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工 艺 常用铝合金及其热处理工艺 余忠土，张 梅，孙保 良 ，万 紫，邵百明 ，唐 轩，邵光杰 (1 上海汇众汽车制造有限公司，上海2 0 0 1 2 2；2 上海大学材料学院，上海2 0 0 0 7 2)摘要：对国内外常用铝合金及其牌号对照等相关信息进行了总结，列出了国内外常用铝合金的牌号对照 表，并根据铝合金在汽车工业 中的应用状况，简述 了铸造铝合金A 3 5 6 和锻造铝合金6 0 8 2 j 热处理和 表面处理，推荐 了可行的热处理工艺。关键词：铝合金；牌号；热处J E；表面处理 中图分类号：T G1 6 6 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 8 1 6 9 0(2 0 0 6)0 3 0 0 4 4 0 0 5 Al u mi n i u m Al l o y s i n Co mmo n US E a n d Th e i r He a t Tr e a t me n t Pr o c e s s Y U Z h o n g t u ，Z H A N G Me i ，S U N Ba o l i a n g ，WA N Z i ，S H A O B a i n ri n g ，T AN G X u n ，S H A O G u a n g-j i e (1 S h a n g h a i Hu i z h o n g Au t o Ma n u f a c t u r e C o ，L t d ，S h an g h a i 2 0 0 1 2 2；2 Co l l e g e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e an d E n g i n e e ri n g，S h an g h a i Un i v e r s i t y，S h a n g h ai 2 0 0 0 7 2)Abs t r a c t：Gr a d e s o f a l u mi n i u m a l l o y i n c o mmo n us e a t ho me a n d a b r o a d a n d r e l e v a n t i n f o r ma t i o n s we r e s u mma riz e d Ac c o r d i n g t o t h e a p p l i c a t i o ns o f a l u mi n i u m t o a u t o mo b i l e i n d u s t r y，h e a t t r e a t me n t an d s u rfa c e tre a t me n t f o r c a s t a l u mi n i u m a l l o y A3 5 6 an d wr o u g h t a l u mi n i u m a l l o y 6 0 8 2 we r e b r i e fly d e s c rib e d，wi th f e a s i b l e h e a t tre a t me n t p r o c e s s r e c o mme n d e d、Ke y W o r ds：a l u mi n i u m a l l o y；g r a d e；h e a t tre a t me n t；s u r f a c e tre a t me n t 前 言 汽车工业是我 国国民经济的支柱产业，因此汽 车工业的每一次科技进步，都会带来显著 的经济和 社会 效益。降低能耗、减 少环境污染及 节约有限资 源是当前面临的一个十分重要的紧迫 的问题。汽车 轻量化 是提高汽车燃油经济性、节约 能耗的重要措 施和必然趋势，因此，汽车轻量化在实际应用 中有 着 巨大 的意义【。随着汽车 工业的不断发展，无论 从经济上还是性能上，对汽车用材的要求将越来越 高。由于 铝合 金有 减重、节 能 和更 好 的回 收再 生 性，因此从汽 车制造、汽 车运营、废 旧汽车 回收等 方面考虑，汽车用铝合金材料都会 带来 巨大的经济 效益和社会效益。目前，铝合金在汽车 中的使用量 在呈逐年上升的趋势【2 ，所以不断开发应用于汽车 工业的铝合金材料，是当今汽车制造业 的一大趋势 4 7 1。由于该领域处于刚起步阶段，大家对有 关铝合 金、尤其 国内外铝合 金的发 展状 况不是很了解，因 此根据我们在汽车用铝合金材料方面所做的一些工 作总结和积累的相关资料，针对该领域提出了一些 观点和看法，以与广大铝合金工作 者共享。1 主要国家常用铝合金牌号及其相应牌号对照 根据合金元素的含量和加工工艺的特点，铝合 金可分为铸造铝合金和锻造铝 合金两类。