本站之前發(fā)表過(guò)文章：鋁合金熱處理特點(diǎn)與鋼的熱處理有哪些不同? 大家都說(shuō)很好，今天我們?cè)賮?lái)詳細(xì)的說(shuō)說(shuō)：鋁合金 的 熱處理 知識(shí)點(diǎn)。
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(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長(zhǎng),一般都在2h以上,而后者保溫時(shí)間短,只要幾十分鐘。因?yàn)榻饘傩丸T件、低壓鑄造件
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(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長(zhǎng),一般都在2h以上,而后者保溫時(shí)間短,只要幾十分鐘。因?yàn)榻饘傩丸T件、低壓鑄造件、差壓鑄造件是在比較大的冷卻速度和壓力下結(jié)晶凝固的,其結(jié)晶組織比石膏型、砂型鑄造的鑄件細(xì)很多,故其在熱處理時(shí)的保溫也短很多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同點(diǎn)是壁厚不均勻,有異形面或內(nèi)通道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形,為保證熱處理時(shí)不變形或開(kāi)裂,有時(shí)還要設(shè)計(jì)專用夾具予以保護(hù),并且淬火介質(zhì)的溫度也比變形鋁合金高,故一般多采用人工時(shí)效來(lái)縮短熱處理周期和提高鑄件的性能。
一、熱處理的目的
鋁合金鑄件熱處理的目的是提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能,穩(wěn)定尺寸,改善切削加工和焊接等加工性能。因?yàn)樵S多鑄態(tài)鋁合金的機(jī)械性能不能滿足使用要求,除Al-Si系的ZL102,Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外,其余的鑄造鋁合金都要通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)一步提高鑄件的機(jī)械性能和其它使用性能,具體有以下幾個(gè)方面:1)消除由于鑄件結(jié)構(gòu)(如璧厚不均勻、轉(zhuǎn)接處厚大)等原因使鑄件在結(jié)晶凝固時(shí)因冷卻速度不均勻所造成的內(nèi)應(yīng)力;2)提高合金的機(jī)械強(qiáng)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性能、焊接性能;3)穩(wěn)定鑄件的組織和尺寸,防止和消除高溫相變而使體積發(fā)生變化;4)消除晶間和成分偏析,使組織均勻化。
二、熱處理方法
1、退火處理
退火處理的作用是消除鑄件的鑄造應(yīng)力和機(jī)械加工引起的內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定加工件的外形和尺寸,并使Al-Si系合金的部分Si結(jié)晶球狀化,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(fā)生分解,析出的第二質(zhì)點(diǎn)聚集,從而消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力,達(dá)到穩(wěn)定尺寸、提高塑性、減少變形、翹曲的目的。
2、淬火
淬火是把鋁合金鑄件加熱到較高的溫度(一般在接近于共晶體的熔點(diǎn),多在500℃以上),保溫2h以上,使合金內(nèi)的可溶相充分溶解。然后,急速淬入60-100℃的水中,使鑄件急冷,使強(qiáng)化組元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室溫。這種過(guò)程叫做淬火,也叫固溶處理或冷處理。
3、時(shí)效處理
時(shí)效處理,又稱低溫回火,是把經(jīng)過(guò)淬火的鋁合金鑄件加熱到某個(gè)溫度,保溫一定時(shí)間出爐空冷直至室溫,使過(guò)飽和的固溶體分解,讓合金基體組織穩(wěn)定的工藝過(guò)程。
