钢材热处理知识：铝合金的热处理知识

钢材热处理知识：铝合⾦的热处理知识
本站之前发表过⽂章：铝合⾦热处理特点与钢的热处理有哪些不同? ⼤家都说很好，今天我们再来详细的说说：铝合⾦的热处理知识点。

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。

因为⾦属型铸件、低压铸造件
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。

因为⾦属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在⽐较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⾼铸件的性能。

⼀、热处理的⽬的
铝合⾦铸件热处理的⽬的是提⾼⼒学性能和耐腐蚀性能,稳定尺⼨,改善切削加⼯和焊接等加⼯性能。

因为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⾼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)提⾼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,防⽌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系合⾦的部分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280-300℃,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,达到稳定尺⼨、提⾼塑性、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500℃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60-100℃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,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-PⅡ区,之后⽣成亚稳定的第⼆相(过渡相),⼤量的G-PⅡ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℃,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175-185℃,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190-230℃,保温4-9h,使强度有所下降,塑性有所提⾼,以获得较好的抗应⼒、抗腐蚀能⼒的⼯艺,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-50℃、-70℃、-195℃)并保温⼀定时间,再把铸件加热到350℃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,达到提⾼产品零件尺⼨、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,即有部分淬⽕效果。

再作⼈⼯时效,脱溶强化,则可提⾼硬度和机械强度,改善切削加⼯性。

对提⾼Zl104、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,提⾼其塑性。

对Al-Si系合⾦效果⽐较明显,退⽕温度280-300℃,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α固溶体内,获得过饱和固溶体,以提⾼合⾦的硬度、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则是预备热处理。

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,⾮凡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150-170℃,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175-185℃,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,提⾼抗腐蚀(⾮凡是抗应⼒腐蚀)能⼒,并保持较⾼的⼒学性能。

多在接近零件的⼯
T7 固溶处理(淬⽕)加稳定化回⽕⽤来稳定铸件尺⼨和组织,提⾼抗腐蚀(⾮凡是抗应⼒腐蚀)能⼒,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300℃以下⾼温⼯作的零件,回⽕温度为190-230℃,保温时间4-9h。

T8 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,提⾼合⾦的塑性,但抗拉强度下降。

适合要求⾼塑性的铸件,回⽕温度约230-330℃,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(℃) 保温时间(h) 淬⽕温度(℃) 加热温度(℃) 保温时间(h)
合⾦代号热处理淬⽕⼯艺时效或退⽕⼯艺
加热温度(℃)保温时间(h)冷却介质(⽔)加热温度(℃)保温时间冷却⽅法
ZL101T1——230±57—9空冷T4535±52—660—100——T5535±52—660—100155±5 2—7空冷T6535±52—660—100255±57—9空冷T7535±52—660—100250±52—4空冷
ZL102T2———290±102—4空冷
ZL103T1———180±53—5空冷T2———290±102—4空冷T5515±53—660—100175±53—5空冷T7515±53—660—100230±53—5空冷T8515±53—660—100230±53空冷
ZL104T1———175±55—15空冷T6535±52—660—100175±510—15空冷
ZL105T1———180±55—10空冷T5525±53—5100160±53—5空冷T6525±53—560—100180±55—10空冷T7525±53—560—100240±53—5空冷
ZL107T6515±51060—100155±510空冷
ZL108T1———200±1010—14空冷T6515±53—860—80205±56—10空冷
ZL109T6500±5580185±516空冷ZL110T1———210±1010—16空冷
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(±5℃);
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,不答应有悬空的悬臂部分;
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,防⽌局部⾼温或烧化;
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,防⽌腐蚀;
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办法
缺陷名称缺陷表现产⽣原因消除与预防办法
⼒学性能不合格退⽕状态δ5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不⾜,或冷却太快;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,提⾼温度或延长保温时间;提⾼淬⽕温度或延长保温时间,降低淬⽕介质温度;如再次淬⽕,则要调整其后的时效温度和时间;如成分出现偏差,则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(太激烈);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,框形结构中加强筋太薄或太细⼩;淬⽕时⼯件下⽔⽅向不当及装料⽅法不当。

降低升温速度,提⾼淬⽕介质温度,或换成冷却速度稍慢的淬⽕介质以防⽌合⾦内产⽣残余应⼒;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,则可在淬⽕后⽴即予以矫正。

