a356鑄造鋁合金熱處理強(qiáng)化工藝研究

1、A356鑄造鋁合金熱處理強(qiáng)化工藝研word可自由復(fù)制編輯摘要現(xiàn)代汽車正朝著輕量化、高速、安全舒適、低成本與節(jié)能的方向發(fā)展。而目前 滿足上 述要求的最有效的途徑就減輕汽車自重。鋁及其合金加工材料由于具有密度小、比強(qiáng)度高等一系列優(yōu)良特性成為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最理想的首選材料。本文以A356鑄造鋁合金輪轂為研究對象，利用金相顯微技術(shù)、掃描電鏡、差熱 分析及 力學(xué)性能測試等手段對合金的各種不同工藝的微觀組織與性能進(jìn)行了全面的測試與分析。通過改變固溶處理工藝參數(shù)，研究了固溶處理工藝與合金的力學(xué)性能之間的關(guān)系。當(dāng)溫度為535 C時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長，抗拉強(qiáng)度、硬度及延伸率基本上都是先升后降。當(dāng)保溫時(shí)間為3.

2、5? 4.5h時(shí)，輪緣的強(qiáng)度、硬度及延伸率才能達(dá)到很好的匹配。A356鑄造鋁合金在545cx3.5 h下進(jìn)行固溶處理具有較好的綜合力學(xué)性能，輪緣 抗拉強(qiáng) 度為251MPa,硬度為82HV,延伸率為12%;輪幅抗拉強(qiáng)度為233MPa ,延伸率 為9%故固溶 處理的優(yōu)先工藝為 545Cx3.5 h。研究了室溫停留時(shí)間與力學(xué)性能之間的關(guān)系，結(jié)果表明室溫停留時(shí)間選擇在2? 10h范圍之內(nèi)，但不應(yīng)超過12h0如果從生產(chǎn)周期及成本方面考慮，室溫停留2h,合金就能達(dá)到預(yù)時(shí)效的目的，達(dá)到強(qiáng)度、硬度與塑性的良好匹配。通過改變時(shí)效處理工藝參數(shù)，研究了輪緣的時(shí)效處理工藝與力學(xué)性能之間的關(guān)系，結(jié)果表明在設(shè)定的在三個(gè)溫

3、度上進(jìn)行時(shí)效處理保溫 3h時(shí)，合金的綜合力學(xué)性能 均很好，因此 對A356鋁合金進(jìn)行時(shí)效，能夠使其達(dá)到一個(gè)強(qiáng)度、硬度與延伸率均為極值的平衡點(diǎn)。當(dāng)固溶處理工藝采用 535cx4.5 h時(shí)，時(shí)效溫度為135C時(shí)，時(shí)效時(shí)間至少為3h;當(dāng)采用優(yōu)選的固溶工藝545cx3.5 h,時(shí)效溫度為135C時(shí)，則當(dāng)時(shí)效時(shí)間為 0.5 h時(shí)，即能達(dá)到使強(qiáng)度與塑性達(dá)到較高的水平。當(dāng)時(shí)效溫度升高至145C時(shí)，則在保溫1h時(shí)，即能達(dá)到較好的強(qiáng)度與延伸率的配合。比較了固溶處理工藝為 535 Cx4.5h及545x3.5 h兩種工藝下合金的力學(xué)性能，表明對于A356鑄造鋁合金，如果在應(yīng)用時(shí)對塑性的要求較高時(shí)，則固溶處理可采用

4、工藝word可自由復(fù)制編輯535Cx4.5 h;如果對其塑性要求不高，而希望縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率時(shí)，則建議采用工藝 545x3.5 ho通過對金相組織觀察，隨著固溶溫度和保溫時(shí)間的增加，a(Al)長大，同時(shí)Mg、Si在固溶過程中溶入a(Al)基體中的越多，在隨后的時(shí)效處理中，非平衡析出大量細(xì)小彌散、均勻分布的MgzSi相，隨著保溫時(shí)間的增加，共晶明顯減少，Si顆粒聚集 粗化大部分分布在a相中，a相更加圓整，并進(jìn)一步增大。從而使合金經(jīng)過熱處理后強(qiáng)度、硬度上升，而塑性下降。利用掃描電鏡觀察了拉伸試樣的斷口，斷口微觀形貌表現(xiàn)為典型韌窩斷口特征，均為塑性斷裂，當(dāng)固溶時(shí)間一定時(shí)，保溫時(shí)間適度，則其

5、韌窩大且深，塑性較好，當(dāng)保溫時(shí)間過長，則韌窩較淺，塑性較差。DSC分析了 A356合金的時(shí)效析出動(dòng)力學(xué)， 50? 60C內(nèi)析出GP區(qū)，GP區(qū)的析出主要 是由空位的團(tuán)聚所造成的，而與 Mg、Si元素的擴(kuò)散關(guān)系不大。250? 300C范圍內(nèi)析出人相， Mg.Si原子在G. P區(qū)富集并有序化，在晶界上或螺旋位錯(cuò)上直 接沉淀出來的。當(dāng)溫度在300C 以上析出與基體完全失去共格的 P相，使合金性能下降。關(guān)鍵詞：A356;輪轂；固溶處理；時(shí)效處理AbstractAt present , vehicles are developing to be lightweight , high speed , saf

6、ety , comfort , energy-saving and environmental protecting . It is trend to increase the aluminumzation of vehicles because of its lower density , high strength - to-weight ratio and so on.In this paper , the influences of heat treatment on the microstructures and tensile properties of A356 aluminiu

7、m wheel are investigated by lots of analyzing and testing methods such as Optical Microscope (OM), Scanning Electron Microscope (SEM), Differential Scanning Calorimeten ( DSC) and tensile testing .The relations between the solution treatment technology and the mechanical propertiesword可自由復(fù)制編輯 are in

8、vestigated by variation of solution treatment parameter . .When the solution temperature is 535 C, the the mechanical properties including the tensile strength , the hardness and the elongation of the alloy rise first, then descend . When the solution time reach to 3.5 ? 4.5 h,the comprehensive prop

9、erties are well matched .The results show that the A356 cast Aluminum alloys have good comprehensive mechanical properties by solution treatment for 3.5 hours at 545 C ,and for the wheel rim the tensile strength is 251 MPa,the hardness is 82HV,and the elongation is 12%; The tensile strength is 233 M

