铝合金轮毂热处理

铝合金轮毂热处理

铝合金轮毂热处理

1、铝合金轮毂热处理过程及重要性

热处理就是以一定的加热速度，升到某一温度下保温一定时间并以一定的速度冷却，得到某种合金组织和性能要求的一种加工方法。其主要目的是：提高力学性能，增强耐腐性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。

铸造铝合金轮毂选用的材料是A356铝合金（美国牌号），对应的国内合金牌号为ZL101，属铝-硅系铸造合金，通常采用T6热处理工艺，含义如下表：

表1 热处理状态代号、名称及特点

铝合金轮毂的热处理强化的主要方法是固溶淬火加人工时效。在Al-Si-Mg合金中，固溶处理的实质在于：将合金加热到尽可能高的温度，并在该温度下保持足够长的时间，使强化相Mg2Si充分溶入α-Al 固溶体，随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温。温度愈高，愈接近固相线温度，则固溶处理的效果愈好。固溶处理也会改变共晶Si的形态，随着固溶保持时间的延长，Si相有一个缓慢球化和不断粗化的过程，这种过程随固溶温度的提高而增强。一般铝合金轮毂的固溶温度选择在535--545℃之间，时间为6小时。固溶温度对Si相形态的影响要比保温时间的影响大得多，通过参照相关理论和试验发现，550℃保温100分钟后的Si相形态等同于540℃保温300分钟后的形态，目前中信戴卡公司热处理工序步进式连续炉，除特殊产品有明确要求外，均采用固溶550℃保温140分钟左右的热处理工艺。当然，选择的是较高的固溶温度，对设备稳定性的要求也很高，炉膛内各部温度要均匀，否则局部温度过高，会导致部分产品过热、过烧。

铝合金轮毂淬火时的水温一般选择在60--80℃之间，而且水的状态对机械性能也有一定影响，这是因为轮毂淬火时水温升高，工件表面局部水气化的可能性增大，一旦气囊形成，冷速就明显降低，这会使机械性能降低，因而在工件淬火的情况下，必须要开启水循环装置（搅拌器、循环泵等），使水箱内

的水处于流动状态，水温均匀，工件表面没有形成气囊的机会，保持一定的冷却速度，确保淬火效果。

控制淬火的转移时间对Mg2Si强化相的分布很重要，转移时间长会使强化元素扩散析出而降低合金的力学性能，所以转移时间越短越好，这也是生产实际中为什么要求转移时间控制在20s之内的原因。

淬火后人工时效温度的选择，对轮毂机械性能的影响非常明显，较高的时效温度下，屈服强度σ0.2随时效时间的增加而提高，延伸率δ则会降低，硬度升高。相反较低的时效温度和较短时效的时间，屈服强度σ0.2会偏低，而延伸率δ升高，硬度降低。目前时效温度通常选择130--160℃之间，时间为150分钟左右。

根据热处理工序特点及质量特性，热处理工序被定为T特性工序。铝合金轮毂热处理的重要性在于，产品能否满足安全使用要求。其质量特性不能用肉眼直观的进行判别，各项性能指标需要借助专门的检验仪器和设备，对轮毂进行各类检测而获得，由于受到检测频率和检测部位的限制，对于每一炉产品，甚至对每一个产品，检测都只是个别的、局部的，无论如何都不能达到对热处理质量100%的检测，检验也不能完全反映整批产品或整个产品的热处理质量；而且由于热处理过程特点是连续生产，批量投入，一旦出现热处理质量问题，对整个工序的影响面很大；另外热处理的产品是经过了熔炼、铸造、X光等工序的轮毂半成品，如果出现热处理质量问题，其损失也是不言而喻的；更主要的是轮毂热处理缺陷的漏检，很容易引发严重的质量事故，给企业带来无法估量的损失。

2、影响铝合金轮毂热处理性能的因素

首先是热处理工序对性能的影响（工艺参数是前提，工艺执行是过程）；其次是化学成分的影响（合金元素的含量控制，尤其是有害元素Fe的控制）；第三是熔炼过程中铝液的净化（除渣、除气）、晶粒细化（常用细化剂AL-TI-B）、变质效果（常用变质剂Sr）；第四是铸造过程中的产生的疏松、夹杂、气孔、偏析等缺陷，都会造成热处理机械性能不合格。

