鑄造鋁合金熱處理

一、鑄造鋁合金熱處理的特點和目的

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，因而在熱處理時也有所不同。前者保溫時間長，一般都在 2h 以上，而後者保溫時間短，有的只要幾十分鐘。因為金屬型鑄造、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品凝固的。 其結晶組織比石膏型鑄造、砂型鑄造的鑄件細很多，故其熱處理的保溫時間也短很多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同點是壁厚不均勻，有異形截面或內通道等複雜結構形狀，為保證熱處理時不變形或開裂，有時還要設計專用夾具予以保護，並且淬火介質的溫度也比變形鋁合金高，故一般多采用人工時效來縮短熱處理週期和提高鑄件的效能。

鑄造鋁合金熱處理的目的是，提高力學效能和耐腐蝕效能，穩定尺寸，改善切削加工性和焊接性等工藝效能。因為許多鑄態鋁合金的力學效能都不能滿足使用要求，除 Al-Si系的ZL102、Al-Mg系的 ZL302和 Al-Zn系的ZL401合金外，其餘的鑄造鋁合金都要透過熱處理來進一步提高鑄件的力學效能和其他使用效能。其具體作用有以下幾個方面∶

（1）消除由於鑄件結構〔如壁厚不均勻、轉接處厚大〕等原因使鑄件在結晶凝固時因冷卻速度不均勻所造成的內應力；

（2）提高合金的強度和硬度，改善金相組織，保證合金有一定的塑性和切削加工效能、焊接效能；

（3）穩定鑄件的組織和尺寸，防止和消除高溫相變而使體積發生變化；4〕消除晶間和成分偏析，使組織均勻化。

二、鑄造鋁合金熱處理方法及操作技術要點

（一）熱處理方法，鑄造鋁合金的熱處理，目前有退火、淬火〔固溶處理〕、時效和迴圈處理等工藝，分述如下∶

（1）退火。退火的作用是消除鑄件的鑄造應力和機械加工引起的內應力，穩定加工件的形狀和尺寸，並使Al-Si系合金的部分 Si晶體球狀化，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，使固溶體慢慢發生分解，析出的第二質點聚集，從而消除鑄件的內應力，到達穩定尺寸、提高塑性、減少變形的目的。熱處理狀態代號為T2。

（2）淬火。淬火也叫固溶處理或急冷處理。其工藝是∶將鋁合金鑄件加熱到較高的溫度（一般在接近於共晶體的熔點，大多在 500 ℃以上），保溫 2h 以上，使合金內的可溶相充分溶解。然後，急速淬人60~100℃的水中，由於鑄件受到急冷，使其在合金中得到最大限度溶解的強化相固定並儲存到室溫。

（3）時效。其工藝是∶將經過淬火的鋁合金鑄件加熱到某個溫度，保溫一定時間出爐空冷到室溫，使過飽和的固溶體分解，讓合金基體組織穩定。

（二）合金在時效過程中，大致需經過幾個階段∶隨著溫度的上升和時間的延長，過飽和固溶體點陣內原子的重新組合，生成溶質原子富集區（稱為G-PI區〕；隨著G-PI區消失，第二相原子按一定規律偏聚並生成G-P Ⅱ區，之後生成亞穩定的第二相（過渡相）；大量的G-PⅡI區和少量的亞穩定相結合以及亞穩定相轉變為穩定相、第二相質點聚集幾個階段。

時效處理又分為自然時效和人工時效兩大類。自然時效是在室溫下進行時效強化的處理。人工時效又分為不完全人工時效、完全人工時效、過時效三種。

①不完全人工時效。將鑄件加熱到150～170℃（較低溫度下），保溫3～5h，以獲得較好的抗拉強度、良好的塑性和韌性，但耐蝕性降低。

②完全人工時效。將鑄件加熱到175~185℃（較高溫度下〕，保溫5~24h，以獲得足夠的抗拉強度即最高的硬度），但伸長率降低。

③過時效。也稱穩定化回火。其工藝是∶將鑄件加熱到190~-230℃，保溫4~9h，使強度有所下降，塑性有所提高，以獲得較好的抗應力腐蝕能力。

（三）迴圈處理，把鋁合金鑄件冷卻到零下某個溫度（如一50 ℃—70℃或一195 ℃）並保溫一定時間，再把鑄件加熱到 350℃以下，使合金中的固溶體點陣反覆收縮和膨脹，並使各相的晶粒發生少量位移，以使這些固溶體結晶點陣內的原子偏聚區和金屬間化合物的質點處於更加穩定的狀態，從而到達產品零件尺寸、體積更加穩定。這種反覆加熱、冷卻的熱處理工藝，即迴圈處理，僅適於處理在使用中要求尺寸很穩定、極精密的零件〔如檢測儀器上的某些零件）；一般鑄件均不作這種處理。

熱處理操作技術要點

（1）應根據鑄件結構形狀、尺寸、合金特性等制定的熱處理工藝進行熱處理。

（2）熱處理前應檢查熱處理裝置、輔助裝置、儀表等是否合格和正常，爐膛各處的溫度差是否在規定的範圍之內（±5 ℃）。

（3）裝爐前鑄件應吹砂或沖洗，應無油汙、髒物、泥土，合金牌號不應相混。

（4）形狀易產生變形的鑄件應放在專用的底盤或支架上，不允許有懸空的懸壁部分。

（5）檢查鑄件效能的單鑄或附鑄試棒應隨工件一起同爐熱處理，以真實反映鑄件的效能。

（6）在保溫期間應隨時檢查、校正爐膛各處溫度，防止區域性高溫或燒化。

（7）在斷電後短時間不能恢復時，應將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火，等恢復正常後，再裝爐、保溫和進行熱處理。

（8）在鹽槽中淬過火的鑄件，應在淬火後立即用熱水沖洗，清除殘鹽，防止腐蝕。（9）發現淬火後鑄件變形，應立即予以校正。

（10）需要時效處理的鑄件，應在淬火後內進行時效處理。

（11）如經熱處理後發現效能不合格，可重複進行熱處理，但次數不得超過兩次。

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