10、Pa, and the elongation is 9% for the wheel breadth.So the technology of 545cA3.5 h is recommended .The relations between the aging time at room temperature and mechanical properties show that the time is suitable within 0 ? 10h, but it cant be over 12 hours . when the time is 2 hours ,the alloys hav

11、e good comprehensive mechanical properties .The relations between the aging heat treatment technology and the mechanical properties are discussed by changing aging technology parameters . The results show that the mechanical properties go beyond the standard by aging treatment for 3 hours at the thr

12、ee temperature being set. So for A356, the tensile strength ,the hardness and the elongation can reach the highest simultaneously by aging treatment .When the solution technology is 535 Cx4.5 h,the aging time is at least for 3h.If the solution technology is 545Ax3.5 h and the aging temperature is 13

13、5A,when the aging time is 0.5 h,the tensile strength and the plastic properties are very good .The time must be prolonged to 2.5 ? 3.5 h.If the aging temperture is 145 0C, when the aging time is 1 h,the comprehensive properties are well matched .So the time will be 1.5 h ? 2.5 h. 一 ，一 ， ， ，一The mech

14、anical properties are compared between solution threatment of 535 Cx4.5hand 545Cx 3.5 h.If the aim is to be good plastical properties , the solution technology for 535Cx4.5 h is suitable ； and the solution technology for 545 Cx 3.5 h is available for shortening the production cycle .The microstructu

15、re is observed through metallography microscope . The higher of the solution temperature and the longer of the heat preservation time are , the bigger the particles of a( Al)grow , and the more Mg and Si would dissolve in a(Al) during the solution process . And the eutectic particles reduce obviousl

16、y while Si particles become bigger . A( Al)phases become grounder , the strength and hardness grow while the plastic properties drop.word可自由復(fù)制編輯The fracture of tension specimens is observed on SEM . And the micro-appearance is typicalplastic fracture .Ifthe solution temperatureand timeare suitable ,

17、 the dimples arebig anddeep . The plasticspropertiesalso aregood . Eitherthem less or higher than theoptimal process parameters would lead to poor properties .The aging kineticsisdiscussedby meansofDSC. G.Parea is formed within 50 ?60 C,which attributestovacancy s reuniting.P; -phaseis formed within

18、 250? 300C and deposited from the grain boundary or the screw dislocation because of Mg and Si atom enrichs in G.P area. The properties of the Al alloy will become bad when P is formed over 300 C.key words :A356; wheel ; solution ; agingword可自由復(fù)制編輯獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已

19、經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到，本聲明的法律結(jié)果由本人承 擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有 權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在 年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密口。指導(dǎo)教師簽名：日期：年 月曰（請?jiān)?/p>

20、以上方框內(nèi)打V學(xué)位論文作者簽名：日期：年 月曰word可自由復(fù)制編輯1緒論鋁合金在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀汽車是應(yīng)用最廣泛的交通工具，環(huán)保、能源、安全是汽車發(fā)展的三大課題。為解決這三大課題，現(xiàn)代汽車正朝著輕量化、高速、安全舒適、低成本、低排放與節(jié)能的方向發(fā)展。而目前滿足上述要求的最有效的途徑就減輕汽車自重。鋁及其合金加工材料由于具有密度小、比強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、耐腐蝕、良好的加工成型性以及極高的再回收、再生性等一系列優(yōu)良特性，成為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最理想的首選材料。汽車使用鋁合金材料具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：首先是減重效果明顯，通常每使用1Kg鋁，汽車自重可下降2.25 Kg；第二是節(jié)能效果十分可觀。根據(jù)日本科

21、研機(jī)構(gòu)測定，汽車重量每減輕1Kg,平 均一年可節(jié)省12L汽油。車重每降低10%燃料消耗可降低5.6%;第三是乘客的舒適性和安全性獲得提高。若車重減輕37%發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率可提 高40%;車重減輕25%就可使汽車加速到 60Km/h的時(shí)間從原來的10秒鐘減少到8秒 鐘；同時(shí)使用 鋁合金車輪，由于震動(dòng)變小可使用更輕的緩沖器；由于是在不減少汽車容積的情況下使用鋁合金材料而減輕汽車自重，因此使汽車更加穩(wěn)定、乘客空間變大，在受到?jīng)_擊時(shí)鋁結(jié)構(gòu)能吸收分散更多的能量，因而更加安全和舒適；第四是在減少污染、改善環(huán)境方面。由于汽車重量的減輕，導(dǎo)致了燃料消耗的下降，所以可減少尾氣的排放，使環(huán)境得到改善。據(jù)介紹，若車重

22、減少50% CO2排放量可減少13%第五是汽車報(bào)廢后鋁可以回收再利用，因?yàn)殇X是能最大限度回收的材料，目前回收率為85%有80%左右的再生鋁用于汽車工業(yè)，汽車用鋁中有60臥自回收的廢鋁。因此汽車的鋁化是世界性的發(fā)展趨勢。汽車鋁化的先行國是美國、日本、德國三大汽車生產(chǎn)國。日本計(jì)劃未來單臺車用鋁270Kg,使鋁化率達(dá)到31.3%,屆時(shí)體構(gòu) 造用材料中約17%為鋁。因此，逐漸提高汽車的用鋁量已成為世界各國的共識1-5。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁化發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量25%勺汽缸體的鋁化速度正在加快。日本 本田公司用新壓鑄法（低速、中壓鑄造）成功地使氣缸達(dá)到了 100%的鋁合金化。日本 豐田公司已推出

23、word可自由復(fù)制編輯萊克薩斯（Lexus ） LS -400型高級轎車用的全鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)。這種IUZ-FE發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸容量為4.0 L , 凈重202Kg ,在V8型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中是最輕的。美國福特汽車公司也已推出一種鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)， 該名為“ V6永久技術(shù)”發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸容量分別為2.5 L和3.0 L兩種。Al-Si系耐磨合金，Al-Si-（ Fe,Ni）系耐熱耐磨合金，Al-Fe系耐熱 合金等正在用于制作活塞、連桿、汽缸套等發(fā)動(dòng) 機(jī)零部件等。使用新型中低壓鑄法可實(shí)現(xiàn)缸體的輕量化，減少壁厚10mm,相當(dāng)于減輕重量1? 1.5Kg氣缸蓋、活塞等零 件都可能全部使用鋁鑄體。隨著新型耐磨蝕耐熱鋁合金的不

