鋁合金的熱處理

鋁合金的熱處理鑄造鋁合金的金相組織比變形鋁合金的金相組織粗大，因而在熱處理時(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長，一般都在2h以上，而后者保溫時(shí)間短，只要幾十分鐘。因?yàn)榻饘傩丸T件、低壓鑄造件、差壓鑄造件是在比較大的冷卻速度和壓力下結(jié)晶凝固的，其結(jié)晶組織比石膏型、砂型鑄造的鑄件細(xì)很多，故其在熱處理時(shí)的保溫也短很多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同點(diǎn)是壁厚不均勻，有異形面或內(nèi)通道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形，為保證熱處理時(shí)不變形或開裂，有時(shí)還要設(shè)計(jì)專用夾具予以保護(hù)，并且淬火介質(zhì)的溫度也比變形鋁合金高，故一般多采用人工時(shí)效來縮短熱處理周期和提高鑄件的性能。一、熱處理的目的鋁合金鑄件熱處理的目的是提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能，穩(wěn)定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因?yàn)樵S多鑄態(tài)鋁合金的機(jī)械性能不能滿足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的鑄造鋁合金都要通過熱處理來進(jìn)一步提高鑄件的機(jī)械性能和其它使用性能，具體有以下幾個方面：1）消除由于鑄件結(jié)構(gòu)（如璧厚不均勻、轉(zhuǎn)接處厚大）等原因使鑄件在結(jié)晶凝固時(shí)因冷卻速度不均勻所造成的內(nèi)應(yīng)力；2）提高合金的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，改善金相組織，保證合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）穩(wěn)定鑄件的組織和尺寸，防止和消除高溫相變而使體積發(fā)生變化；4）消除晶間和成分偏析，使組織均勻化。二、熱處理方法1、退火處理退火處理的作用是消除鑄件的鑄造應(yīng)力和機(jī)械加工引起的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si結(jié)晶球狀化，改善合金的塑性。其工藝是：將鋁合金鑄件加熱到280-300℃，保溫2-3h，隨爐冷卻到室溫，使固溶體慢慢發(fā)生分解，析出的第二質(zhì)點(diǎn)聚集，從而消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到穩(wěn)定尺寸、提高塑性、減少變形、翹曲的目的。2、淬火淬火是把鋁合金鑄件加熱到較高的溫度（一般在接近于共晶體的熔點(diǎn)，多在500℃以上），保溫2h以上，使合金內(nèi)的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100℃的水中，使鑄件急冷，使強(qiáng)化組元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室溫。這種過程叫做淬火，也叫固溶處理或冷處理。3、時(shí)效處理時(shí)效處理，又稱低溫回火，是把經(jīng)過淬火的鋁合金鑄件加熱到某個溫度，保溫一定時(shí)間出爐空冷直至室溫，使過飽和的固溶體分解，讓合金基體組織穩(wěn)定的工藝過程。合金在時(shí)效處理過程中，隨溫度的上升和時(shí)間的延長，約經(jīng)過過飽和固溶體點(diǎn)陣內(nèi)原子的重新組合，生成溶質(zhì)原子富集區(qū)（稱為G-PⅠ區(qū)）和G-PⅠ區(qū)消失，第二相原子按一定規(guī)律偏聚并生成G-PⅡ區(qū)，之后生成亞穩(wěn)定的第二相（過渡相），大量的G-PⅡ區(qū)和少量的亞穩(wěn)定相結(jié)合以及亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相、第二相質(zhì)點(diǎn)聚集幾個階段。