铸 造 铝 合 金 的合 金 元 素 含 量 较 高，一 般 为 8 一 2 5，具有 良好的流动性，可 以通过铸造成形 工艺制 作形状 比较复杂、性能要求不高 的零部件。一般在汽车工业上用来制造发动机中受力不大、需 要高导热性 能的复杂零 件。常用锻造铝合金合金元素含量不高，总量小于 5，但在高强度铝合金中可达8 一1 4。锻造铝合 金是铸锭经热变形加工而成的型材和板材 等，因此 具有优 良的冷、热加工工 艺性能，所 制作的零部件 也具有较好的性能，能满足汽车底盘结构件和安全 件的要求，但其原材 料、加 工成本都高于铸造铝合 金。国 内外常用铝合金牌 号对照见表 l和表 2。本表参考标准为中国标准GB T 3 1 9 0，GB T 3 1 91，GB厂 r 3 1 9 2，GB T3 1 9 3，GB T 3 8 8 0，GB T 1 0 5 6 8，G B T 1 0 5 9 6，G B 厂 r 8 5 4 4，GB T 4 4 3 7，G Bn 2 2 4；日本 标准J I S H4 0 0 0，J I S H 4 0 4 0，J I S H4 0 8 0 J I S H 4 1 0 0 J I S H4 1 4 0，J I S H4 1 6 0；美国A A标准 以及德国D I N标准。收稿 日期：2 0 0 6 0 1 1 8 作者简介：余忠土(1 9 7 7 9一)，男，江西上饶人，工程师，从事铝合金新材料及其成型工艺的研究工作。联 系电话：0 2 1 5 8 2 0 1 1 8 8 2 5 1 4，E-ma i l：z h o n u y u s h a c c o rn c n 4 4 热处理 2 0 0 6年第 2 1卷第 3期 维普资讯 http:/ 表1 不同国家常用锻造铝合金相近牌号对照表 Ta b l e 1 Gr a d e s o f wr o u g h t a l u mi n i u m a l l o y s i n c o mmo n us e a t h o me a n d a b r o a d ZLl 01 A ZL1 0 2 ZL1 0 4 ZL1 0 5 ZL1 05 A ZL1 06 ZL1 07 ZL1 08 ZL1 0 9 ZL1 1 0 ZL1 1l ZL1 1 4A ZL2 01 ZL20 3 ZL301 ZL402 压铸铝合金 Y1 0 2 Y 1 0 4 Y l 1 2 Y l 1 3 Y3 02 G(GK)一 A1 S i l 2 G(GK)-A1 S i 8 Cu 3 G(GK)-A 1 S i 8 Cu 4 G-A1 S i(Cu)G-A1 CuTi 4M g G(GK)-A1 Cu 5 Ti G A1 M g 1 0 GD Al S i 1 2 GD-A1 S i l 0 M g GD A1 Si 9 Cu3 A35 6 41 3 3 6 0 3 55 C3 55 32 8 3l 9 A3 22 3 5 4 A35 7 2 95 0 5 2 0 0 A71 2 A41 3 3 60 38 3 0 38 3 0 AC4 CH AC3A AC4A AC4D AC4B AC2B AC8 A ACl A AC7B ADCl ADC3 ADCl 0 ADC1 2 ADC6 LM 6 LM 9 LM l 6 LM 2 7 LM 2l LM 2 LM l 3 LM l A Sl 3 A S9 G 2A S5U A S5UZ A Sl 2UNG LM 1l A U5GT LM l 0 LM 6 M A Z5G A Sl 3 A S9G LM 5一 M A G3 T 本表参考标准为G B T 1 5 1 1 5；日 本标准儿 s H 5 3 0 2；美国A A 示 面 热处理 2 0 0 6年第 2 1卷第 3期 4 5 维普资讯 http:/ 2 汽车用铝合金的热处理工艺及其结果 为了进一步提高铝合金的强度，通常在零件成 形后进行热处 理。由于铝没有 同素异构转变，故铝 合金 的热处理强化方法与钢不同，铝合金 的热处理 一般采用 固溶+时效处理，通过固溶处理，使合金元 素和第二相固溶于基体，并在随后的时效处理中均 匀析 出细小 的强化相，达到强化 的效果。正是 由于 铝合金的这种热处理强化机理，并非所有的铝合金 都可 以进行热处理 强化。当合金元 素含量过低，在 固溶处理时没有合金元素和第二相溶入基体，在 随 后的时效处理 中就无强化相析 出，譬 如防锈铝。汽车工业上常用的铝合金有铸铝A3 5 6 和锻铝 6O82。2 1 铸造铝合金A 3 5 6 经过熔炼、除气、除渣 以及细化等 工艺后，浇 注 出来 的A3 5 6 铝合金坯料，其成分见表3。