铸铝合金的热处理

1、铸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.由于金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比拟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升铸件的性能.一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提升力学性能和耐腐蚀性能,

2、稳定尺寸,改善切削加工和焊接等加工性能.由于许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升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提升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,预防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

3、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系合金的局部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280-300C,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,到达稳定尺寸、提升塑性、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500c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60-100C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

4、,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-Pn区,之后生成亚稳定的第二相过渡相,大量的G-Pn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

5、C,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175-185C,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190-230C,保温4-9h,使强度有所下降,塑性有所提升,以获得较好的抗应力、抗腐蚀水平的工艺,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-50C、-70C、-195C并保温一定时间,再把铸件加热到350c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,到

6、达提升产品零件尺寸、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,即有局部淬火效果.再做人工时效,脱溶强化,那么可提升硬度和机械强度,改善切削加工性.对提升Z1104、ZL105等合金的强度有效.T2退火主要作用在于消除铸件的内应力铸造应力和机加工引起的应力,稳定铸件尺寸,并使Al-Si系合金的Si晶体球状化,提升其塑性.对Al-Si系合

7、金效果比拟明显,退火温度280-300C,保温时间为2-4h.T4固溶处理淬火加自然时效通过加热保温,使可溶相溶解,然后急冷,使大量强化相固溶在a固溶体内,获得过饱和固溶体,以提升合金的硬度、强度及抗蚀性.对Al-Mg系合金为最终热处理,对需人工时效的其它合金那么是预备热处理.T5固溶处理淬火加不完全人工时效用来得到较高的强度和塑性,但抗蚀性会有所下降,实质是晶间腐蚀会有所增加.时效温度低,保温时间短,时效温度约150-170C,保温时间为3-5h.T6固溶处理淬火加完全人工时效用来获得最高的强度,但塑性和抗蚀性有所降低.在较高温度和较长时间内进行.适用于要求高负荷的零件,时效温度约175-1

8、85C,保温时间5h以上.T7固溶处理淬火加稳定化回火用来稳定铸件尺寸和组织,提升抗腐蚀具体是抗应力腐蚀水平,并保持较高的力学性能.多在接近零件的工作温度下进行.适合300c以下高温工作的零件,回火温度为190-230C,保温时间4-9hoT8固溶处理淬火加软化回火使固溶体充分分解,析出的强化相聚集并球状化,以稳定铸件尺寸,提升合金的塑性,但抗拉强度下降.适合要求高塑性的铸件,回火温度约230-330C,保温时间3-6h.T9循环处理用来进一步稳定铸件的尺寸外形.其反复加热和冷却的温度及循环次数要根据零件的工作条件和合金的性质来决定.适合要求尺寸、外形很精密稳定的零件.三、热处理工艺1、铸造铝

9、合金热处理工艺参数合金牌号合金代号热处理固溶处理时效处理保温后空冷加热温度C保温时间h淬火温度C加热温度C保温时间hZAlSi7MgZL101T2-300±102-4T4535±52-620-100-T5535±52-620-100150±52-4T6535±52-620-100200±52-5T753552-680-10022553-5T853552-680-100250103-5T5二阶段535土52-620-100190±100.5150±52ZAlSi7MgAZL101AT1-190土53-4T2-300&

10、#177;102-4T4535±510-1620-100-T5535±510-1620-100175土56ZAlSi12ZL102T2-300±102-4ZAlSi9MgZL104T1-175土55-17T6535土52-620-100175±510-15ZAlSi5Cu1MgZL105T1-180土55-10T5525土53-520-100175±55-10T6525±53-520-100200±53-5T7525±53-520-100230土103-5ZAlSi5Cu1MgAZL105AT1-180土55-10

11、T5525土53-520-100175土55-10T6525土53-520-100200土53-5T7525土53-520-100230土103-5T8525土53-520-100250土103-5ZAlSi8Cu1MgZL106T1-200±105-8T2-280±105-8T5515±54-820-100170±58-16T6515±54-820-100160±54-6T7515±54-820-100230土53-5ZAlSi7Cu4ZL107T6515±55-720-100170土105-7ZAlSi12Cu

