鑄造鋁合金熱處理

1、1鑄造鋁合金熱辦理的特點(diǎn)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(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長(zhǎng)，一般都在2h以上，此后者保溫時(shí)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(jié)晶凝固的，其結(jié)晶組織比石膏型鑄造、砂型鑄造的鑄件細(xì)好多，故其熱辦理的保溫時(shí)間也短好多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同樣點(diǎn)是壁厚不均勻，有異形截面或內(nèi)通道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀，為保證熱辦理時(shí)不變形或開(kāi)裂，有時(shí)還要設(shè)計(jì)專(zhuān)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(lái)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(xué)性能和耐腐化性能，牢固尺寸，改進(jìn)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(xué)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(jīng)過(guò)熱辦理來(lái)進(jìn)一步提高鑄件的力學(xué)性能和其他使用性能。其詳盡作用有以下幾個(gè)方面：1）除掉由于鑄件結(jié)構(gòu)（如壁厚不均勻、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）提高合金的強(qiáng)度和硬度，改進(jìn)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(shù)要點(diǎn)（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(shí)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(yīng)力和機(jī)械加工引起的內(nèi)應(yīng)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(jìn)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(zhì)點(diǎn)齊聚，從而除掉鑄件的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到牢固尺寸、提高塑性、減少變形的目的。熱辦理狀態(tài)代號(hào)為T(mén)2。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(diǎn)，大多在500以上），保溫2h

4、以上，使合金內(nèi)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(qiáng)相固定并保存到室溫。3）時(shí)效。其工藝是：將經(jīng)過(guò)淬火的鋁合金鑄件加熱到某個(gè)溫度，保溫一準(zhǔn)時(shí)間出爐空冷到室溫，使過(guò)飽和的固溶體分解，讓合金基體組織牢固。合金在時(shí)效過(guò)程中，大體需經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段：隨著溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)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(chēng)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(guò)渡相）；大量的G-PII區(qū)和少量的亞牢固相結(jié)合以及亞牢固相轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂滔?、第二相質(zhì)點(diǎn)齊聚幾個(gè)階段。時(shí)效辦理又分為自然時(shí)

5、效和人工時(shí)效兩大類(lèi)。自然時(shí)效是在室溫下進(jìn)行時(shí)效加強(qiáng)的辦理。人工時(shí)效又分為不完好人工時(shí)效、完好人工時(shí)效、過(guò)時(shí)效三種。不完好人工時(shí)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(qiáng)度、優(yōu)異的塑性和韌性，但耐蝕性降低。完好人工時(shí)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(qiáng)度（即最高的硬度），但伸長(zhǎng)率降低。過(guò)時(shí)效。也稱(chēng)牢固化回火。其工藝是：將鑄件加熱到190230，保溫49h，使強(qiáng)度有所下降，塑性有所提高，以獲得較好的抗應(yīng)力腐化能力。4）循環(huán)辦理。把鋁合金鑄件冷卻到零下某個(gè)溫度（如一50,70或一195）并保溫一準(zhǔn)時(shí)間，再把鑄件加熱到350以下，

6、使合金中的固溶體點(diǎn)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(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)處于更加牢固的狀態(tài)，從而達(dá)到產(chǎn)品零件尺寸、體積更加牢固。這類(lèi)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(cè)儀器上的某些零件）；一般鑄件均不作這類(lèi)辦理。（2）熱辦理操作技術(shù)要點(diǎn)1）應(yīng)依照鑄件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、合金特點(diǎn)等擬定的熱辦理工藝進(jìn)行熱辦理。2）熱辦理前應(yīng)檢查熱辦理設(shè)備、輔助設(shè)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(nèi)（5）。3）裝爐前鑄件應(yīng)吹砂或沖洗，應(yīng)無(wú)油污、臟物、泥土，合金牌號(hào)不應(yīng)相混。4）形狀易產(chǎn)生變