時(shí)效處理又分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩大類。自然時(shí)效是指時(shí)效強(qiáng)化在室溫下進(jìn)行的時(shí)效。人工時(shí)效又分為不完全人工時(shí)效、完全人工時(shí)效、過時(shí)效3種。1）不完全人工時(shí)效：把鑄件加熱到150-170℃，保溫3-5h，以獲得較好抗拉強(qiáng)度、良好的塑性和韌性，但抗蝕性較低的熱處理工藝；2）完全人工時(shí)效：把鑄件加熱到175-185℃，保溫5-24h，以獲得足夠的抗拉強(qiáng)度（即最高的硬度）但延伸率較低的熱處理工藝；3）過時(shí)效：把鑄件加熱到190-230℃，保溫4-9h，使強(qiáng)度有所下降，塑性有所提高，以獲得較好的抗應(yīng)力、抗腐蝕能力的工藝，也稱穩(wěn)定化回火。4、循環(huán)處理把鋁合金鑄件冷卻到零下某個溫度（如-50℃、-70℃、-195℃）并保溫一定時(shí)間，再把鑄件加熱到350℃以下，使合金中度固溶體點(diǎn)陣反復(fù)收縮和膨脹，并使各相的晶粒發(fā)生少量位移，以使這些固溶體結(jié)晶點(diǎn)陣內(nèi)的原子偏聚區(qū)和金屬間化合物的質(zhì)點(diǎn)處于更加穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到提高產(chǎn)品零件尺寸、體積更穩(wěn)定的目的。這種反復(fù)加熱冷卻的熱處理工藝叫循環(huán)處理。這種處理適合使用中要求很精密、尺寸很穩(wěn)定的零件（如檢測儀器上的一些零件）。一般鑄件均不作這種處理。5、鑄造鋁合金熱處理狀態(tài)代號及含義代號合金狀態(tài)熱處理的作用或目的說明T1人工時(shí)效在金屬型或濕砂型鑄造的合金，因冷卻速度較快，已得到一定程度的過飽和固溶體，即有部分淬火效果。再做人工時(shí)效，脫溶強(qiáng)化，則可提高硬度和機(jī)械強(qiáng)度，改善切削加工性。對提高Zl104、ZL105等合金的強(qiáng)度有效。T2退火主要作用在于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力（鑄造應(yīng)力和機(jī)加工引起的應(yīng)力），穩(wěn)定鑄件尺寸，并使Al-Si系合金的Si晶體球狀化，提高其塑性。對Al-Si系合金效果比較明顯，退火溫度280-300℃，保溫時(shí)間為2-4h。T4固溶處理（淬火）加自然時(shí)效通過加熱保溫，使可溶相溶解，然后急冷，使大量強(qiáng)化相固溶在α固溶體內(nèi)，獲得過飽和固溶體，以提高合金的硬度、強(qiáng)度及抗蝕性。對Al-Mg系合金為最終熱處理，對需人工時(shí)效的其它合金則是預(yù)備熱處理。T5固溶處理（淬火）加不完全人工時(shí)效用來得到較高的強(qiáng)度和塑性，但抗蝕性會有所下降，非凡是晶間腐蝕會有所增加。時(shí)效溫度低，保溫時(shí)間短，時(shí)效溫度約150-170℃，保溫時(shí)間為3-5h。T6固溶處理（淬火）加完全人工時(shí)效用來獲得最高的強(qiáng)度，但塑性和抗蝕性有所降低。在較高溫度和較長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。適用于要求高負(fù)荷的零件，時(shí)效溫度約175-185℃，保溫時(shí)間5h以上。T7固溶處理（淬火）加穩(wěn)定化回火用來穩(wěn)定鑄件尺寸和組織，提高抗腐蝕（非凡是抗應(yīng)力腐蝕）能力，并保持較高的力學(xué)性能。多在接近零件的工作溫度下進(jìn)行。適合300℃以下高溫工作的零件，回火溫度為190-230℃，保溫時(shí)間4-9h。T8固溶處理（淬火）加軟化回火使固溶體充分分解，析出的強(qiáng)化相聚集并球狀化，以穩(wěn)定鑄件尺寸，提高合金的塑性，但抗拉強(qiáng)度下降。