《铸造铝合金及热处理》及G系列缸盖热处理工艺].ppt

铸造铝合金及热处理铸造铝合金及热处理及及GG系列缸盖热处理工艺系列缸盖热处理工艺 一、金属热处理基础知识一、金属热处理基础知识二、钢的二、钢的热处理工艺热处理工艺简简介介 三、三、铸造铝合金及热处理铸造铝合金及热处理四、四、G G系列缸盖热处理工艺系列缸盖热处理工艺 内内 容容 提提 要要（一）金属材料简介（一）金属材料简介一、金属热处理基础知识一、金属热处理基础知识金属金属材料材料黑色黑色金属金属有色金属：有色金属：铜合金铝合金镁合金锌合金铜合金铝合金镁合金锌合金钢钢铸铁：铸铁：灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁白口铸铁灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁白口铸铁按成分：按成分：碳素钢、合金钢；碳素钢、合金钢；按冶炼方式：按冶炼方式：沸腾钢、镇静钢等等沸腾钢、镇静钢等等按用途：按用途：低钢碳、中钢碳（低钢碳、中钢碳（在0.25%0.6%）、高碳钢）、高碳钢低合金钢、中合金钢（低合金钢、中合金钢（Me在在510%、高合金钢、高合金钢结构钢：调质钢、弹簧钢、桥梁用钢等等；结构钢：调质钢、弹簧钢、桥梁用钢等等；工具钢：刃具钢、工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢；模具钢、量具钢；特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等；特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等；按显微组织：按显微组织：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢；马氏体钢等。亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢；马氏体钢等。（二）热处理基本原理（二）热处理基本原理热处理热处理将金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需的组织将金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需的组织结构与性能的工艺。结构与性能的工艺。热处理工序的质量直接决定产品内部质量的好坏。肉眼无法检测其质量优劣，只有通热处理工序的质量直接决定产品内部质量的好坏。肉眼无法检测其质量优劣，只有通过显微镜在放大过显微镜在放大100-500倍的情况下，观测其微观组织，才能判定其组织是否合格，是否倍的情况下，观测其微观组织，才能判定其组织是否合格，是否存在组织缺陷，是否对产品的性能有影响。存在组织缺陷，是否对产品的性能有影响。将直接造成产品报废、变形、开裂、氧化脱碳，缩短零将直接造成产品报废、变形、开裂、氧化脱碳，缩短零件使用寿命，如果应力未消除充分，零件内部还将产生件使用寿命，如果应力未消除充分，零件内部还将产生细小的微裂纹，在使用过程中，随着裂纹的逐渐扩大，细小的微裂纹，在使用过程中，随着裂纹的逐渐扩大，将发生严重的车毁人亡的重大事故。将发生严重的车毁人亡的重大事故。正确的热处理工艺正确的热处理工艺能显著提高零件的使用性能，充分发挥钢材或合金的潜能显著提高零件的使用性能，充分发挥钢材或合金的潜力，延长零件的使用寿命；同时，还可以改善工件的加力，延长零件的使用寿命；同时，还可以改善工件的加工工艺性能，减少刀具磨损。工工艺性能，减少刀具磨损。不正确的热处理工艺不正确的热处理工艺（一）相图（一）相图制定热处理工艺的依据制定热处理工艺的依据相图相图二、钢的二、钢的热处理工艺热处理工艺简简介介0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmFe-Fe3C相图相金属合金组织中化学成分、晶体结构、物理性能相同的组分。