24、斷研究 開發(fā)，將會(huì)進(jìn)一步加快汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁化速度6。汽車散熱器的鋁化汽車散熱器（包括水箱、空調(diào)器的蒸發(fā)器和冷凝器 ）大多數(shù)是用厚鋁箔與鋁管制造的，它比銅質(zhì)散熱器輕40%右，而且有相當(dāng)好高的熱交換性能，價(jià)格也比銅的低。鋁散熱器代替銅散熱器已成為人們的共識，得到了世界各國廣泛的應(yīng)用。比如在1985年，約78%勺法國和德國轎車、44%勺英國轎車、65%勺瑞典轎車、81%勺意大利轎車及55%勺西班牙轎車就已經(jīng)安裝 了鋁合金散熱器，而現(xiàn)在幾乎達(dá)到100%這是因 為其具有耐腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長、質(zhì)量比銅制散熱器輕20? 40蛆及熱交換率高12%。福特公司開發(fā)了一種散熱器，它的橢圓形水管可 以用機(jī)械裝配，這

25、種散熱器具有更好的熱傳導(dǎo)性（它用一組橢圓形的水管代替了兩組圓形的水管），而且質(zhì)量小、成 本低、力學(xué)強(qiáng)度和可靠性絲毫不比傳統(tǒng)的散熱器遜色。把鋁合金散熱器 用于中型載 貨汽車和重型載貨汽車雖開始得比較晚（在1985? 1989年之間），但優(yōu)質(zhì)冷卻液及抗腐 劑的作用使其日益推廣7。目前，汽車空調(diào)器已可實(shí)現(xiàn)全鋁化，但汽車水箱的鋁化率還有很大的潛力可挖。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷改進(jìn)，鋁散熱器在汽車工業(yè)上的應(yīng)用前景將十分廣闊。 1.1.3汽車車身與車體的鋁化汽車車身與車體空間框架結(jié)構(gòu)的鋁合金化也越來越受到世界各國的普遍重視。車門、車頂外板、車身側(cè)板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、擋泥板、車體框架、保險(xiǎn)械、地板等零部件，過

26、去很少用鋁合金制造，現(xiàn)正在加速鋁化進(jìn)程。比如阿爾卡（Alco）word可自由復(fù)制編輯表1-1世界各大汽車公司開發(fā)的鋁合金車身零部件國豕汽車1豕汽車型號車身卷1部件臺金牌號英國羅孚Rande ROVER刖巽了恢-德國保時(shí)捷928覆蓋小匕翼子板AC120梅賽彳i斯-奔馳120SEC覆蓋小匕行李艙蓋AC120, 5000 系列意大利法拉利Testarossa覆蓋件，翼子板5000, 6000 系列LamberginiKountaK所有外部裝飾件5000, 6000 系列ZagagandStelvio所有外部裝飾件5000, 6000 系列美國通用凱迪拉克覆蓋件，頂蓋AC120, 5000 系列Ala

27、nt行李艙蓋-瑞典沃爾沃760GLE覆蓋件，活動(dòng)頂5000, 6000 系列SavanaRX-7覆蓋小矽卜板GZ45馬自達(dá)覆蓋小內(nèi)板G4BRodster覆蓋件內(nèi)外板GC45Cosmo覆蓋件內(nèi)板KSSG30日本300ZX覆蓋件外板KSS030日產(chǎn)覆蓋件內(nèi)外板TG-0.6Infiniti覆蓋件內(nèi)外板KSS030Leopard覆蓋件內(nèi)外板5000系列車身外板6000系列本田MSX車身內(nèi)板5050車身框架5182加強(qiáng)元件，折疊活頂5052豐田Celsior隔熱啦Z1100word可自由復(fù)制編輯公司與通用公司以及奧迪公司聯(lián)合開發(fā)鋁合金車身。他們開發(fā)了一種可以制造鋁合金框架的新工藝。這種鋁合金框架系采用保

28、護(hù)氣焊接工藝制成。阿爾卡公司還在距德國杜塞多爾夫不遠(yuǎn)的地方建立了生產(chǎn)鋁合金車身空間框架的分公司。在采用新工藝時(shí)設(shè)備的投資要比采用常規(guī)工藝時(shí)減少一半。美國福特公司也采用了空間框架的技術(shù)。經(jīng)專家計(jì)算，在用比鋼更貴的擠壓鋁材制造車身框架時(shí)，材料利用率高，并且鋁合金車身幾乎要比傳統(tǒng)車身輕50%福特公司開發(fā)的“綜合-2010”型汽車的鋁焊 接結(jié)構(gòu)承載車身的質(zhì)量比鋼焊接結(jié)構(gòu)車身減輕了450Kg或者說減輕了 46%在不降 低汽車使用性能的情況下，把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率由110KW降到59KW,而此時(shí)的油耗僅 為4.7 L/100 Km5。從1991年起，福特公司開始使用鋁板制造新型“ Tarus ” 汽車的車門 內(nèi)

29、外板、行李艙蓋及前翼子板。這些鋁板由阿爾卡公司提供。其他公司也在開發(fā) 轎車鋁合金車身框架。比如保時(shí)捷、凱迪拉克、勞斯萊斯、沃爾沃、梅賽德斯、奧迪 及法拉 利的某些型號的汽車也已經(jīng)使用鋁車身覆板。根據(jù)Hidro鋁業(yè)公司（挪威）的建 議，在其制造鋁合金車身的基礎(chǔ)上成立了Hidro Automotiv 鋁業(yè)”歐洲聯(lián)合企業(yè)及在德國的Unterschliasgem分公司。該聯(lián)合企業(yè)已經(jīng)和法國雷諾公司進(jìn)行合作，準(zhǔn)備批量生產(chǎn)鋁合金車身汽車。日本也建立了幾個(gè)以生產(chǎn)鋁合金車身零部件為主要任務(wù)的聯(lián)合企業(yè)。其中Kavasa Ki Stil公司和FuruKava鋁業(yè)公司每年能生產(chǎn) 5000? 6000t鋁合金板 材。