合金在時(shí)效處理過(guò)程中,隨溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng),約經(jīng)過(guò)過(guò)飽和固溶體點(diǎn)陣內(nèi)原子的重新組合,生成溶質(zhì)原子富集區(qū)(稱為G-PⅠ區(qū))和G-PⅠ區(qū)消失,第二相原子按一定規(guī)律偏聚并生成G-PⅡ區(qū),之后生成亞穩(wěn)定的第二相(過(guò)渡相),大量的G-PⅡ區(qū)和少量的亞穩(wěn)定相結(jié)合以及亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相、第二相質(zhì)點(diǎn)聚集幾個(gè)階段。
時(shí)效處理又分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩大類(lèi)。自然時(shí)效是指時(shí)效強(qiáng)化在室溫下進(jìn)行的時(shí)效。人工時(shí)效又分為不完全人工時(shí)效、完全人工時(shí)效、過(guò)時(shí)效3種。
1)不完全人工時(shí)效:把鑄件加熱到150-170℃,保溫3-5h,以獲得較好抗拉強(qiáng)度、良好的塑性和韌性,但抗蝕性較低的熱處理工藝;2)完全人工時(shí)效:把鑄件加熱到175-185℃,保溫5-24h,以獲得足夠的抗拉強(qiáng)度(即最高的硬度)但延伸率較低的熱處理工藝;3)過(guò)時(shí)效:把鑄件加熱到190-230℃,保溫4-9h,使強(qiáng)度有所下降,塑性有所提高,以獲得較好的抗應(yīng)力、抗腐蝕能力的工藝,也稱穩(wěn)定化回火。
4、循環(huán)處理
把鋁合金鑄件冷卻到零下某個(gè)溫度(如-50℃、-70℃、-195℃)并保溫一定時(shí)間,再把鑄件加熱到350℃以下,使合金中度固溶體點(diǎn)陣反復(fù)收縮和膨脹,并使各相的晶粒發(fā)生少量位移,以使這些固溶體結(jié)晶點(diǎn)陣內(nèi)的原子偏聚區(qū)和金屬間化合物的質(zhì)點(diǎn)處于更加穩(wěn)定的狀態(tài),達(dá)到提高產(chǎn)品零件尺寸、體積更穩(wěn)定的目的。這種反復(fù)加熱冷卻的熱處理工藝叫循環(huán)處理。這種處理適合使用中要求很精密、尺寸很穩(wěn)定的零件(如檢測(cè)儀器上的一些零件)。一般鑄件均不作這種處理。
5、鑄造鋁合金熱處理狀態(tài)代號(hào)及含義
代號(hào) 合金狀態(tài) 熱處理的作用或目的 說(shuō)明
T1 人工時(shí)效 在金屬型或濕砂型鑄造的合金,因冷卻速度較快,已得到一定程度的過(guò)飽和固溶體,即有部分淬火效果。再作人工時(shí)效,脫溶強(qiáng)化,則可提高硬度和機(jī)械強(qiáng)度,改善切削加工性。對(duì)提高Zl104、ZL105等合金的強(qiáng)度有效。
T2 退火 主要作用在于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力(鑄造應(yīng)力和機(jī)加工引起的應(yīng)力),穩(wěn)定鑄件尺寸,并使Al-Si系合金的Si晶體球狀化,提高其塑性。對(duì)Al-Si系合金效果比較明顯,退火溫度280-300℃,保溫時(shí)間為2-4h。
T4 固溶處理(淬火)加自然時(shí)效 通過(guò)加熱保溫,使可溶相溶解,然后急冷,使大量強(qiáng)化相固溶在α固溶體內(nèi),獲得過(guò)飽和固溶體,以提高合金的硬度、強(qiáng)度及抗蝕性。對(duì)Al-Mg系合金為最終熱處理,對(duì)需人工時(shí)效的其它合金則是預(yù)備熱處理。
T5 固溶處理(淬火)加不完全人工時(shí)效 用來(lái)得到較高的強(qiáng)度和塑性,但抗蝕性會(huì)有所下降,非凡是晶間腐蝕會(huì)有所增加。時(shí)效溫度低,保溫時(shí)間短,時(shí)效溫度約150-170℃,保溫時(shí)間為3-5h。
T6 固溶處理(淬火)加完全人工時(shí)效 用來(lái)獲得最高的強(qiáng)度,但塑性和抗蝕性有所降低。在較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。適用于要求高負(fù)荷的零件,時(shí)效溫度約175-185℃,保溫時(shí)間5h以上。
T7 固溶處理(淬火)加穩(wěn)定化回火 用來(lái)穩(wěn)定鑄件尺寸和組織,提高抗腐蝕(非凡是抗應(yīng)力腐蝕)能力,并保持較高的力學(xué)性能。多在接近零件的工作溫度下進(jìn)行。適合300℃以下高溫工作的零件,回火溫度為190-230℃,保溫時(shí)間4-9h。
T8 固溶處理(淬火)加軟化回火 使固溶體充分分解,析出的強(qiáng)化相聚集并球狀化,以穩(wěn)定鑄件尺寸,提高合金的塑性,但抗拉強(qiáng)度下降。適合要求高塑性的鑄件,回火溫度約230-330℃,保溫時(shí)間3-6h。