其中包括固溶体、金属化合物及纯元素等。铁碳合金中基本相有：铁素体、奥氏体、渗碳体。组织泛指用金相观察方法看到的，由形态、尺寸不同、分布方式不同的一种或多种相构成的总体，以及各种材料缺陷和损伤。珠光体（片状铁素体+片状渗碳体）；贝氏体（片状铁素体+点状渗碳体）；马氏体（碳在-Fe中的过饱和固溶体）。渗碳、渗氮和碳氮共渗又叫化学热处理。（二）热处理工艺方法简介（二）热处理工艺方法简介常用热处理工艺普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火渗碳渗氮碳氮共渗等 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却加热注意事项加热注意事项：1、加热温度过高，将使产品晶粒粗大，强韧性降低，严重的甚至不能使用；2、加热温度过低，组织均匀化程度不好，转变不充分，易造成产品硬度偏低，综合机械性能下降。3、加热保温时间必须保证工件升温到规定温度，并完成转变。工件越厚大，所需加热时间越长。若时间过短，将造成产品硬度不均匀，硬度偏低等缺陷，必须严格按工艺规定时间执行。、淬火将钢加热至Ac3线或Ac1线以上的某一温度，保温一定时间使之奥氏体化后，迅速冷却，从而获得马氏体组织的工艺。保温注意事项保温注意事项保温温度需符合工艺要求，防止过低或过高。保温时间需足够，保证完成转变，回火时应保证应力得到较充分的释放。冷却注意事项冷却注意事项按一定的冷却速度冷却，保证冷却时间在合适的范围。按一定的冷却速度冷却，保证冷却时间在合适的范围。常用的冷却介质：空气、水、盐水、有机聚合物水溶液、热浴常用的冷却介质：空气、水、盐水、有机聚合物水溶液、热浴。常用的冷却方法：常用的冷却方法：连续冷却：炉冷、空冷、油冷、连续冷却：炉冷、空冷、油冷、水冷水冷 等温冷却等温冷却冷却过程是钢的热处理的关键工序，决定钢在冷却后的组织和性能！冷却过程是钢的热处理的关键工序，决定钢在冷却后的组织和性能！图3-6 共析钢等温冷却转变曲线0400600700200B下B上TSPMM+A残A过冷A1500300Ms(240 )Mf(-55)110102103104105106T (s)共析钢奥氏体过冷到240(Ms)时，开始转变为马氏体，随着温度下降，马氏体逐渐增加，过冷奥氏体不断减少，直至-50(Mf)时，过冷奥氏体才全部转变为马氏体。所以，Ms与Mf之间的组织为马氏体和残余奥氏体。热处理常见缺陷有力学性能不合格、过烧、变形和开裂、氧化、脱碳等等。钢的热应力钢的热应力工件在加热和冷却过程中必然伴有热胀冷缩的现象，当工件表面与心部 温度变化不同时，造成热胀冷缩不均，使之产生内应力，这种由热胀冷缩不一致而 产生的应力称为热应力。热应力的变化规律：冷却前期，表面受拉，心部受压；冷却后期，表面受压，心部受拉。冷却终了，表面存在压应力，心部存在拉应力。热应力造成变形的规律：1）沿最大尺寸方向收缩，沿最小尺寸方向伸长；2）平面突起，趋于球形；3）直角变为钝角；4）外径胀大，内径缩小。组织应力组织应力钢在发生相变时，由于不同组织的比容不同，因而必然发生比容的变化。如 果工件表面和心部同时进行转变，那么工件内外发生同样程度的胀缩，不会造成内应 力，但是，由于内外存在着温度差，因而表面先转变而心部后转变，这样内外比容变 化不同时，就造成了内应力，这种由组织转变的不同时而产生的内应力称为组织应力。组织应力的变化规律：淬火前期，表面首先发生马氏体转变，表面受压，心部受拉；淬火后期，心部才发生马氏体转变，表面受拉，心部受压。转变后，表面存在拉应力，心部存在压应力。上述两种相反的应力的合成，构成了淬火应力。淬火应力超过屈服强度时，就造成弹-塑性变形，使工件各部分发生胀缩弯扭等变化，形状尺寸改变。钢的淬火变形钢的淬火变形有两种：一种是尺寸变形，即伸长和收缩；而另一种是形状的变化，即弯曲和翘曲，工件的实际变形是同时兼有这两种变形，但随着具体情况的不同，两种变形所起的作用也是不相同的。各种组织的比容（cm2/g）不一样：AP粒P片M。