適合要求高塑性的鑄件，回火溫度約230-330℃，保溫時(shí)間3-6h。T9循環(huán)處理用來進(jìn)一步穩(wěn)定鑄件的尺寸外形。其反復(fù)加熱和冷卻的溫度及循環(huán)次數(shù)要根據(jù)零件的工作條件和合金的性質(zhì)來決定。適合要求尺寸、外形很精密穩(wěn)定的零件。三、熱處理工藝1、鑄造鋁合金熱處理工藝參數(shù)合金牌號合金代號熱處理固溶處理時(shí)效處理（保溫后空冷）加熱溫度（℃）保溫時(shí)間（h）淬火溫度（℃）加熱溫度（℃）保溫時(shí)間（h）ZAlSi7MgZL101T2---300±102-4T4535±52-620-100--T5535±52-620-100150±52-4T6535±52-620-100200±52-5T7535±52-680-100225±53-5T8535±52-680-100250±103-5T5二階段535±52-620-100190±100.5150±52ZAlSi7MgAZL101AT1---190±53-4T2---300±102-4T4535±510-1620-100--T5535±510-1620-100175±56ZAlSi12ZL102T2---300±102-4ZAlSi9MgZL104T1---175±55-17T6535±52-620-100175±510-15ZAlSi5Cu1MgZL105T1---180±55-10T5525±53-520-100175±55-10T6525±53-520-100200±53-5T7525±53-520-100230±103-5ZAlSi5Cu1MgAZL105AT1---180±55-10T5525±53-520-100175±55-10T6525±53-520-100200±53-5T7525±53-520-100230±103-5T8525±53-520-100250±103-5ZAlSi8Cu1MgZL106T1---200±105-8T2---280±105-8T5515±54-820-100170±58-16T6515±54-820-100160±54-6T7515±54-820-100230±53-52、淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)是保證實(shí)現(xiàn)各種熱處理目的或作用的重要因素。淬火介質(zhì)的冷卻速度越高，鑄件冷卻的越激烈（快），金屬組織中α固溶體的過飽和程度越高，鑄件的力學(xué)性能也就越好，因?yàn)榇罅康慕饘匍g化合物等強(qiáng)化相被固溶到Al的α固溶體中去了。淬火介質(zhì)按其對鑄件的冷卻速度的快慢依次為：干冰和丙酮的混合物（-68℃）、冰水、室溫的水、80-90℃的水、100℃的水、經(jīng)霧化過的水、各種油（菜籽油等）、加熱到200-220℃的各種油、空氣等。近年國內(nèi)研制出來的鋁合金淬火介質(zhì)CL-1的冷卻速度介于水和油之間，它可以任何比例與水互溶，其混合比例不同，冷卻速度各異，故很便于根據(jù)淬火對象調(diào)整其冷卻速度。它淬火之后無須再進(jìn)行沖洗且表面光潔，對鑄件無污染、無毒害，且能防銹。其主要技術(shù)指標(biāo)是，外觀：淡黃色到黃色粘稠狀均勻液體，密度：1.085-1.1234mg/㎡，粘度Y38：≥154MPa·s，逆熔點(diǎn)：80-87℃，折光n：1.4138-1.4450，臨界冷卻速度：≥260℃/s（450-260℃）。CL-1有機(jī)淬火劑水溶液之所以具有優(yōu)良的淬火特性，其機(jī)理是此溶液在對工件的淬火過程中，可在溫度升到一定值時(shí)，從水溶液中析出有機(jī)成分并分解，并在工件的表面形成一層均勻的導(dǎo)電性薄膜，淬火氣泡對工件是直接作用在此薄膜上，而不是直接作用在工件上，從而降低了形成淬火應(yīng)力的直接捶擊作用，因而減少了工件的變形和裂紋，并且在淬火之后，水溶液冷卻到一定溫度時(shí)，此有機(jī)薄膜又溶于水溶液中，恢復(fù)成原來的均勻的水溶液狀態(tài)，不妨