30、Kobe Stil公司不僅研究汽車用鋁合金板 材，而且還研究鋁合金擠壓毛坯、鍛件及 鑄件等等。日本本田公司生產(chǎn)的新型賽車采用210Kg的鋁合金整體本身外殼，比鋼質(zhì)的同樣外殼輕140Kg。韓國現(xiàn)代汽車公司推出一種取名為“科佩”的超輕量的鋁合金高級轎車，車身重量僅有148Kg，相當(dāng)于同類鋼車身重量的一半左右，既可節(jié)約大 量的能源，獲得巨大的社會(huì)效益，同時(shí)也提高和改善了運(yùn)行性能。車身的鋁化， 能 實(shí)現(xiàn)可觀的減重效果，使鋁合金材料在汽車工業(yè)上的應(yīng)用有可能獲得突破性的進(jìn)展 7 0汽車底盤的鋁化汽車底盤也可實(shí)現(xiàn)鋁合金化。德國奧迪公司推出的A-8型豪華轎車，拋棄了使 用多年的鋼質(zhì)底盤而改用新型的鋁合金底盤，

31、其重量減輕了約200Kg。雖然比鋼制的 高出了約45%勺生產(chǎn)成本，但足以用其整個(gè)使用壽命周期內(nèi)所節(jié)省的汽油價(jià)值來抵償，同時(shí)所取得的社會(huì)效益是巨大的。從整體看，汽車底盤的鋁化還是有它一定的發(fā)展前途的。汽車鋁合金輪轂word可自由復(fù)制編輯1923年，賽車開始使用砂模鑄造的鋁合金輪轂，第二次世界大戰(zhàn)后，鋁輪轂用于普通汽車。1958年，有了整體鑄造的輪轂，以后不久又有了鍛造輪轂，1979年美 國把鋁帶成形輪轂作為標(biāo)準(zhǔn)輪轂。1990年，阿盧馬克斯工程金屬工藝公司(AEMP)與索帕里奧(Superior)工業(yè)公司合資在阿肯薩斯州菲耶特維爾市建設(shè)的全球第一個(gè)半固態(tài)模鍛(SSF )鋁合金輪轂廠投產(chǎn)，使鋁合金輪

32、轂生產(chǎn)又進(jìn)入了一個(gè)新階段。1981年，美國凱澤鋁及化學(xué)公司用擠壓方法首次生產(chǎn)鋁合金轎車整體輪轂，其直徑為457.2毫米，用于裝備80年代中期前輪驅(qū)動(dòng)的小型轎車 向。1.1,5.1鋁輪轂的優(yōu)點(diǎn)與其它輪轂相比，鋁輪轂具有如下優(yōu)點(diǎn)：鋁輪轂減重效果明顯，從四輪轎車到十輪大客車，使用鋁輪轂，每個(gè)輪可減重2? 18.5 Kg,每輛車可減重 8? 74Kg,即減輕重量29? 44%表1-2汽車鋁合金輪轂的減重效果車種輪輛規(guī)格鋁輪Kg轂?zāi)赇撦嗇炛豄g 里減重效果Kg 1輛車減重果Kg效轎車與小客車5-1/2 JJx145? 67? 92? 38? 12中型汽車6.0 GSx1611.5175.53310輪大卡

33、車7.5 Vx2024.53712.51257.0Tx2024.53410.010010輪客車8.25 x22.524.54217.51757.5 x22.523.54217.5185鋁輪轂節(jié)油效果好。日本川西泰夫等用鋼輪轂車總重為14.7噸、鋁合金輪轂車總重為14.5噸的兩輛載貨卡車進(jìn)行了耗油量試驗(yàn)。試驗(yàn)車速為90、80、40、30及20公里/小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如表1-3。表1-3鋼輪轂、鋁合金輪轂卡車的節(jié)油效果車速Km/h行程，Km/L 油鋁合金輪轂車的多行鋼輪轂車鋁合金輪轂車?yán)锍搪?，?205.005.183.6304.184.292.6406.506.662.4604.825.167.08

34、03.533.704.8903.003.093.3(3)散熱性好。轎車在高速行駛時(shí)，輪胎與地面摩擦?xí)l(fā)熱，制動(dòng)盤和制動(dòng)片摩 擦也會(huì)word可自由復(fù)制編輯發(fā)熱，在高溫的作用下，輪胎和制動(dòng)片均會(huì)加速磨損和老化，一旦失效就可 能引發(fā)安全事故。鋁合金的傳熱系數(shù)比鋼大 3倍，可將輪胎和制動(dòng)片上產(chǎn)生的熱量迅 速地傳導(dǎo)散發(fā)到空氣中去， 能有效地避免車輪在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的種種弊病，提高了安全性。（4）舒適性好。鋁合金輪轂是精密白鑄造件，精加工表面達(dá) 80蛆上，失圓度小 平衡性 好；特別是鋁合金彈性模量較小，抗振動(dòng)性好，能減少行駛中的振動(dòng)，加上真圓度好，更具有吸收震動(dòng)及彈力的功能，所以提高了整車的舒適性。（5）

35、外觀賞心悅目。鋁合金輪轂的外表面經(jīng)過抗腐蝕處理再靜電粉體涂裝，讓人 有一種 美觀、精致、豪華的感覺 。1.1,5.2鋁輪轂的制造工藝近年來，鋁輪轂的應(yīng)用越來越廣泛。美國是應(yīng)用鋁合金輪轂較多的國家，目前 已有35% 的車輪是鋁輪轂，預(yù)計(jì)到未來將提高到50%日本這一比例也很高，已超過 30%除壓鑄鋁合金輪轂外，還出現(xiàn)了鑄造輪轂、鋁板成型輪轂。鋁制輪轂因具有重量輕、散熱性能好、輪胎壽命長、安全可靠、生產(chǎn)簡單、外型美觀、圖案豐富多彩、尺寸精確、平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)，從而得到越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿艽?。目前鋁合金輪轂的制造方法主要有兩大類 10：一類是鑄造法（包括金屬型重力鑄 造法、 金屬型低壓鑄造法、壓

36、力鑄造法、擠壓鑄造法即液態(tài)模鍛 ），該法生產(chǎn)輪轂成 品率高，成本 較低，但輪轂的力學(xué)性能低，主要應(yīng)用于生產(chǎn)普通摩托車、輕型轎車輪轂；另一類是鍛造法（包括常規(guī)鍛造法、鑄造鍛造法、半固態(tài)模鍛工藝），該法生產(chǎn) 的輪轂力學(xué)性能高，但成品率低，只有 50吐右，價(jià)格昂貴，產(chǎn)品主要應(yīng)用于高檔轎車、輕型客車乃至重型汽車和大型客車上。由于鑄造法生產(chǎn)鋁合金輪轂具有適應(yīng)性強(qiáng)、花色品種多樣、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，鑄造法仍是生產(chǎn)鋁輪轂最普遍的方法，在目前全世界生產(chǎn)的鋁輪轂中，鑄造的占80蛆上11。鋁輪轂有一件式、兩件式和三件式的。兩件式的鋁輪轂是由一件內(nèi)件和一件外件焊上的或釘上的。三件式的鋁輪轂由一件中心部件和兩個(gè)外圓件