12、2Mg1ZL108T1-190±58-12T6515±56-820-70175±514-18T7515±53-820-70240±106-10ZAlSi12Cu1Mg1Ni1ZL109T1-205土58-12T6515土56-820-70180土514-18ZAlSi9Cu2MgZL111T6520土54-620-70180土56-8ZAlSi7Mg1AZL114AT5535土52-720-100150土51-3T6540±58-1265-100160土53-5ZALSi5Zn1MgZL115T4550土51665-100-T5550

13、土51665-100160土54ZAlSi8MgBeZL116T1-190土53-4T2-300±102-4T4535±510-1620-100-T5535±510-1620-100175土56T6535±510-1620-100160土53-8ZAlCu5MnZAlCu5MnAZL201ZL201AT4545±510-1220-100-T5545±55-920-100175±53-6T7545±55920-100250±103-10ZAlCu10ZL202T2-290±53ZAlCu4ZL20

14、3T4515±510-1520-100-T5515±510-1520-100150土52-4ZAlCu5MnCdAZL204AT6535±57-940-100175±53-5T7535±57-940-100190±53-5ZAlCu5MnCdVAZL205AT5535±510-1520-60155±58-10T6535±510-1520-60175±53-5T7535±510-1520-60195±53-5ZAlRE5Cu3Si2ZL207T1-200土55-10ZAlMg1

15、0ZL301T4430土1020210或油-ZAlMg8Zn1ZL305T4455土56-880-100ZAlZn11Si7Zl401T1-200±105-10T2-300±102-4ZAlZn6MgZL402T1-175±56-8T5-室温20天T5-175±56-8常用费貂合金的热虞理工第甥篇i表白为崛广柴泽火上坊昭景或退火工H卷度VlU花赳熔T普奇M雌zLimT1-230二5T-9空冷器田假设碓Feh工性T4m二52-60,NX亨严寓室住的霍件T553-5t32-6加-IOC153±32.7矢r1.工品水提布肝脏炭稻咂品的苜件16535S

16、2-6255工5一J薨东苍蚯:刘耍之雷牛T7邠±52-860-2502T空.22L1G2n-2TO=1024空冷贬阳牌下ZL103T1-ISO是5J-$宜泠物至电件T2-MO二】.2-4孟南尺中其三土耳除唇力T1零性T5515h弓a-内8-IOC*535空甘由鄙不丫,下二性冠王爵谱零件TTM3*53-«M-ICCJ和7s-5,爵心工作的零件U51053-6230i5i雪芝灵要守年1帮.图特ZL1WT1*-P5±5,工U至追更=当赢日的雷件T65养,±560,IOC5±510-L£受工并茴的整件ZL105ri-ISO±55-I

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19、再有耗定尺时由零件TI-ISO=5主盘E1021天空冶-41口T&4901拉分桀门扣4-500±54-51.士5gtM00厂5456pF-丁&515士如i-晤一5e加1口5-5&空特-2、热处理操作技术要点1热处理前应检查热处理设备、辅助设备、仪表等是否合格和正常,炉膛各处的温度差是否在规定的范围之内土5C;2装炉前应吹砂或冲洗,应无油污、脏物、泥土,合金牌号不应相混；3形性状易产生翘曲的铸件应放在专用的底盘或支架上,不容许有悬空的悬臂局部；4检查铸件性能的单铸或附铸试棒应随零件一起同炉处理,以真实反映铸件的性能；5在保温期间应随时检查、校正炉膛各处温度,预防

20、局部高温或烧化；6在断电后短时间不能恢复时,应将在保温中的铸件迅速出炉淬火,等恢复正常后,再装炉、保暖和进行热处理；7在硝盐槽中淬过火的铸件,应在淬火后立即用热水冲洗,消除残盐,预防腐蚀；8发现淬火后铸件变形,应立即予以校正；9要时效处理的零件,应在淬火后0.5h内进行时效处理；10如在热处理后发现性能不合格,可重复进行热处理,但次数不得超过2次；11应根据铸件结构外形、尺寸、合金特性等制定的热处理工艺进行热处理.3、热处理缺陷的产生原因和消除与预防方法缺陷名称、缺陷表现、产生原因；消除与预防方法力学性能不合格退火状态85偏低,淬火或时效处理后强度和延伸率不合格.退火温度偏低或保温时间缺乏,或

