)和金屬間化合物的質點處于更加牢固的狀態(tài)，從而達到產品零件尺寸、體積更加牢固。這類屢次加熱、冷卻的熱辦理工藝，即循環(huán)辦理，僅適于辦理在使用中要求尺寸很牢固、極精美的零件（如檢測儀器上的某些零件）；一般鑄件均不作這類辦理。（2）熱辦理操作技術要點1）應依照鑄件結構形狀、尺寸、合金特點等擬定的熱辦理工藝進行熱辦理。2）熱辦理前應檢查熱辦理設備、輔助設備、儀表等可否合格和正常，爐膛各處的溫度差可否在規(guī)定的范圍之內（5）。3）裝爐前鑄件應吹砂或沖洗，應無油污、臟物、泥土，合金牌號不應相混。4）形狀易產生變

7、形的鑄件應放在專用的底盤或支架上，不同樣意有懸空的懸壁部分。5)檢查鑄件性能的單鑄或附鑄試棒應隨工件一起同爐熱辦理，以真實反響鑄件的性能。6)在保溫時期應隨時檢查、校正爐膛各處溫度，防范局部高溫或燒化。7)在斷電后短時間不能夠恢復時，應將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火，等恢復正常后，再裝爐、保平易進行熱辦理。8)在鹽槽中淬過分的鑄件，應在淬火后馬上用熱水沖洗，除掉殘鹽，防范腐化。9)發(fā)現(xiàn)淬火后鑄件變形，應馬上予以校正。10）需要時效辦理的鑄件，應在淬火后0.5h內進行時效辦理。11）如經熱辦理后發(fā)現(xiàn)性能不合格，可重復進行熱辦理，但次數(shù)不得高出兩次。3鑄造鋁合金熱辦理狀態(tài)代號和工藝參數(shù)（1）鑄造鋁合

8、金熱辦理狀態(tài)代號、狀態(tài)名稱及其目的與應用見表2-29.（2）部分鑄造鋁合金熱辦理工藝參數(shù)常用鑄造鋁合金（27種）的熱辦理工藝參數(shù)，將在第6章作介紹，此處從略。除此之外的部分鑄造鋁合金熱辦理工藝參數(shù)，也是幾十年生產實踐的總結，現(xiàn)介紹以下，見表2-30。狀態(tài)代號熱辦理狀態(tài)名稱目的與應用舉例說明金屬型或濕砂型鑄造的合金，因冷卻速度較未經淬火的快，已獲得必然程度的過飽和固溶體，即有部對提高ZLl04、ZLl05等T1分淬火收效。再進行人工時效，脫溶加強，則人工時效合金的強度比較有效可提高硬度和強度，并改進切削加工性能用于時效溫度約150180，辦理承受載荷不大的硬模鑄件保溫時間為124h除掉鑄件的內應

9、力(鑄造應力和機械加工引對A1si系合金收效比較明顯。鑄件在鑄造后或粗加起的應力)，牢固鑄件尺寸，并使A1-Si系合金工后常進行此辦理。T2退火的Si晶體球狀化，提高其塑性退火溫度280300，保用于要求使用過程中尺寸很牢固的鑄件溫時間為24h經過加熱保溫，使可溶相溶解，此后急冷，對A1Mg系合金為最后熱辦理；對需人工時效的其他合金使大量加強相固溶在a固溶體內，獲得過飽淬火(固溶辦理)，則是預備熱辦理T4和固溶體，以提高合金的硬度、強度及耐蝕性自然時效淬火溫度約500535，用于承受動載荷沖擊作用的鑄件對Al-Mg系合金為435T5T6T7T8T9合金代號ZLl03ZLl06可獲得較高的強度和

10、信服強度，提高塑性，時效溫度低，保溫時間淬火+不完但耐蝕性會有所下降，特別是晶間腐化會有所短。時效溫度約150170，全人工時效增加保溫時間為35h用于承受高靜載荷及使用溫度不很高的鑄件淬火+完好可獲得最高的強度，而塑性稍有降低，耐蝕在較高溫度和較長時間內性也有所降低進行。時效溫度約175人工時效用于承受高靜載荷而不受沖擊作用的零件185，保溫時間5h以上用來牢固鑄件尺寸和組織，提高抗腐化(特別最幸好湊近鑄件工作溫度淬火+牢固的回火溫度下進行是抗應力腐化)能力，并保持較高的力學性能化回火(過時效)回火溫度為190230用于高溫(300以下)工作的鑄件保溫時間49h使固溶體充分分解，析出的加強相

11、齊聚并球狀回火溫度比17更高，約淬火+消融化，以牢固鑄件尺寸，提高合金的塑性，但抗230270，保溫時間3回火拉強度有所降低6h用于要求高塑性的鑄件用來進一步牢固鑄件的尺寸形狀。其屢次加熱機械加工后冷辦理溫度和冷卻的溫度及循環(huán)次數(shù)要依照零件的工作50、70或195，保循環(huán)辦理條件和合金的性質來決定持36h用于要求尺寸很精美、形狀很牢固的鑄件循環(huán)辦理按詳盡條件而定熱處理固溶辦理(淬火)時效加熱溫保溫冷卻介保溫狀態(tài)度時間質加熱溫度時間冷卻附注/h及溫度hT1180535適合小載荷鑄件T22901024除掉應力使尺寸牢固水60空冷適于175工作的承T5515536100175535受大載荷的鑄件水6