37、組成，并用航空級的螺釘擰在一起。為了減輕質(zhì)量，很多三件式鋁輪轂使用鍛造件”。鑄造鋁合金 輪轂的一般制造過程如下：熔煉配置合金液 一鑄造毛坯一熱處理淬火、時(shí)效 一輪轂 校平一非加工面噴漆處理 一機(jī)械加工一表面處理一包裝入庫。鋁合金輪轂表面處理 工藝主要分為涂裝（噴漆或噴粉）和電鍍兩個(gè)大類，word可自由復(fù)制編輯過去那種單純的陽極氧化膜處理工表1-4國內(nèi)整體鋁合金車輪毛坯的主要鑄造方法比較效率高，切削加工余 少，低消耗，大批量, 件成本低廉量單鑄件內(nèi)極易吸入氣體成氣孔，不宜進(jìn)行 理，影響力學(xué)性臺匕 目匕采用真空壓鑄工藝生產(chǎn)形的鋁輪，仍具有一定的 熱處競爭力應(yīng)用最為普遍工藝最成熟，生產(chǎn)效 較高，工序

38、簡單，(資少，鑄件經(jīng)固溶理后，具有良好的 學(xué)性能率 投 處 力鑄件切削加工余量 澆冒口系統(tǒng)復(fù)雜， 料較多，澆注時(shí)大，回爐易產(chǎn)生疏松、裂紋等缺陷鑄造法底注式填充，充型平 穩(wěn)， 鑄件夾渣和氣孔少，合格 率高鑄機(jī)和模具造價(jià)較 模具設(shè)計(jì)、保溫 封、合金液處理高， 爐密 方面較具有一定市場，適合 大尺寸汽車輪轂擁有一定的市場為和維麻煩(液態(tài)模鍛鑄件精度高，切削余 量擠壓機(jī)較大，模具較小，生產(chǎn)效率高，鑄 復(fù)雜和貴重，制造件力學(xué)性能好修費(fèi)用較高藝已逐步被淘汰。其中電鍍車輪多用在高端產(chǎn)品上13。噴涂工藝主要流程為：預(yù)脫酯一清洗一脫酯一清洗一吹積水一烘干一噴涂底漆一補(bǔ)漆一固化一噴涂面漆一補(bǔ)漆一固化。噴粉工藝和

39、噴漆工藝過程基本相同，只是通?？梢灾粐?、烘一次。對于高端產(chǎn)品，在前處理階段應(yīng)增加去氧化膜和形成轉(zhuǎn)化膜的工序，以提高涂層的附著力。鍍銘工藝主要流程為：除油 4清洗4酸蝕4預(yù)鍍鋅4預(yù)鍍暗銀4預(yù)鍍亮銅4清洗4活化一銀封一鍍銘一清洗一吹積水一烘干皿。1.1.6我國汽車鋁化的現(xiàn)狀我國汽車鋁合金化程度不高，所用鋁合金材料尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，材料品種也較少，由于受制造工藝、成本、維修、路況等條件的限制，鋁散熱器的應(yīng)用在一定程度上受到影響。止匕外，在質(zhì)量方面也存在著成份、性能等方面的問題。但 是，隨著我國汽車工業(yè)的快 速向前發(fā)展，鋁合金材料在汽車上的應(yīng)用也將會(huì)得到相應(yīng)的增加和發(fā)展的。美國資深汽車工程師Da

40、vid Scholes預(yù)測：未來轎車上的每個(gè)零件 都有可能用鋁合金來生產(chǎn)，未來的 10? 15年 會(huì)有越來越多用鋁合金制造的汽車，并且鋁合金制品完全可能比塑料輕15。word可自由復(fù)制編輯1.2 A356合金研究現(xiàn)狀A(yù)356即我國的ZAlSi7MgA( ZL101A合金)，是美國于70年代研制的一種鑄造鋁 合金同， 該合金屬于Al-Si-Mg系合金，其合金成分見表 1-5。A356合金既有良好的 鑄性能又有高的綜 合力學(xué)性能。70年代末期開始用于汽車工業(yè)。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，到了 80年代末A356系列鋁合金在汽車工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用3。硅是A356合金主要強(qiáng)化元素，與鎂形成 Mg 2Si

41、相在時(shí)效時(shí)彌散析出，可提高材質(zhì)的強(qiáng)度與硬度。Mg2Si在室溫下析出緩慢，所以自然時(shí)效效果不大，必須經(jīng)人工時(shí)效后，才有高的強(qiáng)化效果。合金中的硅和鎂在人工時(shí)效溫度下，優(yōu)先形成Mg2Si,而 在室溫下，硅由保留在a(Al)過飽和固溶體中，不易析出。但同時(shí)，硅也會(huì)與鈦生成金屬化合物，減弱鈦的細(xì)化作用；硅含量越高，鈦的細(xì)化 Al-Si合金能力越弱。因此，對于高硅鋁硅合金，鈦的加入量應(yīng)相對高一些以保證鈦的細(xì)化作用17。含鎂量不超 過0.4%,這是因?yàn)殒V在a固溶體中的極限溶解度約 0.5? 0.6%,過量的硅與鎂形成粗 大Mg2Si相，降低合金的塑性。為了進(jìn)一步提高鋁合金的強(qiáng) 度，通常在零件成形后進(jìn)行熱處理

