鋁合金鑄件的熱處理

鋁合金鑄件的熱處理

鋁合金鑄件的熱處理是指按某一熱處理規(guī)范 , 控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度 , 改變合金的組織 , 其主要目的是 : 提高力學(xué)性能 , 增強(qiáng)耐 腐蝕性能 , 改善加工性能 , 獲得尺寸的穩(wěn)定性。鋁合金鑄件的熱處理工藝可以分為如下四類 :

    1. 退火處理 將鋁合金鑄件加熱到較高的溫度 , 一般約為 300 ℃ 左右 , 保溫一定的時(shí)間后 , 隨爐冷卻到室溫的工藝稱為退火。在退火過程中 固溶體發(fā)生分解 , 第二相質(zhì)點(diǎn)發(fā)生聚集 , 可以消除 鑄件的內(nèi)應(yīng)力 , 穩(wěn)定鑄件尺寸 , 減少變形 , 增大鑄件的塑性。

     2. 固溶處理 把鑄件加熱到盡可能高的溫度 , 接近于共晶體的熔點(diǎn) , 在該溫度下保持足夠長的時(shí)間 , 并隨后快速冷卻 , 使強(qiáng)化組元最大限度的溶解 , 這種高溫狀態(tài)被固定保存到室溫 , 該過程稱為固溶處理。固溶處理可以提高鑄件的強(qiáng)度和塑性 , 改善合金的耐腐蝕性能。固溶處理的效果主要取決于下列三個(gè)因素 :

    (1) 固溶處理溫度。溫度越高 , 強(qiáng)化元素溶解速度越快 , 強(qiáng)化效果越好。一般加熱溫度的上限低于合金開始過燒溫度 , 而加熱溫度的下限應(yīng)使強(qiáng)化組元盡可能多地溶入固溶體中。為了獲得最好的固溶強(qiáng)化效果 , 而又不便合金過燒 , 有時(shí)采用分級(jí)加熱的辦法 , 即在低熔點(diǎn)共晶溫度下保溫 , 使組元擴(kuò)散溶解后 , 低熔點(diǎn)共晶不存在 , 再升到更高的溫度進(jìn)行保溫和淬火。固溶處理時(shí) , 還應(yīng)當(dāng)注意加熱的升溫速度不宜過快 , 以免鑄件發(fā)生變形和局部聚集的低熔點(diǎn)組織熔化而產(chǎn)生過燒。固溶熱處理的悴火轉(zhuǎn)移時(shí)間應(yīng)盡可能地短 , 一般應(yīng)不大于 15s, 以免合金元素的擴(kuò)散析出而降低合金的性能。

    (2) 保溫時(shí)間。保溫時(shí)間是由強(qiáng)化元素的溶解速度來決定的 , 這取決于合金的種類、成分、組織、鑄造方法和鑄件的形狀及壁厚。鑄造鋁合金的保溫時(shí)間比變形鋁合金要長得多 , 通常由試驗(yàn)確定 , 一般的砂型鑄件比同類型的金屬型鑄件要延 長 20%-25% 。

    (3) 冷卻速度。 淬火時(shí)給予鑄件的冷卻速度越大 , 使固溶體自高溫狀態(tài)保存下來的過飽和度也越高 , 從而使鑄件獲得高的力學(xué)性能 , 但同時(shí)所形成的內(nèi)應(yīng)力也越大 , 使鑄件變形的可能性也越大。冷卻速度可以通過選用具有不同的熱容量、導(dǎo)熱性、蒸發(fā)潛熱和粘滯性的冷卻介質(zhì)來改變 , 為了得到最小的內(nèi)應(yīng)力 , 鑄件可以在熱介質(zhì) ( 沸水、熱 油或熔鹽 ) 中冷卻。

    為了保證鑄件在淬火后 , 同時(shí)具有高的力學(xué)性能和低的內(nèi)應(yīng)力 , 有時(shí)采用等溫淬火 , 即把經(jīng)固溶處理的鑄件淬入 200-250 ℃ 的熱介質(zhì)中保溫一定時(shí)間 , 把固溶處理和時(shí)效處理結(jié)合起來。

    3. 時(shí)效處理 將固溶處理后的鑄件加熱到某一溫度 , 保溫一定時(shí)間后出爐 , 在空氣中緩慢冷卻到室溫的工藝稱為時(shí)效。如果時(shí)效強(qiáng)化是在室溫下進(jìn)行的稱為自然時(shí)效 , 如果時(shí)效強(qiáng)化是在高于室溫并保溫一段時(shí)間后進(jìn)行稱為人工時(shí)效。時(shí) 效處理進(jìn)行著過飽和固溶體分解的自發(fā)過程 , 從而使合金基體的點(diǎn)陣恢復(fù)到比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