3、操作人员对热处理质量的影响

整个热处理过程实际上就是贯彻热处理工艺技术标准的过程。由于热处理生产过程的每一步骤都需要操作者操作完成，让每一个操作者掌握和了解各步骤的操作及工作原理，对稳定热处理产品质量至关重要，所以现场操作人员必须要经过各方面的培训，在达到一定素质和具备了相应的热处理实践经验后，才可安排在热处理生产线上从事相关工作。一个合格热处理操作者除了要熟知铝合金轮毂热处理工序质量控制要点，还要知晓影响控制要点的各类因素；不但能够熟练的操作和维护设备，而且还能够及时发现设备运转过程中的一些异常；不仅要掌握质量管理基本知识，也要明了产品工艺标准和相关技术指令。一个优秀的操作者应该不断的学习业务知识、汲取工作失误的教训，并学会总结经验，在自身素质不断提高的同时，还能够做好新员工的培训，起到传、帮、带的作用。人员稳定是工序质量稳定的前提。

操作人员对T特性的重要性，必须有清晰的认识，明白自己在生产中所承担的相关责任，这既是对自己负责，也是对企业负责、对国家负责。所以操作人员不能轻视热处理工作中的任何影响质量的细节。让质量第一的原则，始终贯穿热处理工作的全过程。所以经常的组织员工接受各类培训（工艺文件、质量意识、设备操作、安全生产、产品处置、各种事故总结分析等），对稳定工序质量有积极意义。

由于人员的疏忽，造成热处理产品异常的事件很多，带给企业的损失也是较大的，个别企业人员并没有意识到操作的随意性（淬火、出炉前开启炉门等）带来的质量隐患。另外，每个企业在生产中都会出现磕碰伤产品，细细想来大部分磕碰伤都是错误的操作造成的。

4、影响热处理工艺稳定的因素

铝合金轮毂的热处理质量在很大程度上，依赖于设备及仪表控制系统和合理的热处理工艺。直接体现设备稳定的标准就是热处理工艺稳定。要控制铝合金轮毂热处理质量，首先要消除影响工艺稳定的因素，这些影响因素主要有：仪表与热电偶的工作状态、加热系统工作效率、风机循环系统工作状况、炉体的密封与保温效果等等；

4.1、仪表与热电偶的工作状态直接反映温度波动情况，所以首先要确保补偿导线与仪表、热电偶连接可靠。控温仪表参数设置要与工艺标准一致，而且具备相应的报警功能，并能实现加热过程中温度自动调节。固定在炉体上的热电偶不得松动，热电偶扣罩端密封要好，并且确保偶芯与保护管无有短路现象，同时要注意插入炉膛内部热电偶的深度，避免刮蹭工件或料架，造成热电偶弯曲受损，影响温度正常显示。

4.2、加热系统工作效率由于受仪表控温系统控制，所以热电偶位置及控温仪表参数设置，都会影响加热时间和炉膛温度稳定。对于燃气（油）热处理设备，燃气（油）的流量和压缩空气流量的调整，必须以炉温跟踪仪实际检测的炉膛温度曲线为依据，最终锁定满足工艺稳定的合理流量，这样既充分发挥了加热系统工作效率，又减少了不必要的能耗，最关键的是减小了连续生产时的温度波动。

4.3、风机循环系统工作状况关系到铝合金轮毂是否均匀受热，所以风机循环必须要实现时时监控，当转速低于设定的下限值时，要有报警提示，以便及时检查风机状况，调整或更换风机三角带，始终保持炉内风循环量，最大限度的保证铝合金轮毂热处理性能均匀一致。

4.4、炉体的密封与保温效果会影响炉膛温度均匀，不但会造成轮毂性能的不稳定，还会带来二次处理所造成各类损失，而且由于炉门密封不严或局部保温不好，还会带来较大动力消耗，增加生产成本。炉体的密封与保温效果良好，是稳定工艺和设备调整的基础。

5、异常情况下的处置措施

当产品出现质量异常时，必须执行相关的报废、返工、流转等处理流程；设备异常时，也要严格执行应急处理及重新启动的规定，并对受影响的产品采取一定的措施。

6、工艺过程控制

当设备处于良好的工作状态时，铝合金轮毂会在稳定的工艺条件下完成热处理过程。但是当设备出现异常情况，导致工艺波动时，仅仅要求操作者做到及时的发现，是远远不够的。为确保过程控制的稳定性，这就要求从设备控制方面完善各类报警，如超温（低温）报警、风机转速报警、加热系统（断电、断路、熄火）报警、驱动停止报警、淬火转移时间超时报警、水温水位报警等，这些报警通过声光的形式，能够直接被现场操作者接收到，以便及时采取应对措施，在最短的时间内恢复设备正常运行。为确保每一只铝合金轮毂正常完成热处理过程，操作者要按照一定的时间间隔，进行工艺、设备巡检，在生