42、。由于鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，故鋁合金的熱處理強(qiáng)化方法與鋼不同，鋁合 金的熱處理月采用固溶+時(shí)效處理，通過固溶處理，使合金元素和第二相固溶 于基體，并在隨后的時(shí)效處理中均勻析出細(xì)小的強(qiáng)化相，達(dá)到強(qiáng)化的效果。試樣經(jīng)固溶處理 后，由于微量合金元素的溶入，使基體成為過飽和的亞穩(wěn)態(tài)，在隨后的時(shí)效過程中，又從基體中析出強(qiáng)化相，主要是Mg 2Si o在時(shí)效開始階段，由于基體過飽和度很大，所以析出過程非?？?，硬度曲線的斜率很大，即硬度會(huì)大幅度提高；當(dāng)達(dá)到一定時(shí) 間后，基體和析出物之間的濃度 達(dá)到了平衡，因此析出開始變慢直到停止，這時(shí)硬度曲線變得平緩；最后由于繼續(xù)保溫，Mg2Si不再析出而開始長大粗化，硬度下降他

43、。 表1-5 A356合金各合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)SiMgTiSrFeCuMnZnAl6.8 ?7.20.30 ?0.380.08 ?0.150.0180.180.10.1Fe時(shí)形成富Si相的p(A19Fe2Si2)。二者都是脆性化合物，但a相呈骨架狀或團(tuán)塊狀，P是粗大的針狀，故后者對塑性的危害更大些。Fe和Si在工業(yè)純A1中多半成三元化分物存在，出現(xiàn)FeAb或游離Si的機(jī)會(huì)很少19。除a(Ah2FeSi), p(A19Fe 2Si2)外,還出現(xiàn)一種四元相 AkFeMg 3Si6,它可由包晶反應(yīng) L+p( Al9Fe2Si2) a(Al)+Si+ AkFeMg 3Si6 或共 晶反應(yīng)La(Al)+S

44、i+Mg2Si+AUFeMg 3Si6形成，當(dāng)形成這種共晶體時(shí)，合金的熔點(diǎn)降低到544 C。由此可見上述合金除基本相外，還存在雜質(zhì)相a(Fe3SiAlu), P(Fe2SiA19)和AUMg3Si6。ZL-101合金中添加少量鎰，除起固溶強(qiáng)化作用外，還可使粗針狀的P(Fe2Si2A19 )相轉(zhuǎn)化成骨胳狀的AlMnFeSi相，從而減輕雜質(zhì)鐵對合金塑性的有害影響20-22OAl中添加少量的Mg和Si,基本不改變合金時(shí)效過程的沉淀序列及析出相，即在一定時(shí)效條件下過飽和固溶體的沉淀順序是aGP區(qū)一p 4p p相(Mg2Si) , 150C以word可自由復(fù)制編輯 下沉淀物以GP區(qū)為主，150? 225

45、 C為GP區(qū)+P相，此時(shí)強(qiáng)化效果最大，250 C以上形成平衡相（Mg2Si） 22。研究表明，Al-Mg-Si合金的GP區(qū)隨Mg/Si含量比不同而形成 兩種不同 的形態(tài)與結(jié)構(gòu)。當(dāng)原子百分含量比Mg/Si 1時(shí)，GP區(qū)為MgzSi,呈圓片狀，其 晶胞結(jié)構(gòu)為L10型。 這兩類GP區(qū)均在人工時(shí)效初期或自然時(shí)效時(shí)，呈大量細(xì)小彌散地析出，成為合金欠時(shí)效狀態(tài)下的主要強(qiáng)化相，對合金性能產(chǎn)生重要影響結(jié)冽。細(xì)化及變質(zhì)處理自從Cibula發(fā)現(xiàn)TiB2和TiC是鋁晶粒有效的形核劑以來27,從60年代開始，Al-Ti-B 中間合金一直是鋁合金生產(chǎn)中優(yōu)先采用的晶粒細(xì)化劑。這類細(xì)化劑形成初生 的a-Al結(jié)晶核心，并促進(jìn)鑄

46、件中形成大量有規(guī)則的等軸晶粒，所以晶粒細(xì)化主要是針對初生a-Al而言，促使初晶a-Al由粗大樹枝晶變?yōu)榧?xì)小等軸晶 28。常見的有 Al-5 T Al-5Ti-0.2 B、Al-5 Ti-1 B和Al-3Ti-3B 等。在鋁合金熔液中，二元 Al-Ti合金中TiAl3的相 對溶解度為0.15%,但在熔化期的保溫階 段，隨著時(shí)間的推移，TiAl3的細(xì)化作用會(huì) 逐漸減弱直至消失。因此，最好在澆注前30分鐘內(nèi)加入細(xì)化劑，才能獲得較佳的效果。加入B可以減弱TiAl3的這種細(xì)化衰退作用，B與Ti和Al的化合物比單一 Ti有更好 的細(xì)化效果。對 Al-Ti-B細(xì)化劑而言，由于上述作為成核核心的 化合物并不溶

47、于鋁中，易聚集而沉淀于底部，也會(huì)發(fā)生細(xì)化衰退現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，用 10 %a的混合稀土加入 Al-Ti-B合金中形成的Al-Ti-Re合金細(xì)化劑可延緩衰退。值得一提的是晶粒細(xì) 化的“中毒”現(xiàn)象。在加Ti、B細(xì)化的鋁熔體中如果存在 Zr、Cr、Mn等元素，將減弱細(xì)化效 果，甚至?xí)颉爸卸荆ゼ?xì)化效果。楊莉莉等 郎-29研究了幾種常用的Al-Ti-B、Al-Ti-C、 Al-Ti和Al-3 B細(xì)化劑微觀組織及其對 A356合金的細(xì)化效果。結(jié)果表明，對于 4種Al-Ti-B細(xì) 化劑，第二相的尺寸和分布對細(xì)化效果有一定影響，荷蘭產(chǎn)Al-Ti-B細(xì)化劑AbTi尺寸小，TiB2呈彌散分布，細(xì)化后晶粒尺寸

48、最小，在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2 0 %保溫時(shí)間30min時(shí)，尺寸為500pm。對于不同系列晶粒細(xì)化劑，在加入量為0.2%口 0.5 0 %時(shí)，Al-Ti-B的細(xì)化效果均為最好。較快的凝固速度下，各種細(xì)化劑的細(xì)化效果無明顯差別；凝固速度較慢，Al-3B細(xì)化劑的細(xì)化效果較好。仲志國30等研究了不同細(xì)化 和變質(zhì)方法對細(xì)晶鋁錠熔煉的A356鋁合金組織與性能的影響。結(jié)果表明，鈦（由細(xì)晶鋁錠加入）、硼及稀土聯(lián)合細(xì)化，晶粒細(xì)化效果最好；0.04%的銀、0.01%的鈦、0.03%的硼及0.3%的稀土聯(lián)合細(xì)化及變質(zhì)的 A356鋁合金晶粒細(xì)小，娃顆粒細(xì)碎，氣孔較少，具有較高的word可自由復(fù)制編輯 力學(xué)性能。在實(shí)際