21、冷却太快；淬火温度偏低或保温时间不够,或冷却速度太慢淬火介质温度过高；不完全人工时效和完全人工时效温度偏高,或保温时间偏长,合金的化学成分出现偏差.再次退火,提升温度或延长保温时间；提升淬火温度或延长保温时间,降低淬火介质温度；如再次淬火,那么要调整其后的时效温度和时间；如成分出现偏差,那么要根据具体的偏差元素、偏差量、改变或调整重复热处理参数.变形、翘曲热处理后,或之后的机械加工中反映出来的铸件的尺寸、外形变化.加热速度或淬火冷却速度太快太剧烈；淬火温度太高；铸件的设计结构不合理如两连接壁的壁厚相差太大,框形结构中增强筋太薄或太细小；淬火时工件下水方向不当及装料方法不当.降低升温速度,提升淬

22、火介质温度,或换成冷却速度稍慢的淬火介质以预防合金内产生剩余应力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纤维等隔热材料包覆薄壁部位；根据铸件结构、外形选择合理的下水方向或采用专用防变形的夹具；变形量不大的部位,那么可在淬火后立即予以矫正.裂纹淬火后的铸件外表用肉眼可以看到的明显的裂纹或通过荧光检查肉眼看不到的微细裂纹.裂纹多曲折不直并呈暗灰色.加热速度太快,淬火时冷却太快淬火温度过高或淬火介质温度过低,或淬火介质速度太快；铸件结构设计不合理两连接壁壁厚差太大,框形件中间的增强筋太薄或太细小；装炉方法不当或下水方向不对；炉温不均匀,使铸件温度不均匀.减慢升温速度或采取等温淬火工艺；提升淬火介质温度或换

23、成冷却速度慢的淬火介质；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包复石棉等隔热材料；采用专用防开裂的淬火夹具,并选择正确的下水方向.过烧铸件外表有结瘤,合金的延伸率大大下降.合金中的低熔点杂质元素如Cd、SkSb等的含量过高；加热不均匀或加热太快；炉内局部温度超过合金的过烧温度；测量和限制温度的仪表失灵,使炉内实际温度超过仪表指示温度值.严格限制低熔点合金元素的含量不超标；以不超过3C/min的速度缓慢升温；检查和限制炉内各区温度不超过土5C；定期检查或校准测控仪表,保证仪表测温、示温、控温准确无误.外表腐蚀铸件的外表出现斑纹或块状等与铝合金铸件外表的不同色泽.硝盐液中氯化物含量超标0.5%而对铸

24、件外表尤其是疏松、缩孔处造成腐蚀；从硝盐槽中取出后没得到充分的清洗,硝盐粘附在铸件外表尤其是窄缝隙、盲孔、通道中造成腐蚀；硝盐液中混有酸或碱或铸件放在浓酸或浓碱四周受到腐蚀.尽量缩短铸件从炉内移到淬火槽的时间；检查硝盐中氯化物的含量是否超标,如超标,那么应降低其含量或浓度,从硝盐槽中加热的铸件应立即用温水或冷水冲洗干净；检查硝盐中酸和碱的含量,如有酸或碱那么应中和或停止使用；不把铝合金铸件放在有浓酸或浓碱的四周.淬火不均匀铸件的厚大部位的延伸率和硬度低非但凡其内部中央,薄壁部位硬度高非但凡其表层.铸件加热和冷却不均匀,厚大部位冷却慢,热透性差.重新作热处理,降低升温速度,延长保温时间,使厚薄部位温度均衡；在厚壁部位涂敷保温性的涂料或包覆石棉等隔热性材料,尽量使铸件各部位同时冷却；使厚大部位先下水；换成有机淬火剂,降低冷却速度.四、热处理设备、材料1、热处理设备的主要技术要求1由于铝合金淬火和时效温度温差范围不大因其淬火温度接近合金内低熔点共晶成分的熔点,故其炉内的温度差应限制在土5C;2要求测温、控温仪表灵敏、准确,以保证温度在上述误差范围内；3炉内各区的温度应均匀,差异在1-2C的范围内；4淬火槽有加热装置和循环装置,保证水的加热和温度均匀；5应定期检查并更换已污染的冷却水.2、淬火介质淬火介质是保证