表3 A3 5 6 铝合金 的化学成分 Ta b l e 3 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n o f A3 5 6 a l u mi n i u m a l l o y 试样经 固溶 处理后，由于微量合 金元 素的溶 入，使基体成 为过饱和 的亚 稳态，在 随后的时效过 程中，又从基体 中析 出强化相，主要是Mg S i。在时 效开始阶段，由于基体过饱和度很大，所 以析 出过 程非常快，硬度 曲线的斜率很大，即硬度会大幅度 提高；当达到一定时间后，基体和析 出物之 间的浓 度达到 了平衡，因此析 出开始变慢 直到停 止，这时 硬度 曲线变得平缓；最后 由于继续保温，Mg S i 不再 析 出而 开始长大粗 化，硬 度下 降。图l 4 给 出了某种规格的A3 5 6 铸件热处理工艺 与力学性能之间的关系(力学性能值均为试样3 个不 同部位 的平均值)，图1、图2 的时效工艺均 为1 7 0 8 h。从上述图中可以看 出A3 5 6 铝合金的热处理工 艺为：5 4 0 2 h 水+1 7 0 8 h。2 2 锻造铝合金6 0 8 2 经过铸造、均匀化退 火、挤压、切 头尾等 工序 皇 0 嘿 黛 温度()图 1 固溶温度对 A3 5 6 铸件力学性能的影响 F i g 1 Va r i a t i o n o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f A3 5 6 a l u mi n i u m a l l o y c a s t i n g s wi t h s o l u t i o n t r e a t me n t t e mp e r a t u r e S S M 成 形件T 6 处理 畲 5 鼍f 0 2 4 6 8 1 0 时间(h)图3 时效温度对A3 5 6铸件硬度的影响 Fi g 3 Va r i a t i o n o f h a r d n e s s o f A3 5 6 a l u mi n i u m a l l o y c a s t i n g s wi t h a g i n g t e mp e r a t u r e 4 6 畲 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 时 间(h)图 2 保温时间对 A3 5 6 铸件硬度的影响 Fig2 Va r i a t i o n o f h ard n e s s o f A3 5 6 a l u mi n i u m a l l o y c a s t i n g s wi t h s o l u t i o n t r e a t me n t t i me 5 4 0 2 h 固溶+1 6 0 时 效 1 1 0一 一一。、0 5 1 0 1 5 20 2 5 时间(h)图4 时效时间对 A 3 5 6铸件硬度的影响 F i g 4 Va r i a t i o n o f h ard n e s s o f A3 5 6 a l u mi n i u m a l l o y c a s t i n g s wi th a g i n g t i me 热处理 2 0 0 6年第 2 1卷第 3期 蛐 如 维普资讯 http:/ 后，获得6 O 8 2铝合金挤 压棒料，然后进 行锻造 成 形，制造 出零 部件。其 成分 见表 4。表4 6 0 8 2 铝合金的化学成分 篓 ，篙 毳 昙 詈 蔷 璧 号 当 困 。其 最 佳 懈火 !,-3：7U：。登时 喁 上 的 2 2 。甘 车 。箍 ，、于、一-I C 2 A 1 2 0H3 ，=I，IJ：妻 茔 ：力 强，尺 寸 ：。翥、：皇 和 造 铝 厶 金 可 以 采 月 相 同 效 轰 磊 工 ：兰 h 二 一 高 一 3 拿 ，一，理 后，形 成 的 氧 化 膜 厚 薄 曼 ，拿 厚 望 _ o 1。5 不 一，i 中 摹 花 。：；蚤 导 苎 学 龛 鲁二 喜 生：警 膜 友 j j nj 约；-4 ,J v 二 个 度 范 还 不 足 以 保 护 铝 免 于 腐 蚀，尤其在 o 3 o m)：。白 色 藏 花 最 厚(约 为 5 o 6 m；。维普资讯 http:/ 表 1 球销感应淬火后硬 化层分布 比较 Ta b l e 1 Ha r d e n e d c a s e d e p t hs i n d i f f e r e n t p o r t i o ns o f t h e b a l l h e a d pi n i n du c t i o n q u e n c h e d b y t wo t y p e s o f i n d uc t o r 表2 使用保护气氛高频淬火后球销表面粗糙度变 化(m)Ta b l e 2 Su r f a c e r o ug h n e s s o f t h e b a l l h e a d p i