铝合金的热处理.pdf

铝合金的热处理 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，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是 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、砂 型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金 与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂 结构外形，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。 一、热处理的目的 铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺 寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因为 多铸态铝合金的机械性 能不能满足使用要求，除 Al-Si 系的 ZL102 ，Al-Mg 系的 ZL302 和 Al-Zn 系的 ZL401 合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一 步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1）消 除由于铸件结构（如璧厚不均匀、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）提高合金的机械强度和硬 度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性 能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除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。 二、热处理方法 1、退火处理 退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应 力，稳定加工件的外形和尺寸，并使 Al-Si 系合金的部分 Si 结晶球状 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、 翘曲的目的。2、淬火 淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的 熔点，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，使铸件急冷，使强化组元在合金中 得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固 溶处理或冷处理。3、时效处理 时效处理，又称低温回火，是把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直至室温，使过饱和的固溶体分解，让 合金基体组织稳定的工艺过程。 合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过 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）和 G-PⅠ 区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成 G-PⅡ 区，之 生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的 G-PⅡ 区和少量的亚稳定相结 合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效 强化在室温下进行的时效。人工时效又分为不完全人工时效、完全人 工时效、过时效 3 种。1）不完全人工时效：把铸件加热到 150-170℃，保 温 3-5h，以获得较好抗拉强度、良好的塑性和韧性，但抗蚀性较低的 热处理工艺；2）完全人工时效：把铸件加热到 175-185℃，保温 5-24h， 以获得足够的抗拉强度（即最高的硬度）但延伸率较低的热处理工艺； 3）过时效：把铸件加热到 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、抗腐蚀能力的工艺，也称稳定化 回火。4、循环处理 把铝合金铸件冷却到零下某个温度（如-50℃、-70℃、-195℃）并保 温一定时间，再把铸件加热到 350℃以下，使合金中度固溶体点阵反 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，达 到提高产品零件尺寸、体积更稳定的目的。这种反复加热冷却的热处 理工艺叫循环处理。这种处理适合使用中要求很精密、尺寸很稳定的 零件（如检测仪器上的一些零件）。一般铸件均不作这种处理。5、铸造 铝合金热处理状态代号及含义 代号合金状态热处理的作用或目的说明 T1 人工时效在金属型或湿砂型铸造的合金，因冷却速度较快，已 得到一定程度的过饱和固溶体，即有部分淬火效果。再做人工时效，脱 溶强化，则可提高硬度和机械强度，改善切削加工性。对提高 Zl104 、 ZL10