热处理常伴随体积变化（淬火态体积增大）。组织应力造成变形的规律：恰好与热应力造成变形的规律相反。钢的淬火开裂钢的淬火开裂工件产生开裂主要发生在淬火冷却的后期（即马氏体转变基本结束或完全冷却以后），因工件存在大的拉力超过钢的断裂强度而引起的脆性破坏。不同的淬火应力分布可以使工件造成不同形式的开裂。淬火开裂的形式淬火开裂的形式：一、纵向开裂：纵向开裂又称轴向开裂；二、横向开裂：这类开裂常发生在未淬透的工件中；三、其它形式的开裂：（1）凹角部分的开裂；（2）凸角部分开裂；（3）截面 急变处开裂；（4）孔壁的开裂；（5）淬火不均而发生的开裂；（6）淬火冷 却不均产生的软点而引起的开裂。防止方法防止方法：（1）马氏体转变区应尽量缓慢冷却，使工件表面和中心各部分的温差减小，组织转变开始的时间比较接近，从而减少由于组织转变而产生的残余拉应力；（2）利用热应力使工件产生残余压应力来达到防止开裂的目的；（3）在降低淬火残余拉应力的同时，提高马氏体的强度，对防止淬火开裂也是非常重要的；（4）消除工件表面冷却不均是防止的关键问题。除热处理工艺外，除热处理工艺外，原材料质量原材料质量、化学成分、化学成分、表面状况等表面状况等对热处理效果和质量对热处理效果和质量至关重要至关重要！GBT10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法JBT10175-2008热处理质量控制要求非金属夹杂物种类和含量；化学成分；铸造或锻造质量；原始组织；表面质量（加工表面质量如粗糙度、加工刀纹、加工应力、磕碰伤、表面清洁度）；必须严格控制必须严格控制!三、三、铸造铝合金及热处理铸造铝合金及热处理（一）（一）铝铝及铝合金及铝合金高纯铝工业纯铝简单铝硅合金特殊铝硅合金铝铜合金铝镁合金铝锌合金铝的合金化：通常加入Al中的有：Cu、Si、Zn、Mg、Mn等几种元素。这几种元素是通过固溶强化、时效硬化、过剩相强化固溶强化、时效硬化、过剩相强化、晶粒细化晶粒细化来达到强化目的的。过剩相过剩相未溶入未溶入Al中的相。铸造铝合金形变铝合金按成分：按加工方法：铝合金铝合金的的热处理与钢的热处理完全不同，过程相反。热处理与钢的热处理完全不同，过程相反。（二）（二）铸造铝合金铸造铝合金热处理。热处理。最常用的方法：固溶、时效处理。固溶处理固溶处理（淬火）：铝合金加热时，过剩相溶入相中，成为单相过饱和固溶体，产生固溶强化效果，合金强度提高；同时塑性明显增大。铝合金淬火后得到的过饱和固溶体组织是不稳定的，有自发分解的倾向，在时效过程中，过饱和固溶体发生分解（脱溶）。目目 的的：提高综合力学性能；消除偏析和针状组织；改善组织和性能；稳定铝铸件的组织和尺寸；消除铸造应力。符号概念（热处理类型）工艺特点目的和应用1未经淬火的人工时效铸造冷却速度较快，合金得到过饱和固溶体组织，时效处理时发生沉淀硬化。时效温度约150180，保温12h，用于提高机械强度，改善切削加工性，提高粗糙度。（金属型铸造、压铸或紧密铸造）改善切削加工性能，降低表面粗糙度2退火加热到280300，保温24h，缓冷。用于消除铸造应力及冷加工应力，稳定尺寸，提高塑性，改善性能。3淬火（固溶处理）铝合金加热时，过剩相溶入相中，成为单相过饱和固溶体，产生固溶强化效果，合金强度提高4淬火并自然时效适用于具有自然时效强化的合金，淬火温度约500535 提高强度和耐蚀性时效处理时效处理：使过饱和固溶体发生分解，使其强度和硬度得到提高的过程。可以采取两种方式，即人工时效和自然时效。时效处理与回火的共同点共同点：使合金由不稳定向稳定过渡。时效处理与回火的不同点不同点：时效过程无相变发生，而回火则有相变。符号概念（热处理类型）工艺特点目的和应用淬火并部分时效处理硬度未达到时效硬化曲线的峰值，时效温度约150170 得到一定的强度，保持一定的塑性淬火并完全时效处理硬度达到时效硬化曲线的峰值得到高强度淬火加稳定化回火时效温度比T5、T6高（190230，保温79h），接近其工作温度，合金处理到过时效状态，析出相有一定聚集，得到较为平衡的组织保持较高的组织稳定性和尺寸稳定性淬火加软化回火在比更高的温度回火，使沉淀相充分析出并球化。