n s a f f e r b e i ng i n du c t i o n q u e n c h e d i n p r o t e c t i v e a t mo s p h e r e 图8 用新型(a)和传统(b)感应器淬火后硬化层对比 F i g 8 P a u e r n o f h a r d e n e d c a s e o f b a l l h e a d p i n s i n d u c t i o n q u e n c h e d b y n e w t y p e(a)a n d c o n v e n t i o n a l(b)i n d u c t o r s 头销零件喷保护气体周期为1 0 s(不计喷淬时间)，则 按照2 4 m3 h 流量计算，每淬一个零件的费用约合0 0 0 3 (上接 第4 7 页1 虽然 目前铝合金在汽车工业上的应用还处在起 步 阶段，但 由于汽车轻量化 的发展 需求，在未来 的 1 0 年 内，其在汽车上 的使用 比例将大大提 高。但 目 前有关铝合金的熔炼技术、挤 压技术、热成 形技 术 以及 后续 的处理 技术都 有待于进 一步 的发 展，因 此，对广 大的铝合金 工作者 来说，既是一种 挑战，更 是 一种 机 遇，可 以说 是“任 重 而 道远”。参考文献 1 Fl e mi n g s M C Be ha v i o r o f me t a l a l l o y s i n t he s e mi s o l i d s t a t e 【J】Me t a l l T r a n s，1 9 9 l，2 2 A：9 5 分，与不使用保护气氛淬火，而在淬火后用羊毛毡 砂轮和绿油膏抛光剂手工抛光相 比，费用只有它的 十二分之一(如果手工抛光，一个工人每天2 0 0 0 q：，增加一工的工资在4 O 元左右，每抛2 0 0 0 件 零件需要 消耗羊毛毡砂轮和绿油膏各一件，计2 8 9 9+2 8 8=3 1 8 7 元，平均每件零件 的加工费用为0 0 3 6 元)。对 于大批量生产而言，降本效益显著，且避免 了人为 因素 的影响，大大提高 了零件表面质量 的均匀性、可靠 性，还可节 省一天 的生产周期。因此，该项技 术具有广 阔的发展 前景。8 小结(1)最近几年，对球头销的感应热处理提出了以 下新要求：零件外形尺寸越来越小 巧，表面粗糙度 的要 求越 来越 高，硬化层控制 范围越来越窄，传统 的工艺方法 已不 能完全满足 新的技术要求。(2)针对尺寸小、只要求杆部淬硬且球面影响区 要求控制得很小的球头销，设计 了周向磁场和纵 向 磁场相结合 的感应器，达到了传统感应器无法取得 的 效 果。(3)对于表面粗糙度要求很高的零件，可以在感 应加热 的过程中使 用保护性气体阻止氧化反应。(4)使用惰性气体作为感应淬火的保护气氛这项 技术只需要对原有设备进行简单改造而无须增添新 设备即可 获得 很好 的效果，经济 效益 很可观，且避 免了人为因素 的影响，零件质量 的可靠性及生产效 率大 大提高，具有广 阔 的前 景。参考资料 1 林信 智，杨连 第汽车零 部件感应 热处理 工 艺=与设 备 M 北 京：北京理 工大学 出版社 1 9 9 8 2 沈庆通 感 应热 处理 问答 M 北京：机械 工业 版社，1 9 9 0 【3】DBa r t k n e c h t I n d u c t i o n He a t T r e a t me n t p r o c e s s u n d e r I n e r t Ga s At mo s p h e r e C 4】LMN7 01 及 附件 轴颈 表 层淬硬(内部资料)2 谢水 生，等半 固态 金属 加工技 术及 其应用 M 北 京：治 金工业 出版社，l 9 9 9 1 3 余忠 土，等 半 固态铝合金在 二次重熔 中 f s的 DS C分析法 J】物理 测试，2 0 0 2，l：2 2 2 5 4 F l e mi n g s M C Tr a n s【J 1 9 9 1，2 2 A：9 5 7 9 8 1 5 陈晓阳，等 S GM Bu i c k车铝合金从动链轮支架半 固态 铸成 形工艺研 究 J 铸造，2 0 0 0，(4 9)2：l O 6 一 l O 9 6 唐靖林，等半固态加工技术 的发展和应 用现状 J】兵器 材料 科学 与工程1 9 9 8，5(2 1)：5 6 5 9 7 蒋鹏，张秀峰，等半 固态金属成 型技术 的研究概况 J】塑性 工程学报 l 9 9 8，9(5)：l 一 7 8 余忠土铝合金铸+锻 复合成形件 T 6热 处理时淬 火停 留时间 优化 的研 究 A 第 l 4届华东六 省一市热 处理学 术年会 论文 集【c】江西：2 0 0 4 热处理 2 0 0 6年第 2 1卷第 3期 5 l 维普资讯 http:/