T9 循環(huán)處理 用來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定鑄件的尺寸外形。其反復(fù)加熱和冷卻的溫度及循環(huán)次數(shù)要根據(jù)零件的工作條件和合金的性質(zhì)來(lái)決定。適合要求尺寸、外形很精密穩(wěn)定的零件。
三、熱處理工藝
1、鑄造鋁合金熱處理工藝參數(shù)
合金牌號(hào) 合金代號(hào) 熱處理 固溶處理 時(shí)效處理(保溫后空冷)
加熱溫度(℃) 保溫時(shí)間(h) 淬火溫度(℃) 加熱溫度(℃) 保溫時(shí)間(h)
合金代號(hào) | 熱處理 | 淬火工藝 | 時(shí)效或退火工藝 | ||||
加熱溫度(℃) | 保溫時(shí)間(h) | 冷卻介質(zhì)(水) | 加熱溫度(℃) | 保溫時(shí)間 | 冷卻方法 | ||
ZL101 | T1 | — | — | 230±5 | 7—9 | 空冷 | |
T4 | 535±5 | 2—6 | 60—100 | — | — | ||
T5 | 535±5 | 2—6 | 60—100 | 155±5? | 2—7 | 空冷 | |
T6 | 535±5 | 2—6 | 60—100 | 255±5 | 7—9 | 空冷 | |
T7 | 535±5 | 2—6 | 60—100 | 250±5 | 2—4 | 空冷 | |
ZL102 | T2 | — | — | — | 290±10 | 2—4 | 空冷 |
ZL103 | T1 | — | — | — | 180±5 | 3—5 | 空冷 |
T2 | — | — | — | 290±10 | 2—4 | 空冷 | |
T5 | 515±5 | 3—6 | 60—100 | 175±5 | 3—5 | 空冷 | |
T7 | 515±5 | 3—6 | 60—100 | 230±5 | 3—5 | 空冷 | |
T8 | 515±5 | 3—6 | 60—100 | 230±5 | 3 | 空冷 | |
ZL104 | T1 | — | — | — | 175±5 | 5—15 | 空冷 |
T6 | 535±5 | 2—6 | 60—100 | 175±5 | 10—15 | 空冷 | |
ZL105 | T1 | — | — | — | 180±5 | 5—10 | 空冷 |
T5 | 525±5 | 3—5 | 100 | 160±5 | 3—5 | 空冷 | |
T6 | 525±5 | 3—5 | 60—100 | 180±5 | 5—10 | 空冷 | |
T7 | 525±5 | 3—5 | 60—100 | 240±5 | 3—5 | 空冷 | |
ZL107 | T6 | 515±5 | 10 | 60—100 | 155±5 | 10 | 空冷 |
ZL108 | T1 | — | — | — | 200±10 | 10—14 | 空冷 |
T6 | 515±5 | 3—8 | 60—80 | 205±5 | 6—10 | 空冷 | |
ZL109 | T6 | 500±5 | 5 | 80 | 185±5 | 16 | 空冷 |
ZL110 | T1 | — | — | — | 210±10 | 10—16 | 空冷 |
2、熱處理操作技術(shù)要點(diǎn)
1)熱處理前應(yīng)檢查熱處理設(shè)備、輔助設(shè)備、儀表等是否合格和正常,爐膛各處的溫度差是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)(±5℃);
2)裝爐前應(yīng)吹砂或沖洗,應(yīng)無(wú)油污、臟物、泥土,合金牌號(hào)不應(yīng)相混;
3)形性狀易產(chǎn)生翹曲的鑄件應(yīng)放在專用的底盤(pán)或支架上,不答應(yīng)有懸空的懸臂部分;
4)檢查鑄件性能的單鑄或附鑄試棒應(yīng)隨零件一起同爐處理,以真實(shí)反映鑄件的性能;
5)在保溫期間應(yīng)隨時(shí)檢查、校正爐膛各處溫度,防止局部高溫或燒化;
6)在斷電后短時(shí)間不能恢復(fù)時(shí),應(yīng)將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火,等恢復(fù)正常后,再裝爐、保暖和進(jìn)行熱處理;
7)在硝鹽槽中淬過(guò)火的鑄件,應(yīng)在淬火后立即用熱水沖洗,消除殘鹽,防止腐蝕;
8)發(fā)現(xiàn)淬火后鑄件變形,應(yīng)立即予以校正;
9)要時(shí)效處理的零件,應(yīng)在淬火后0.5h內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理;
10)如在熱處理后發(fā)現(xiàn)性能不合格,可重復(fù)進(jìn)行熱處理,但次數(shù)不得超過(guò)2次;