7、形的鑄件應(yīng)放在專(zhuān)用的底盤(pán)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(yīng)隨工件一起同爐熱辦理，以真實(shí)反響鑄件的性能。6)在保溫時(shí)期應(yīng)隨時(shí)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(shí)間不能夠恢復(fù)時(shí)，應(yīng)將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火，等恢復(fù)正常后，再裝爐、保平易進(jìn)行熱辦理。8)在鹽槽中淬過(guò)分的鑄件，應(yīng)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(yīng)馬上予以校正。10）需要時(shí)效辦理的鑄件，應(yīng)在淬火后0.5h內(nèi)進(jìn)行時(shí)效辦理。11）如經(jīng)熱辦理后發(fā)現(xiàn)性能不合格，可重復(fù)進(jìn)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(hào)和工藝參數(shù)（1）鑄造鋁合

8、金熱辦理狀態(tài)代號(hào)、狀態(tài)名稱(chēng)及其目的與應(yīng)用見(jiàn)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(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，現(xiàn)介紹以下，見(jiàn)表2-30。狀態(tài)代號(hào)熱辦理狀態(tài)名稱(chēng)目的與應(yīng)用舉例說(shuō)明金屬型或濕砂型鑄造的合金，因冷卻速度較未經(jīng)淬火的快，已獲得必然程度的過(guò)飽和固溶體，即有部對(duì)提高ZLl04、ZLl05等T1分淬火收效。再進(jìn)行人工時(shí)效，脫溶加強(qiáng)，則人工時(shí)效合金的強(qiáng)度比較有效可提高硬度和強(qiáng)度，并改進(jìn)切削加工性能用于時(shí)效溫度約150180，辦理承受載荷不大的硬模鑄件保溫時(shí)間為124h除掉鑄件的內(nèi)應(yīng)

9、力(鑄造應(yīng)力和機(jī)械加工引對(duì)A1si系合金收效比較明顯。鑄件在鑄造后或粗加起的應(yīng)力)，牢固鑄件尺寸，并使A1-Si系合金工后常進(jìn)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(guò)程中尺寸很牢固的鑄件溫時(shí)間為24h經(jīng)過(guò)加熱保溫，使可溶相溶解，此后急冷，對(duì)A1Mg系合金為最后熱辦理；對(duì)需人工時(shí)效的其他合金使大量加強(qiáng)相固溶在a固溶體內(nèi)，獲得過(guò)飽淬火(固溶辦理)，則是預(yù)備熱辦理T4和固溶體，以提高合金的硬度、強(qiáng)度及耐蝕性自然時(shí)效淬火溫度約500535，用于承受動(dòng)載荷沖擊作用的鑄件對(duì)Al-Mg系合金為435T5T6T7T8T9合金代號(hào)ZLl03ZLl06可獲得較高的強(qiáng)度和

10、信服強(qiáng)度，提高塑性，時(shí)效溫度低，保溫時(shí)間淬火+不完但耐蝕性會(huì)有所下降，特別是晶間腐化會(huì)有所短。時(shí)效溫度約150170，全人工時(shí)效增加保溫時(shí)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(qiáng)度，而塑性稍有降低，耐蝕在較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)性也有所降低進(jìn)行。時(shí)效溫度約175人工時(shí)效用于承受高靜載荷而不受沖擊作用的零件185，保溫時(shí)間5h以上用來(lái)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(jìn)行是抗應(yīng)力腐化)能力，并保持較高的力學(xué)性能化回火(過(guò)時(shí)效)回火溫度為190230用于高溫(300以下)工作的鑄件保溫時(shí)間49h使固溶體充分分解，析出的加強(qiáng)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(shí)間3回火拉強(qiáng)度有所降低6h用于要求高塑性的鑄件用來(lái)進(jìn)一步牢固鑄件的尺寸形狀。其屢次加熱機(jī)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?xiàng)l件和合金的性質(zhì)來(lái)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(shí)效加熱溫保溫冷卻介保溫狀態(tài)度時(shí)間質(zhì)加熱溫度時(shí)間冷卻附注/h及溫度hT1180535適合小載荷鑄件T22901024除掉應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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(jiàn)表2-29。4鑄造鋁合金熱辦理質(zhì)量弊端及其除掉與預(yù)防鋁合金鑄件熱辦理后常有的質(zhì)量問(wèn)題有：力學(xué)性能不合格、變形、裂紋、過(guò)燒等弊端，對(duì)其產(chǎn)生原因和除掉與預(yù)防方法分述以下。（1）力學(xué)性能不合格平時(shí)表現(xiàn)為退火狀態(tài)伸長(zhǎng)率（5）偏低，淬火或時(shí)效辦理后強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率不合格。其形成的原因有多種：如退火溫度偏低、保溫時(shí)間不足，或冷卻速度太快；淬火溫度偏低、保溫時(shí)間不夠，或冷卻速度太慢（淬火介質(zhì)溫度過(guò)高）；不完好人工時(shí)效