    時(shí)效溫度和時(shí)間的選擇取決于對(duì)合金性能的要求、合金的特性、固溶體的過飽和程度以及鑄造方法等。人工時(shí)效可分為三類 : 不完全人工時(shí)效 , 完全人工時(shí)效和過時(shí)效。不完全人工時(shí)效是采用比較低的時(shí)效溫度或較短的保溫時(shí)間 , 獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能 , 即獲得比較高的強(qiáng)度 , 良好的塑性和韌性 , 但耐腐蝕性能可能比較低。完全人工時(shí) 效是采用較高的時(shí)效溫度和較長的保溫時(shí)間 , 獲得最大的硬度和最高的抗拉強(qiáng)度 , 但伸長率較低。 過時(shí)效是在更高的溫度下進(jìn)行 , 這時(shí)合金保持較高的強(qiáng)度 , 同時(shí)塑性有所提高 , 主要是為了得到好的抗應(yīng)力腐蝕性能。為了得到穩(wěn)定的組織和幾何尺寸 , 時(shí)效應(yīng)該在更高的溫度下進(jìn)行。過時(shí)效根據(jù)使用要求通常也分為穩(wěn)定化處理和軟化處理。

    時(shí)效處理時(shí) , 合金元素沉淀的過程大多需要經(jīng)過以下四個(gè)階段 :

   (1) 形成 G-P Ⅰ 區(qū)。固溶體點(diǎn)陣內(nèi)原子重新組合 , 出現(xiàn)溶質(zhì)原子的富集區(qū) , 伴隨著點(diǎn)陣畸變程度增大 , 提高合金的力學(xué)性能 , 降低合金的導(dǎo)電性。

   (2) 形成 G-P Ⅱ 區(qū)。合金元素的原子以一定比例進(jìn)行偏聚形成 G-P Ⅱ 區(qū) , 為形成亞穩(wěn)相作準(zhǔn)備 , 合金的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

   (3) 形成亞穩(wěn)相。 亞穩(wěn)相也稱過渡相 , 該相與基體呈共格聯(lián)系 , 大量的 G-P Ⅱ 區(qū)和少量的亞穩(wěn)相相結(jié)合 , 使合金得到最高的強(qiáng)度。

   (4) 形成第二相質(zhì)點(diǎn)和第二相質(zhì)點(diǎn)的聚集。 亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相 , 細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)分布在晶粒內(nèi)部 , 較粗大的質(zhì)點(diǎn)分布在晶界 , 還相繼發(fā)生第二相質(zhì)點(diǎn)的聚集 , 點(diǎn)陣畸變劇烈地減弱 , 顯著地降低合 金的強(qiáng)度 , 提高合金的塑性。

上述幾個(gè)階段不是截然分開的 , 有時(shí)是同時(shí)進(jìn)行的 , 低溫時(shí)效第一、二階段進(jìn)行的程度要大些 , 高溫時(shí)效 , 第三、四階段進(jìn)行得強(qiáng)烈些。

4. 冷熱循環(huán)處理

     經(jīng)冷熱循環(huán)處理的鑄件 , 由于多次加熱和冷卻引起固溶體點(diǎn)陣收縮和膨脹 , 使各相的晶格發(fā)生了少許位移 , 使第二相質(zhì)點(diǎn)處于更加穩(wěn)定的狀態(tài) , 從而提高鑄件尺寸的穩(wěn)定性 , 適于精密零件的 制造。

     鋁合金在低溫下沒有脆性斷裂的傾向 , 隨著溫度的降低 , 力學(xué)性能有某些變化 , 強(qiáng)度有所提高 , 但塑性卻降低得很少 , 所以有時(shí)為了減小或消 除鑄件內(nèi)應(yīng)力 , 可將鑄造或淬火后的鑄件 , 冷卻到 -50 ℃ 、 -70 ℃ 或更低的溫度 , 保持 2-3h, 隨后在空氣或熱水中加熱到室溫 , 或者是接著進(jìn)行人工時(shí)效 , 這種工藝稱冷處理。

以上就是關(guān)于鋁合金鑄件的熱處理的具體說明，如果還有疑問，歡迎您來電咨詢，我們?yōu)槟掷m(xù)更新更多相關(guān)說明，您可以關(guān)注我們網(wǎng)站了解更多資訊。