11)應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)外形、尺寸、合金特性等制定的熱處理工藝進(jìn)行熱處理。
3、熱處理缺陷的產(chǎn)生原因和消除與預(yù)防辦法
缺陷名稱 缺陷表現(xiàn) 產(chǎn)生原因 消除與預(yù)防辦法
力學(xué)性能不合格 退火狀態(tài)δ5偏低,淬火或時(shí)效處理后強(qiáng)度和延伸率不合格。退火溫度偏低或保溫時(shí)間不足,或冷卻太快;淬火溫度偏低或保溫時(shí)間不夠,或冷卻速度太慢(淬火介質(zhì)溫度過(guò)高);不完全人工時(shí)效和完全人工時(shí)效溫度偏高,或保溫時(shí)間偏長(zhǎng),合金的化學(xué)成分出現(xiàn)偏差。再次退火,提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間;提高淬火溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間,降低淬火介質(zhì)溫度;如再次淬火,則要調(diào)整其后的時(shí)效溫度和時(shí)間;如成分出現(xiàn)偏差,則要根據(jù)具體的偏差元素、偏差量、改變或調(diào)整重復(fù)熱處理參數(shù)。
變形、翹曲 熱處理后,或之后的機(jī)械加工中反映出來(lái)的鑄件的尺寸、外形變化。加熱速度或淬火冷卻速度太快(太激烈);淬火溫度太高;鑄件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理(如兩連接壁的壁厚相差太大,框形結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)筋太薄或太細(xì)小;淬火時(shí)工件下水方向不當(dāng)及裝料方法不當(dāng)。降低升溫速度,提高淬火介質(zhì)溫度,或換成冷卻速度稍慢的淬火介質(zhì)以防止合金內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力;在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纖維等隔熱材料包覆薄壁部位;根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、外形選擇合理的下水方向或采用專用防變形的夾具;變形量不大的部位,則可在淬火后立即予以矯正。
裂紋 淬火后的鑄件表面用肉眼可以看到的明顯的裂紋或通過(guò)熒光檢查肉眼看不到的微細(xì)裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。加熱速度太快,淬火時(shí)冷卻太快(淬火溫度過(guò)高或淬火介質(zhì)溫度過(guò)低,或淬火介質(zhì)速度太快);鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理(兩連接壁壁厚差太大,框形件中間的加強(qiáng)筋太薄或太細(xì)小);裝爐方法不當(dāng)或下水方向不對(duì);爐溫不均勻,使鑄件溫度不均勻。減慢升溫速度或采取等溫淬火工藝;提高淬火介質(zhì)溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質(zhì);在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包復(fù)石棉等隔熱材料;采用專用防開(kāi)裂的淬火夾具,并選擇正確的下水方向。
過(guò)燒 鑄件表面有結(jié)瘤,合金的延伸率大大下降。合金中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素如Cd、Si、Sb等的含量過(guò)高;加熱不均勻或加熱太快;爐內(nèi)局部溫度超過(guò)合金的過(guò)燒溫度;測(cè)量和控制溫度的儀表失靈,使?fàn)t內(nèi)實(shí)際溫度超過(guò)儀表指示溫度值。嚴(yán)格控制低熔點(diǎn)合金元素的含量不超標(biāo);以不超過(guò)3℃/min的速度緩慢升溫;檢查和控制爐內(nèi)各區(qū)溫度不超過(guò)±5℃;定期檢查或校準(zhǔn)測(cè)控儀表,確保儀表測(cè)溫、示溫、控溫準(zhǔn)確無(wú)誤。