49、生產(chǎn)中晶粒細(xì)化的作用可概括 31如下：(1)減少針孔的尺寸和數(shù)量，并使其分布更為彌散，從而改善合金的力學(xué)性能；(2)改善合金的補(bǔ)縮能力；(3)減少熱裂傾向；(4)改善合金的化學(xué)、電化學(xué)特性和表面質(zhì)量。在鋁硅合金系中，Al-Si合金隨著Si含量的增加32, a-Al+Si量超過13%W,合金中還析 出粗大的多角形板狀初晶硅。由于Si相質(zhì)脆且呈粗大片狀存在，嚴(yán)重割裂合金 基體的連續(xù)性， 并在硅相尖端和棱角部位引起應(yīng)力集中，從而明顯降低了合金的力學(xué)性能，尤其是塑性，切削加工性能也變差。故當(dāng) Al-Si合金中Si量超過6%寸，為了 改善Al-Si合金的力學(xué)性能可在液 體鋁合金中加入2? 3%勺變質(zhì)劑，

50、進(jìn)行變質(zhì)處理， 以改變硅相形態(tài)，細(xì)化晶粒，提高合金的性能。變質(zhì)處理通常采用純金屬、中間合金和熔劑三種方式。Na變質(zhì)一般采用熔劑(NaF)方式。Sr變質(zhì)可采用純Sr和中間合金 兩種方式。Ba 和Sr相似，也可以合金方式加入。RE變質(zhì)通常米用中間合金 (Al-10%RE)和熔劑(REF3 , RECl3 ) 等形式加入27。早在1920年A.Pacz發(fā)現(xiàn)Na等顯著細(xì)化共晶Si相34。此后Gweyer、Edwards等也進(jìn)行 了研究，確認(rèn)Na是最適合于做變質(zhì)劑的元素，從而形成了定型的處理方法。當(dāng)鈉鹽與鋁液接觸時(shí)反應(yīng)生成游離鈉進(jìn)入鋁液，當(dāng)鋁液溫度降低時(shí)，就會(huì)形成大量的NaSi或其他化合物的高度彌散的膠

51、狀質(zhì)點(diǎn)，吸附于硅晶核上，阻礙其成長，因此使形成的硅晶粒細(xì)化，另外，鈉鹽的加入，促使產(chǎn)生過冷度，原先粗大針狀的硅變成細(xì)小的硅，而共晶組織(a+Si)變成亞共晶組織a+(a+Si)。因而鋁合金變質(zhì)處理后的力學(xué)性能顯著提高，在光學(xué)顯微鏡下未變質(zhì)的共晶Si呈現(xiàn)針狀，且較粗大；變質(zhì)共晶Si呈現(xiàn) 圓粒或短針狀；在掃描電子顯微鏡下觀察到未變質(zhì)共晶Si呈現(xiàn)板片狀，變質(zhì)共晶Si呈現(xiàn)纖維狀陶。但是，用Na變質(zhì)處理的重要缺點(diǎn)是有效時(shí)間短， Na易氧化、消耗快、易與塔摒反應(yīng)和環(huán)境條件差。為了克服Na變質(zhì)劑的不足，人們一直在進(jìn)行許多變質(zhì)元素的研究。已知的有Ca、Ba、K、Sr、Fe、Li等。其中最引人注目的變質(zhì)元素是具

52、有長效性的Sr和Sb。1966年Thicle開始了 Sr做變質(zhì)元素的研究，即變質(zhì)工藝由于長效性、重熔性好、變質(zhì)效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，正成為目前國內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)的優(yōu)選變質(zhì)工藝，得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但即變質(zhì)存在著致合的弱word可自由復(fù)制編輯點(diǎn)，即變質(zhì)潛伏期需要 40min以上，并增加合金的吸氣傾向，合金易產(chǎn)生縮松，致密性下降，使車輪的整車性能和表面質(zhì)量受到影響。同時(shí)由于 Sr的氯化反應(yīng)使Sr燒損，降低了 Sr變質(zhì) 效果，故忌用氯氣或氯鹽進(jìn)行精煉處理，最好 采用氮?dú)?、tc氣或真空除氣處理32。1967年Borgeauo開展了 Sb做變質(zhì)元素的研究，1977年開始使用。錦作為變質(zhì)劑是解決針孔缺陷的最佳手

53、段。 在錦變質(zhì)工藝中，Mg3Sb2是硅相的異質(zhì)核心，使a(Al)共晶硅細(xì)化， 接近于球狀，從而起到變質(zhì)作用12。由于Sb變質(zhì)效果不衰退，可以反 復(fù)使用，對地摒無腐蝕 作用，使用方便?？梢允怪罨w細(xì)化，分布均勻，具有脫氣和細(xì)化晶粒的作用。我國鋅儲量和生產(chǎn)量都居世界首位，具有資源優(yōu)勢，價(jià)格也較便宜。但Sb變質(zhì)對鑄件冷卻速度敏感，用于金屬型鑄造變質(zhì)效果好，砂型條件下只能得到亞變質(zhì)效果，惡化合金性能。Sb變質(zhì)還容易產(chǎn)生AlSb比重偏析，因此Sb常采用Al5獨(dú)Sb中間合金的形式加入。鋼和鋅對共晶硅有 良好的長效變質(zhì)作用，但 對厚壁件的變質(zhì)效果差，因此不適用于鋁輪轂34。La、Ce等稀土元素對Al-Si

54、合金具有良好的變質(zhì)作用，其變質(zhì)潛伏期短，變質(zhì)有效時(shí)間4h以上，重熔7次仍保持良好的變質(zhì)效果曄例。稀土對鋁合金還具有脫氫除氣、減少氧化夾雜物和強(qiáng)化合金的作用， 高溫性能和熱穩(wěn)定性均獲得提高我國的稀土資源豐富，稀土又具有綜合改性的效果，值得推廣應(yīng)用。但稀土變質(zhì)效果對鑄件冷卻速度敏感性強(qiáng)。在金屬型快速冷卻下才能表現(xiàn)出明顯的變質(zhì)效果。稀土元素容易氧化成高熔點(diǎn)的脆性化合物，造成微觀偏聚，對力學(xué)性能不利，所以應(yīng)注意其加入工藝和加入量的控制。楊彬，高平等 陶研 究了混合稀土 Al-10噥E(富偶混合 稀土)中間合金作為變質(zhì)劑對 A356合金的組織和力 學(xué)性能的影響。結(jié)果表明混合稀土是A356合金的一種長效變