12、0T7515536100230535在中溫工作的鑄件要水60求高塑性的鑄件T851055610033053T15155512水8023058T51001505空冷承受中等載荷的鑄件317515551223058水80100T1水40200l0101451556880ZLl08空冷承受大載荷的鑄件T6515538水40175561080T7230250610ZLll0T148038水4010空冷活塞件100210101649521010T6812T229010310T6510512水8014空冷要求高強度高硬度的1001555（S）鑄件ZL2021755（J）714T7510535水803在高溫

13、下工作的鑄件100200250530505ZL209T6水20空冷高強度高塑性的鑄件1035538510017051843558ZL305T4水80高載荷耐腐化的鑄件49056100T1一T8含義見表2-29。4鑄造鋁合金熱辦理質量弊端及其除掉與預防鋁合金鑄件熱辦理后常有的質量問題有：力學性能不合格、變形、裂紋、過燒等弊端，對其產生原因和除掉與預防方法分述以下。（1）力學性能不合格平時表現(xiàn)為退火狀態(tài)伸長率（5）偏低，淬火或時效辦理后強度和伸長率不合格。其形成的原因有多種：如退火溫度偏低、保溫時間不足，或冷卻速度太快；淬火溫度偏低、保溫時間不夠，或冷卻速度太慢（淬火介質溫度過高）；不完好人工時效

14、和完好人工時效溫度偏高，或保溫時間偏長；合金的化學成分出現(xiàn)偏差等。除掉這類弊端，可采用以下方法：再次退火，提高加熱溫度或延長保溫時間；提高淬火溫度或延長保溫時間，降低淬火介質溫度；如再次淬火，則要調整此后的時效溫度和時間；如成分出現(xiàn)偏差，則要依照詳盡的偏差元素、偏差量，改變或調整重復熱辦理的工藝參數(shù)等。（2）變形與翹曲平時在熱辦理后或隨后的機械加工過程中，反響出鑄件尺寸、形狀的變化。產生這類弊端的原因是：加熱升溫速度或淬火冷卻速度太快（太激烈）；淬火溫度太高；鑄件的設計結構不合理（如兩連接壁的壁厚相差太大，框形結構中加強筋太薄或太微?。淮慊饡r工件下水方向不當及裝料方法不當?shù)?。除掉與預防的方法

15、是：降低升溫速度，提高淬火介質溫度，或換成冷卻速度稍慢的淬火介質，以防范合金內產生節(jié)余應力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纖維等隔熱資料包覆薄壁部位；依照鑄件結構、形狀選擇合理的下水方向或采用專用防變形的夾具；變形量不大的部位，則可在淬火后馬上予以更正。（3）裂紋表現(xiàn)為淬火后的鑄件表面用肉眼能夠看到明顯的裂紋，或經過熒光檢查肉眼看不見的微細裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。產生裂紋的原因是：加熱速度太快，淬火時冷卻太快（淬火溫度過高或淬火介質溫度過低，或淬火介質冷卻速度太快）；鑄件結構設計不合理（兩連接壁壁厚差太大，框形件中間的加強筋太薄或太微?。?；裝爐方法不當或下水方向不對；爐溫不均勻，使鑄

16、件溫度不均勻等。除掉與預防的方法是：減慢升溫速度或采用等溫淬火工藝；提高淬火介質溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包覆石棉等隔熱資料；采用專用防開裂的淬火夾具，并選擇正確的下水方向。（4）過燒表現(xiàn)為鑄件表面有結瘤，合金的伸長率大大下降。產生過燒的原因是：合金中的低熔點雜質元素如Cd,Si,Sb等的含量過高；加熱不均勻或加熱太快；爐內局部溫度高出合金的過燒溫度；測量和控制溫度的儀表失靈，使爐內實質溫度高出儀表指示溫度值。除掉與預防的方法是：嚴格控制低熔點合金元素的含量不超標；以不高出3/min的速度緩慢升溫；檢查和控制爐內各區(qū)溫度不高出5；如期檢查和校準溫度測控儀表，保證儀表測溫、示溫、控溫正確無誤。表面腐化表現(xiàn)為在鑄件的表面出現(xiàn)花紋或塊狀等，其色彩與鋁合金鑄件表面明顯不同樣。產生這類弊端的原因是：硝鹽液中氯化物含量超標（0.5%）而對鑄件表面（特別是松懈、縮孔處）造成腐化；從硝鹽槽中取出后沒獲得充分的沖洗，硝鹽粘附在鑄件表面（特別是窄縫隙、不通孔、通道中）造成腐化；硝鹽液中混有酸或堿，也許鑄件放在濃酸或濃堿周邊碰到腐化等。除掉與預防的方法是：盡量縮短鑄件從爐內移到淬火槽中的時間；檢查硝鹽中氯化物的含量可否超標，如超標，則應降低其含量，從