裂纹淬⽕后的铸件表⾯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,框形件中间的加强筋太薄或太细⼩);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;提⾼淬⽕介质温度或换成冷却
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;提⾼淬⽕介质温度或换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。

过烧铸件表⾯有结瘤,合⾦的延伸率⼤⼤下降。

合⾦中的低熔点杂质元素如Cd、Si、Sb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;测量和控制温度的仪表失灵,使炉内实际温度超过仪表指⽰温度值。

严格控制低熔点合⾦元素的含量不超标;以不超过3℃/min的速度缓慢升温;检查和控制炉内各区温度不超过±5℃;定期检查或校准测控仪表,确保仪表测温、⽰温、控温准确⽆误。

表⾯腐蚀铸件的表⾯出现斑纹或块状等与铝合⾦铸件表⾯的不同⾊泽。

硝盐液中氯化物含量超标(>0.5%)⽽对铸件表⾯(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,硝盐粘附在铸件表⾯(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,则应降低其含量(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,如有酸或碱则应中和或停⽌使⽤;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(⾮凡是其内部中⼼),薄壁部位硬度⾼(⾮凡是其表层)。

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控制在±5℃;
2)要求测温、控温仪表灵敏、准确,以确保温度在上述误差范围内;
3)炉内各区的温度应均匀,差别在1-2℃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
淬⽕介质是保证实现各种热处理⽬的或作⽤的重要因素。

淬⽕介质的冷却速度越⾼,铸件冷却的越激烈(快),⾦属组织中α固溶体的过饱和程度越⾼,铸件的⼒学性能也就越好,因为⼤量的⾦属间化合物等强化相被固溶到Al的α固溶体中去了。

淬⽕介质按其对铸件的冷却速度的快慢依次为:⼲冰和丙酮的混合物(-68℃)、冰⽔、室温的⽔、80-90℃的⽔、100℃的⽔、经雾化过的⽔、各种油(菜籽油等)、加热到200-220℃的各种油、空⽓等。

近年国内研制出来的铝合⾦淬⽕介质的冷却速度介于⽔和油之间,如德润宝公司的⽔溶性淬⽕液,它可以任何⽐例与⽔互溶,其混合⽐例不同,冷却速度各异,故很便于根据淬⽕对象调整其冷却速度。

它淬⽕之后⽆须再进⾏冲洗且表⾯光洁,对铸件⽆污染、⽆毒害,且能防锈。

其主要技术指标是,外观:淡黄⾊到黄⾊粘稠状均匀液体,密度:1.085-1.1234mg/㎡,粘度Y38:≥154MPa·s,逆熔点:80-87℃,折光n:1.4138-1.4450,临界冷却速度:≥260℃/s(450-260℃)。

德润宝有机淬⽕剂⽔溶液之所以具有优良的淬⽕特性,其机理是此溶液在对⼯件的淬⽕过程中,可在温度升到⼀定值时,从⽔溶液中析出有机成分并分解,并在⼯件的表⾯形成⼀层均匀的导电性薄膜,淬⽕⽓泡对⼯件是直接作⽤在此薄膜上,⽽不是直接作⽤在⼯件上,从⽽降低了形成淬⽕应⼒的直接捶击作⽤,因⽽减少了⼯件的变形和裂纹,并且在淬⽕之后,⽔溶液冷却到⼀定温度时,此有机薄膜⼜溶于⽔溶液中,恢复成原来的均匀的⽔溶液状态,不妨碍重复使⽤效果。

3、测温、控温仪表及材料
测温、控温仪表的精度不应低于0.5级,热处理加热炉应配有能⾃动测暖和控温的⾃动记录、⾃动报警、⾃动断电、复电的装置和仪表,以保证炉内温度显⽰和控制准确及温度均匀。

热电偶⽤镍铬-镍硅、镍铬-镍铝质的直径为2.0-0.5㎜的偶丝。

为提⾼温度仪的灵敏度、缩⼩温度的波动范围,最好使⽤Ф0.5-1.0㎜的上述材质的偶丝。

并在使⽤前和使⽤过程(每3个⽉1次)检测、校准1次。

(本平台"常州精密钢管博客⽹"的部分图⽂来⾃⽹络转载，转载⽬的在于传递更多技术信息。

我们尊重原创，版权归原作者所有，若未能找到作者和出处望请谅解，敬请联系主编微信号：steel_tube，进⾏删除或付稿费，多谢!)。