55、質(zhì)劑。無論在鑄態(tài)還是熱處理態(tài)，合金的力學(xué)性能均有提高。但在熱處理?xiàng)l件下比鑄態(tài)產(chǎn)生更好的變質(zhì)word可自由復(fù)制編輯表1-6常用變質(zhì)劑的特點(diǎn)受質(zhì)兀素(劑)加入量，%變質(zhì)處理溫度，c相對價(jià)格變質(zhì)效果適用日勺合金二兀鈉鹽2.0 ? 3.0730?便宜優(yōu)業(yè)、共晶今金錮0.04 ? 0.08710? 750較貴優(yōu)亞、共晶合金睇0.1 ? 0.5710? 750中等良混合稀土0.1 ? 0.6730? 800較貴良各種合金銀0.05 ? 0.2760? 800較貴良亞、共晶合金鉀1.5 ? 2.5730? 760便宜優(yōu)亞、共晶合金磷0.02 ? 0.07740? 840中等優(yōu)過共晶合金效果，突出表現(xiàn)在伸長率

56、有較大幅度提高。綜合考慮各種力學(xué)性能，推薦該變質(zhì)劑 的合理 加入范圍是0.12%-0.28%。有研究34認(rèn)為對于變質(zhì)劑的作用可以認(rèn)為：在未加變質(zhì)劑的情況下，硅晶體內(nèi)容易產(chǎn)生攣晶，使硅沿?cái)伨Х较?211)長成粗針狀，而且 硅生長速度快，不易過冷。在熔融狀態(tài)下加入變質(zhì)劑，在硅表面強(qiáng)烈吸附或富積變質(zhì)成分，降低硅的生長速度，并改變硅的生長方式，生長擇優(yōu)方向?yàn)?111)促進(jìn)共晶 硅分枝和長成纖維狀，從而達(dá)到細(xì)化目的，改善合金性能。熱處理強(qiáng)化鑄造鋁合金在鑄態(tài)下的力學(xué)性能往往不能滿足使用要求，通過熱處理的辦法可進(jìn)一步提高鑄件的力學(xué)性能和使用性能。熱處理的目的大致有以下幾個(gè)方面37:(1)充分提高鑄件的力學(xué)性

57、能，保證一定的塑性，提高合金抗拉強(qiáng)度和硬度，改 善合 金的切削加工性能等；(2)消除由于鑄件壁厚不均勻、快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力；(3)穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)生體積脹大現(xiàn)象；(4)消除偏析和針狀組織，改善合金的組織和力學(xué)性能。熱處理可以改善鋁合金的力學(xué)性能，對于鑄造 Al-Si-Mg合金，熱處理強(qiáng)化的主 要方 法是淬火或淬火加人工時(shí)效。鋁合金以獲得時(shí)效強(qiáng)化的前提條件是其中一個(gè)或多個(gè)合金元素的固溶度隨著溫度的降低而降低。對于 A356合金來說，由圖1-1( b)偽二word可自由復(fù)制編輯 元共晶相圖可知：在共晶溫度下， Mg2Si在a-A1中的溶解度可達(dá)1.85%(其中

58、Mg與Si的溶解 度分別為1.17%和0.68%,當(dāng)溫度下降時(shí)，M2Si的固溶度明顯降低。故 A356合 金可通過固溶 處理與時(shí)效處理提高合金的機(jī)械性能。1.2.3.1固溶處理工藝所謂固溶處理就是將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝，鋁合金的固溶處理有三個(gè)目的42：(1)使Mg, Si元素固溶入a( Al)基體中；(2) Mg, Si在a (Al)基體中均勻化；(3)共晶Si相形態(tài)在固溶過程中發(fā)生由纖維狀向粒狀形態(tài)的轉(zhuǎn)變。將合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體以提高合金的強(qiáng)度的方法稱固溶強(qiáng)化。其原理是：合金元素溶入基體后、使基體金屬的位錯(cuò)密度

59、增加，同時(shí)晶格發(fā)生畸變。畸變所產(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場交互作用，使合金元素的原子聚集到位錯(cuò)線附近，形成“氣團(tuán)”，位錯(cuò)要運(yùn)動(dòng)就必須克服氣團(tuán)的釘扎作用，或從氣團(tuán)中掙脫出來，因而需要更大的切應(yīng)力。此外，合金元素原子還會(huì)改變固溶體的彈性模量、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力和原子的排列缺陷，使位錯(cuò)線變彎，從而強(qiáng)化材料。固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)是：在使材料的強(qiáng)度、硬度提高的同時(shí)，還能保持良好的塑性。但固溶體的強(qiáng)化效果隨被固溶的元素的含量的增加而增大，因此，強(qiáng)化程度受合金元素 在基體中的固溶度大小的限制。在鋁合金中加入硅、鎂、銅、鎰、鋅等合金 元素，都能形成具有較大極限溶解度的固熔體 ，起到固溶強(qiáng)化的作用。對Al-Si-

60、Mg合金來 說， 基體中只有Si、Mg兩種強(qiáng)化元素，所以單獨(dú)進(jìn)行固溶強(qiáng)化對提高材質(zhì)的性能不是十分明顯，必須隨后進(jìn)行時(shí)效處理才能起到強(qiáng)化作用50-53。(1)固溶溫度在亞共晶Al - Si-Mg鑄造合金中，固溶處理的實(shí)質(zhì)在于將合金加熱到盡可能高的溫度，并在該溫度下保持足夠長的時(shí)間，使強(qiáng)化相Mg2Si充分溶入a-Al固溶體，隨 后快速冷卻，使高溫時(shí)的固溶體呈過飽和狀態(tài)保留到室溫。溫度愈高，愈接近固相 線溫度，則固溶處理的效果 愈好。但溫度過高會(huì)引起晶粒粗大，甚至發(fā)生過燒而使產(chǎn)品報(bào)廢。為了防止局部過燒，加熱溫度通常低于固相線10? 15 C。固溶處理也改變共晶Si的形態(tài)，隨著固溶保持時(shí)間的延長， S