A354铝合金铸造缸盖热处理

A354铝合金铸造缸盖热处理

印小松;刘宏庆;史翔;孙丰鹏

【摘要】对A354铝合金铸造缸盖进行热处理试验,研究了固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时间等参数对试样硬度、机械性能、金相的影响,得到了缸盖的最佳热处理工艺:530±5℃,6h固溶;60～80℃水淬;175:±5℃、6h、空冷.%The heat treatment experiments have been carried out to the A354 aluminum alloy cylinder head castings.The influence of solution temperature,solution time,aging temperature and aging time parameters on the

hardness,mechanical properties and micro-structure has been investigated.The optimum heat treatment process of cylinder head has been obtained:solution:530± 5℃ for 6h;water quenching:60-

80 ℃;aging:175± 5℃,6h,air cooling.

【期刊名称】《中国铸造装备与技术》

【年(卷),期】2018(053)002

【总页数】4页(P57-60)

【关键词】A354;热处理;缸盖

【作者】印小松;刘宏庆;史翔;孙丰鹏

【作者单位】重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247

【正文语种】中文

【中图分类】TG166.3

为了获得高强度的缸盖，匹配发动机的更大动力，预采用美国标准A354铝合金材料制造缸盖，A354铝合金属于Al-Si系合金，由于在合金中加入了强化元素Cu、Mg等，使得热处理后能获得更高的强度。根据相关资料[1～3]，A354铝合金与我国ZL111铝合金(GB/T 1173-1995)类似，ZL111合金固相线温度为538℃，液相线温度为596℃；ZL111铝合金热处理工艺为：（1）分级固溶：505±5℃，4～6h；520±5℃，6～8h；（2）淬火：60～100℃水淬；（3）时效：

175±5℃，5～8h，空冷。由于之前我公司没有使用过A354铝合金，其化学成分与ZL111铝合金也略有不同，相关资料中的参数在生产操作中有一定的难度，为了满足生产，同时发挥该材料的最大优势，对A354铝合金材料特性及A354合金缸盖热处理工艺展开研究。

1 试验材料

铝合金：A354，参照ASTM B108铝合金铸件美国标准，主要化学成分如表1所示。

表1 试验合金化学成分ωB/%化学成分Si Cu Mg Mn Ti Fe Al标准8.6～9.4 1.6～2.0 0.4～0.6 ≤0.10≤0.20≤0.20剩余

2 试验过程

在铸态缸盖上取合适试样做DSC分析；在缸盖上同一位置取尺寸约为

15mm×15mm×100mm待热处理试样；将热处理后的试样检测硬度，然后将试样加工标距ø5mm的圆棒拉力试样（参照GB/T228-2002）；最后将断后的拉力试棒制成金相试样观察金相。

3 试验方法

试验设备：德国耐驰1100LFDSC分析仪、T6热处理炉、布氏硬度计HBE-3000A、万能试验机WA-3000KD、金相显微镜GX-51。

先对铸态试样做DSC分析（室温到600℃）。为了研究固溶温度对A354合金组

织和力学性能的影响，在T6热处理炉中对试样热处理，选择500℃、515℃、530℃和545℃温度固溶，加热 1、2、3、4、5、6、7、8h 后水淬（固熔时间过长影响生产效率），水温 60～80℃,淬火转移时间小于 30s；淬火后

都在175℃保温6h时效处理，时效后空冷至室温，检测硬度、机械性能、显微组织。为了研究时效温度对A354合金组织和力学性能的影响，在T6热处理炉对试样热处理，选择530℃固溶，加热6h后水淬，水温60～80℃,淬火转移时间小于30s，分别在155℃、165℃、175℃、185℃下保温 0、1、2、3、4、5、6、7、8h （时效时间过长影响生产效率），时效后空冷至室温，检测硬度、机械性能、

显微组织。

4 试验结果和分析

4.1 DSC分析

将铸态试样以10℃/min的速率由室温加热到600℃，DSC分析曲线结果如图1

所示。

图1 A354铸态铝合金DSC分析

从DSC分析曲线可知，在510℃左右出现了一个小熔化峰，在540℃出现较大的

熔化峰，575℃为最大的熔化峰峰值温度，该合金加热过程中在以上三个温度点对应着不同相变。

图2 在不同温度和时间固溶后硬度

图3 试样显微组织

4.2 固溶处理试验

在四种加热温度下固溶和同一温度下时效处理后，硬度曲线见图2，固溶温度500℃、515℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间延长，硬度不断增加；固溶

温度530℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间延长，硬度在1～6h不断增加，在6～8h硬度变化不大；固溶温度545℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间

延长，硬度先增加后快速减小。这是因为在固溶加热过程中，Al2Cu、Mg2Si溶

解于α（Al）基体中，淬火后形成过饱和固溶体，时效后强化相析出，均匀分布在合金中，造成晶格畸变，起钉扎作用，引起强化；同时，合金中的第二相Si经历

了熔断、钝化和粒化，使力学性能提高；随着固溶温度和时间合适范围内增加，

Al2Cu、Mg2Si等强化相溶解增加，共晶硅相熔断、钝化和粒化更加充分。但固

溶温度过高和固溶时间过长，545℃和530℃固溶显微组织见图3，545℃的Si相较粗大，Si扩散作用加强和不断聚集长大，造成合金过热，545℃固熔测得枝晶（38.44、48.63、42.61μm）比530℃的枝晶（35.14、28.43、27.11μm）大，硬度和力学性能下降。

固溶温度是固溶处理最重要的因素，为了加快固溶，减少固溶时间，保证强化元素能充分固溶于Al基体中，在合金不过热的前提下我们尽量的提高固溶温度。但温

度过高，低熔点共晶体熔化，产生过热，因此固熔温度必须低于共晶温度（过热温度），高于合金溶解度曲线温度，一般情况下，固溶温度低于合金共晶温度5～10℃。DSC分析A354材料加热510℃左右时，此时应为五元共晶产物

（AlxMg5Si4Cu、α、共晶 Si、Al2Cu、Mg2Si）开始熔化，540℃左右应为三元共晶产物（α、共晶Si、Al2Cu或Mg2Si）开始熔化，575℃应为二元共晶产物（α+Si）开始熔化[4]。为了使含强化元素Cu和Mg的三元共晶产物充分溶于铝

基体中且保证三元共晶产物不熔化，固溶温度应低于三元共晶产物（α、共晶 Si、Al2Cu或 Mg2Si）共晶温度（约540℃)5～10℃,与国内铝合金 ZL111(GB/T 1173-1995)固相线温度538℃相近，530℃低于以上共晶温度10℃，因此530℃