铸造铝合金的热处理方法优化

时间：2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：铸造铝合金热处理的目的是提高力学性能和耐蚀性、稳定尺寸、改善可加工性和焊接性等工艺性能。热处理状态代号为T2。铸造铝合金的热处理可根据铸件的工作条件和性能要求，选择不同的热处理方法。

铸造铝合金的热处理方法优化

6.1.2.1 铸造铝合金热处理的特点和目的

前面提到，铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，有的只要几十分钟。因为金属型铸造、低压铸造、差压铸造的铸件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型铸造、砂型铸造的铸件细很多，故其热处理的保温时间也短很多。铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形截面或内通道等复杂结构形状，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火冷却介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。

铸造铝合金热处理的目的是提高力学性能和耐蚀性、稳定尺寸、改善可加工性和焊接性等工艺性能。因为许多铸态铝合金的力学性能都不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102、Al-Mg系的ZL303和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的力学性能和其他使用性能。其具体作用有以下几个方面。

1）消除由于铸件结构（如壁厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力。

2）提高合金的强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和可加工性、焊接性。

3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除因高温相变而使体积发生变化。

4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。

6.1.2.2 铸造铝合金热处理方法及操作技术要点

铸造铝合金的热处理，目前有退火、淬火（固溶处理）、时效和循环处理等工艺，分述如下：

（1）退火　退火的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定工件的形状和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si晶体球化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件加热到280~300℃，保温2~3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二相质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形的目的。热处理状态代号为T2。

（2）淬火　淬火也叫固溶处理或急冷处理。其工艺是：将铝合金铸件加热到较高的温度（一般为接近于共晶体的熔点，大多在500℃以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60~100℃的水中，由于铸件受到急冷，使其在合金中得到最大限度溶解的强化相固定并保存到室温。

（3）时效　时效的工艺是：将经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷到室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定。合金在时效过程中，大致需经过几个阶段：①随着温度的上升和时间的延长，过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-PⅠ区）；②随着G-PⅠ区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-PⅡ区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相）；③大量的G-P II区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相，第二相质点聚集。

时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是在室温下进行时效强化的处理。人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效、过时效三种。

1）不完全人工时效，将铸件加热到150~170℃（较低温度下），保温3~5h，以获得较好的抗拉强度、良好的塑性和韧性，但耐蚀性降低。

2）完全人工时效，将铸件加热到175~185℃（较高温度下），保温5~24h，以获得足够的抗拉强度（即最高的硬度），但伸长率降低。

3）过时效，也称稳定化回火。其工艺是：将铸件加热到190~230℃，保温4~9h，使强度有所下降，塑性有所提高，以获得较好的抗应力腐蚀能力。

（4）循环处理　把铝合金铸件冷却到零度以下（如-50℃，-70℃或-195℃）并保温一定时间，再把铸件加热到350℃以下，使合金中的固溶体点阵反复收缩和膨胀，并使各相的晶粒发生少量位移，以使这些固溶体结晶点阵内的原子偏聚区和金属间化合物的质点处于更加稳定的状态，从而达到产品零件尺寸、体积更加稳定。这种反复加热、冷却的热处理工艺，即循环处理，仅适于处理在使用中要求尺寸很稳定、极精密的零件（如检测仪器上的某些零件），一般铸件均不做这种处理。铸造铝合金的热处理可根据铸件的工作条件和性能要求，选择不同的热处理方法。