用以提高塑性，降低强度，约230270，保温36h 钢铁零件钢铁零件晶粒大小可以在热处理过程中，在较长时间、高温下得到细化，从而提高机械性能；铝合金铝合金则主要靠变质处理，可以细化晶粒，同时还可以改变共晶Si相的形貌和增加树枝状的初生晶（Al），从而提高机械性能。（1）用强化相CuAl2、Mg2Si等强化；（2）熔炼时加入变质剂，使过剩相（未溶入铝中的Si）球化；（3）固溶处理时过剩相溶入相中，成为过饱和固溶体产生固溶强化；（4）时效处理强化，使过饱和固溶体脱溶（分解），合金元素析出并富集于某些区域，使该区域的晶格畸变妨碍位错运动，从而使强度、硬度增加。以以ZL101为例，其强化途径为：为例，其强化途径为：但过时效后逐渐使强度、硬度降低而软化！但过时效后逐渐使强度、硬度降低而软化！铝合金热处理容易出现的问题：铝合金热处理容易出现的问题：问题问题原因原因硬度偏低、固溶温度过低，过剩相未充分溶入过剩相未充分溶入相中，固溶强化效果差相中，固溶强化效果差；2、淬火冷却不够、水温高；3、固溶处理保温时间短；4、时效温度高（过时效）；5、时效处理时间短。硬度偏高、固溶温度过高；2、淬火冷却过快、水温低；变形1、放置方式不合理；2、加热温度过高；3、炉温不均，产品受热不均。过烧跑温或保温时间过长。使合金晶界交接处的低熔点共晶体开始熔化，出现液相，在表面张力作用下，液相收缩成团状、球状或多角形的复熔物，严重时，会在全部晶界上出现带状、环状复熔物，甚至在铸件表面结瘤。开裂1、产品结构不合理，应力集中严重；2、加热温度过高、冷却过快；3、合金成分不好，铝合金热处理的注意事项：铝合金热处理的注意事项：、淬火时，水温越低强化效果越好，简单形状的工件可为1030；结构形状复杂的零件，为防止淬火冷却畸变，应控制在6080；2、自然时效处理效果比人工时效处理效果好，但时间长；人工时效处理时间短，但达不到最高强化效果；3、人工时效处理时，不能产生过时效，否则将大大影响强度。热处理工艺规程的基本内容：热处理工艺规程的基本内容：零件概况：热处理技术要求，零件简图或零件装夹示意图。零件概况：热处理技术要求，零件简图或零件装夹示意图。选用设备：装炉方式及装炉量。选用设备：装炉方式及装炉量。应用的工艺装备编号及名称。应用的工艺装备编号及名称。工艺参数、操作要领、质量检查内容及注意事项。工艺参数、操作要领、质量检查内容及注意事项。（三）（三）铸造铝合金铸造铝合金热处理质量控制。热处理质量控制。人员作业环境作业环境设备设备仪表仪表工艺材料工艺材料工艺工艺文件与资料文件与资料四、四、G G系列缸盖系列缸盖热处理热处理工艺工艺（一）产品概况（一）产品概况1、材料：铸造铝合金2、零件：复杂结构件3、低压铸造件1、热处理工艺：固溶+时效处理。2、热处理要求：硬度85HBS。（二）工艺要求（二）工艺要求51010 21010 3、工艺要点：（1）装筐方式：排气面朝上或朝下；每筐3层，每层6件，共18件；（2）JL474Q缸盖铸件淬火水温6080；（3）产品出炉后应在15S内入水冷却，冷却速度应基本一致；（4）待铸件在水中冷却3min4min后出水；（5）确保温度等工艺参数正确；设备运行正常，有循环水，空气压力在规定压力之内。确保炉顶风扇运转良好；（6）固溶处理时：若遇停电，当温度下降而保持在400以上时，来电后可继续升温至51010保 温，时间按停电前后累计计算；若停电后温度下降到400以下，则须重新固溶处理（产品可不出炉），来电后继续升温至51010，保温5.5h6h后淬火；（7）时效处理时：若遇停电，当温度下降而保持在180以上时，则来电后继续升温至21010保温，时间按停电前后累计计算；若停电温度下降到180以下时，则出炉空冷，以后再重新时效处理；（8）质量检验：硬度检验部位要锪平；压痕直径读数要准确。（9）其他：翻转沥水、淬火水槽搅拌、淬火台升降速度、钻床、读数显微镜检定Changan Drives The World结束结束