14、和完好人工時(shí)效溫度偏高，或保溫時(shí)間偏長(zhǎng)；合金的化學(xué)成分出現(xiàn)偏差等。除掉這類(lèi)弊端，可采用以下方法：再次退火，提高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間；提高淬火溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，降低淬火介質(zhì)溫度；如再次淬火，則要調(diào)整此后的時(shí)效溫度和時(shí)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(diào)整重復(fù)熱辦理的工藝參數(shù)等。（2）變形與翹曲平時(shí)在熱辦理后或隨后的機(jī)械加工過(guò)程中，反響出鑄件尺寸、形狀的變化。產(chǎn)生這類(lèi)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理（如兩連接壁的壁厚相差太大，框形結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)筋太薄或太微?。?；淬火時(shí)工件下水方向不當(dāng)及裝料方法不當(dāng)?shù)?。除掉與預(yù)防的方法

15、是：降低升溫速度，提高淬火介質(zhì)溫度，或換成冷卻速度稍慢的淬火介質(zhì)，以防范合金內(nèi)產(chǎn)生節(jié)余應(yīng)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(jié)構(gòu)、形狀選擇合理的下水方向或采用專(zhuān)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(jīng)過(guò)熒光檢查肉眼看不見(jiàn)的微細(xì)裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。產(chǎn)生裂紋的原因是：加熱速度太快，淬火時(shí)冷卻太快（淬火溫度過(guò)高或淬火介質(zhì)溫度過(guò)低，或淬火介質(zhì)冷卻速度太快）；鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理（兩連接壁壁厚差太大，框形件中間的加強(qiáng)筋太薄或太微?。谎b爐方法不當(dāng)或下水方向不對(duì)；爐溫不均勻，使鑄

16、件溫度不均勻等。除掉與預(yù)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(zhì)溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質(zhì)；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(zhuān)用防開(kāi)裂的淬火夾具，并選擇正確的下水方向。（4）過(guò)燒表現(xiàn)為鑄件表面有結(jié)瘤，合金的伸長(zhǎng)率大大下降。產(chǎn)生過(guò)燒的原因是：合金中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素如Cd,Si,Sb等的含量過(guò)高；加熱不均勻或加熱太快；爐內(nèi)局部溫度高出合金的過(guò)燒溫度；測(cè)量和控制溫度的儀表失靈，使?fàn)t內(nèi)實(shí)質(zhì)溫度高出儀表指示溫度值。除掉與預(yù)防的方法是：嚴(yán)格控制低熔點(diǎn)合金元素的含量不超標(biāo)；以不高出3/min的速度緩慢升溫；檢查和控制爐內(nèi)各區(qū)溫度不高出5；如期檢查和校準(zhǔn)溫度測(cè)控儀表，保證儀表測(cè)溫、示溫、控溫正確無(wú)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(chǎn)生這類(lèi)弊端的原因是：硝鹽液中氯化物含量超標(biāo)（0.5%）而對(duì)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(méi)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(yù)防的方法是：盡量縮短鑄件從爐內(nèi)移到淬火槽中的時(shí)間；檢查硝鹽中氯化物的含量可否超標(biāo)，如超標(biāo)，則應(yīng)降低其含量，從