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铝合金铸件热处理工艺


  铝合金铸件的热处理是指按某一热处理规范,控制加热温度、保温时间和冷却速度,改变合金的组织,其主要目的是:提高力学性能,增强耐腐蚀性能,改善加工性能,获得尺寸的稳定性。

  铝合金铸件的热处理工艺可以分为如下四类:

  1.退火处理将铝合金铸件加热到较高的温度,一般约为300℃左右,保温一定的时间后,随炉冷却到室温的工艺称为退火。在退火过程中固溶体发生分解,第二相质点发生聚集,可以消除铸件的内应力,稳定铸件尺寸,减少变形,增大铸件的塑性。

  2.固溶处理把铸件加热到尽可能高的温度,接近于共晶体的熔点,在该温度下保持足够长的时间,并随后快速冷却,使强化组元最大限度的溶解,这种高温状态被固定保存到室温,该过程称为固溶处理。固溶处理可以提高铸件的强度和塑性,改善合金的耐腐蚀性能。固溶处理的效果主要取决于下列三个因素:

  (1)固溶处理温度。温度越高,强化元素溶解速度越快,强化效果越好。一般加热温度的上限低于合金开始过烧温度,而加热温度的下限应使强化组元尽可能多地溶入固溶体中。为了获得最好的固溶强化效果,而又不便合金过烧,有时采用分级加热的办法,即在低熔点共晶温度下保温,使组元扩散溶解后,低熔点共晶不存在,再升到更高的温度进行保温和淬火。固溶处理时,还应当注意加热的升温速度不宜过快,以免铸件发生变形和局部聚集的低熔点组织熔化而产生过烧。固溶热处理的悴火转移时间应尽可能地短,一般应不大于15s,以免合金元素的扩散析出而降低合金的性能。

  (2)保温时间。保温时间是由强化元素的溶解速度来决定的,这取决于合金的种类、成分、组织、铸造方法和铸件的形状及壁厚。铸造铝合金的保温时间比变形铝合金要长得多,通常由试验确定,一般的砂型铸件比同类型的金属型铸件要延长20%-25%.

  (3)冷却速度。淬火时给予铸件的冷却速度越大,使固溶体自高温状态保存下来的过饱和度也越高,从而使铸件获得高的力学性能,但同时所形成的内应力也越大,使铸件变形的可能性也越大。冷却速度可以通过选用具有不同的热容量、导热性、蒸发潜热和粘滞性的冷却介质来改变,为了得到最小的内应力,铸件可以在热介质(沸水、热油或熔盐)中冷却。

  为了保证铸件在淬火后,同时具有高的力学性能和低的内应力,有时采用等温淬火,即把经固溶处理的铸件淬入200-250℃的热介质中保温一定时间,把固溶处理和时效处理结合起来。

  3.时效处理将固溶处理后的铸件加热到某一温度,保温一定时间后出炉,在空气中缓慢冷却到室温的工艺称为时效。如果时效强化是在室温下进行的称为自然时效,如果时效强化是在高于室温并保温一段时间后进行称为人工时效。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程,从而使合金基体的点阵恢复到比较稳定的状态。

  时效温度和时间的选择取决于对合金性能的要求、合金的特性、固溶体的过饱和程度以及铸造方法等。人工时效可分为三类:不完全人工时效,完全人工时效和过时效。不完全人工时效是采用比较低的时效温度或较短的保温时间,获得优良的综合力学性能,即获得比较高的强度,良好的塑性和韧性,但耐腐蚀性能可能比较低。完全人工时效是采用较高的时效温度和较长的保温时间,获得最大的硬度和最高的抗拉强度,但伸长率较低。过时效是在更高的温度下进行,这时合金保持较高的强度,同时塑性有所提高,主要是为了得到好的抗应力腐蚀性能。为了得到稳定的组织和几何尺寸,时效应该在更高的温度下进行。过时效根据使用要求通常也分为稳定化处理和软化处理。

  时效处理时,合金元素沉淀的过程大多需要经过以下四个阶段:

  (1)形成G-PⅠ区。固溶体点阵内原子重新组合,出现溶质原子的富集区,伴随着点阵畸变程度增大,提高合金的力学性能,降低合金的导电性。

  (2)形成G-PⅡ区。合金元素的原子以一定比例进行偏聚形成G-PⅡ区,为形成亚稳相作准备,合金的强度进一步提高。

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