表面腐蝕 鑄件的表面出現(xiàn)斑紋或塊狀等與鋁合金鑄件表面的不同色澤。硝鹽液中氯化物含量超標(biāo)(>0.5%)而對(duì)鑄件表面(尤其是疏松、縮孔處)造成腐蝕;從硝鹽槽中取出后沒(méi)得到充分的清洗,硝鹽粘附在鑄件表面(尤其是窄縫隙、盲孔、通道中)造成腐蝕;硝鹽液中混有酸或堿或鑄件放在濃酸或濃堿四周受到腐蝕。盡量縮短鑄件從爐內(nèi)移到淬火槽的時(shí)間;檢查硝鹽中氯化物的含量是否超標(biāo),如超標(biāo),則應(yīng)降低其含量(或濃度),從硝鹽槽中加熱的鑄件應(yīng)立即用溫水或冷水沖洗干凈;檢查硝鹽中酸和堿的含量,如有酸或堿則應(yīng)中和或停止使用;不把鋁合金鑄件放在有濃酸或濃堿的四周。
淬火不均勻 鑄件的厚大部位的延伸率和硬度低(非凡是其內(nèi)部中心),薄壁部位硬度高(非凡是其表層)。鑄件加熱和冷卻不均勻,厚大部位冷卻慢,熱透性差。重新作熱處理,降低升溫速度,延長(zhǎng)保溫時(shí)間,使厚薄部位溫度均衡;在厚壁部位涂敷保溫性的涂料或包覆石棉等隔熱性材料,盡量使鑄件各部位同時(shí)冷卻;使厚大部位先下水;換成有機(jī)淬火劑,降低冷卻速度。
四、熱處理設(shè)備、材料
1、熱處理設(shè)備的主要技術(shù)要求
1)由于鋁合金淬火和時(shí)效溫度溫差范圍不大(因其淬火溫度接近合金內(nèi)低熔點(diǎn)共晶成分的熔點(diǎn)),故其爐內(nèi)的溫度差應(yīng)控制在±5℃;
2)要求測(cè)溫、控溫儀表靈敏、準(zhǔn)確,以確保溫度在上述誤差范圍內(nèi);
3)爐內(nèi)各區(qū)的溫度應(yīng)均勻,差別在1-2℃的范圍內(nèi);
4)淬火槽有加熱裝置和循環(huán)裝置,保證水的加熱和溫度均勻;
5)應(yīng)定期檢查并更換已污染的冷卻水。
2、淬火介質(zhì)
淬火介質(zhì)是保證實(shí)現(xiàn)各種熱處理目的或作用的重要因素。淬火介質(zhì)的冷卻速度越高,鑄件冷卻的越激烈(快),金屬組織中α固溶體的過(guò)飽和程度越高,鑄件的力學(xué)性能也就越好,因?yàn)榇罅康慕饘匍g化合物等強(qiáng)化相被固溶到Al的α固溶體中去了。淬火介質(zhì)按其對(duì)鑄件的冷卻速度的快慢依次為:干冰和丙酮的混合物(-68℃)、冰水、室溫的水、80-90℃的水、100℃的水、經(jīng)霧化過(guò)的水、各種油(菜籽油等)、加熱到200-220℃的各種油、空氣等。
近年國(guó)內(nèi)研制出來(lái)的鋁合金淬火介質(zhì)的冷卻速度介于水和油之間,如德潤(rùn)寶公司的水溶性淬火液,它可以任何比例與水互溶,其混合比例不同,冷卻速度各異,故很便于根據(jù)淬火對(duì)象調(diào)整其冷卻速度。它淬火之后無(wú)須再進(jìn)行沖洗且表面光潔,對(duì)鑄件無(wú)污染、無(wú)毒害,且能防銹。其主要技術(shù)指標(biāo)是,外觀:淡黃色到黃色粘稠狀均勻液體,密度:1.085-1.1234mg/㎡,粘度Y38:≥154MPa·s,逆熔點(diǎn):80-87℃,折光n:1.4138-1.4450,臨界冷卻速度:≥260℃/s(450-260℃)。
德潤(rùn)寶有機(jī)淬火劑水溶液之所以具有優(yōu)良的淬火特性,其機(jī)理是此溶液在對(duì)工件的淬火過(guò)程中,可在溫度升到一定值時(shí),從水溶液中析出有機(jī)成分并分解,并在工件的表面形成一層均勻的導(dǎo)電性薄膜,淬火氣泡對(duì)工件是直接作用在此薄膜上,而不是直接作用在工件上,從而降低了形成淬火應(yīng)力的直接捶擊作用,因而減少了工件的變形和裂紋,并且在淬火之后,水溶液冷卻到一定溫度時(shí),此有機(jī)薄膜又溶于水溶液中,恢復(fù)成原來(lái)的均勻的水溶液狀態(tài),不妨礙重復(fù)使用效果。
3、測(cè)溫、控溫儀表及材料
測(cè)溫、控溫儀表的精度不應(yīng)低于0.5級(jí),熱處理加熱爐應(yīng)配有能自動(dòng)測(cè)暖和控溫的自動(dòng)記錄、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)斷電、復(fù)電的裝置和儀表,以保證爐內(nèi)溫度顯示和控制準(zhǔn)確及溫度均勻。
熱電偶用鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-鎳鋁質(zhì)的直徑為2.0-0.5㎜的偶絲。為提高溫度儀的靈敏度、縮小溫度的波動(dòng)范圍,最好使用Ф0.5-1.0㎜的上述材質(zhì)的偶絲。并在使用前和使用過(guò)程(每3個(gè)月1次)檢測(cè)、校準(zhǔn)1次。
| |
|
? 請(qǐng)關(guān)注 微信公眾號(hào): steeltuber. 轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留鏈接: http://m.youwin2019.com/Steel-Knowledge/1609316041.html
|