活塞铝合金组织性能研究.docx

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1、活塞铝合金组织性能研究 设计性综合试验论文 题目：活塞铝合金组织性能的探讨院 院 （系）：北方信息工程学院专 专业：金属材料工程班 班级：B080210 学 学生： 王晋学 学号 号： B08021115指导老师：王鑫 2011 年 10 月 活塞铝合金组织性能的探讨摘 要 在综合比较国内外汽车发动机活塞用铸造铝合金的种类（即 Al-Cu-Ni-Mg系合金、Al-Si-Cu 系合金、Al-Si-Ni-Mg 系多元合金、过共晶 Al-Si 系合金）以及其性能、热处理规范和适用范围之后发觉。在现有合金配方中 Al-Cu 系铸造性能较差、热膨胀系数大，Al-Si 系室温强度较低的缺点 1 。为实现两

2、种系列的铸铝性能的融合，本文在 ZL107 和 K.O-1 的基础上，了解不同元素对合金性能的影响，运用传统铸造方法，配置了一种高强铸造 Al-Cu-Si 铝合金。探讨了制备技术，测试了合金的力学性能和铸造性能，视察了合金的微观组织。探讨结果表明：该合金在以 Mg、Zn 为主要合金化元素，以 Ni、Ti、B、Mn 为微量元素，充分发挥个元素的作用，实现较好的复合多元化效果。该合金的流淌性好、热裂倾向小。铸态室温下抗拉强度可达 218.56MPa，延长率 2.7%。对其组织成分探讨发觉：采纳 Al-Ti 对所设计的合金进行细化变质处理时，加入量为 0.2%时合金具有最佳的综合力学性能，相同制备工

3、艺下，增加含 Ti 量后，合金中没有新的相生成、合金中 Ti 元素偏聚严峻，造成合金力学性能和铸造性能严峻下降 2 。本文设计的 Al-Cu-Si 高强度铸造铝合金对我国发动机活塞部件的材料更新具有重要的工程应用参考价值。关 键词：活塞铝合金；高强铝合金；流淌性；热裂：元素 目 目录 1 1前言. 1 1.1 课题探讨目的和意义 . 1 1.2 课题的探讨内容 . 1 1.3 论文的组织结构 . 2 2试验方案及探讨方法. 3 2.1 合金的设计及原料的选择 . 3 2.1.1 主合金化元素 . 3 2.1.2 微量合金化元素 . 4 2.1.3 原料的选择 . 4 2.2 合金的熔炼和成型

4、. 4 2.2.1 合金的熔炼 . 4 2.2.2 材料的成型 . 5 2.3 合金的热处理工艺 . 5 2.4 合金的性能测试 . 5 3合金成分设计与细化的探讨. 6 3.1 合金的成分设计 . 6 3.1.1 合金的主合金化元素 . 6 3.1.2 合金的微量元素 . 7 3.2 合金的晶粒细化探讨 . 7 3.2.1 盐类细化剂 . 7 3.2.2 Al-Ti 中间合金 . 7 3.2.3 Al-Ti-B 中间合金 . 8 3.2.2 新型中间合金细化剂 . 8 4合金试样的制备. 9 4.1 合金的铸造阶段 . 94.1.1 熔炼用协助材料 . 9 4.1.2 中间合金和预制合金锭

5、. 9 4.1.3 熔炼用材计算和打算 . 10 4.2 合金的热处理阶段 . 11 4.2.1 热处理工艺的分类及状态 . 11 4.2.2 热处理用设备及工艺 . 12 5试验结果与探讨. 14 5.1 合金的拉伸试验 . 14 5.2 合金的金相显微结构 . 15 6结论. 18 参考文献. 19 致谢. 20 1 1 前 前言 1.1 1 课题探讨目的和意义在全球技术竞争日益激烈的今日，发动机革新工作作为动力来源装备更新是必不行少的，目前已受到很多国家的关注。而发动机供应动力最主要的一环在气缸内的能量改变，活塞的质量凹凸干脆确定了能量的利用率。世界上最早的发动机活塞是铸铁的，从 191

6、1 年才起先探讨用铝合金来制造活塞，1920 年一种Al-Cu-Ni-Mg 系合金正式胜利地应用于汽车发动机活塞，以后的几十年，又相继探讨胜利了几个系列的活塞用铝合金材料。随着发动机转速的不断提高，活塞速度也随之提高，汽油机活塞速度可达 1116m/s；柴油机活塞速度可达 68.5m/s，或更高一些。由于发动机高速化的结果，使作用在活塞上的惯性力亦越来越大，发动机的压缩比也相应提高，燃烧室内的燃烧速度急剧增大，气缸内简单形成局部压力差，使活塞发生强制振动，从而引起穴蚀或敲缸现象 3 。另外活塞头部在交变热应力的作用下，简单产生热变形或热裂现象。所以，除对活塞材料的常温强度、硬度、延长率、热膨胀

7、系数等性能有肯定的要求外，还对其高温性能(如高温拉伸强度、高温疲惫强度、导热率)及耐磨性能有较高的要求。为适应汽车发动机高速化的要求，材料工作者经过大量的工作，使活塞材料越来越完善，其各种性能都有很大的提高。作为活塞材料，常用的铝合金大体可分为以下四类:(l)铝-铜-硅系合金；(2)铝-铜-镍-镁系合金；(3)铝-硅-镍-镁系合金；(4)过共晶铝-硅系合金。当前，我国自行研制的发动机活塞的性能同美国、东欧和日本等发达国家相比，还存在很大的差距，而各国对某些高精尖技术是严格保密的。因此，依靠自己的力气探讨高性能的发动机用活塞，既具有重大的理论价值也具有重要的实际意义。本课题的目的在于充分理解各种

8、系列合金的性能和优劣性最终确定一个系列，在了解该系列合金各元素的作用的前提下，通过变更、添加或删除某种元素使原合金性能能得到显著提升。这对于我国活塞用合金的改进有重要意义，在现代工业中的应用前景也是很明朗的。2 1.2 课题的 探讨内容 本文以汽车发动机活塞用铝合金为探讨背景，对高强度铸造铝合金绽开相关探讨。本文探讨内容主要包括以下几个部分：（1）合金系的选择，主要是确定合金的主要添加元素和微量元素的种类以及其最佳含量。（2）晶粒细化剂的选择。主要从细化效果、细化衰减时间以及和元素间的相互作用选择合适的晶粒细化剂。（3）合金最终的热处理工艺。主要从各种元素的性能和相图动身最终确定一种显著提高性

9、能的热处理方法。3 1.3 论文的组织结构 第一章 前言部分，介绍了课题的探讨目的和意义，确定了课题的探讨内容。其次章 试验方案及探讨方法部分。第三章 合金成分设计及细化部分。第四章 合金试样制备部分。第五章 试验结果探讨部分。第六章 结论。2试验方案及探讨方法本试验的内容包括合金的设计及原材料选择、合金熔炼、浇注、热处理过程的试验方案和探讨方法，以及试样的性能测试和微观组织分析手段。熔炼、浇注和热处理过程是试验的关键步骤，干脆影响到最终结果的好坏。1 2.1 合金的设计及原料的选择 本试验是在对高强度铸造铝合金的探讨基础之上，参照 ZL107 以及美国专利合金牌号 K.O-1 铸造铝合金，以

10、 Mg、Zn 为主加元素，并添加微量元素，开展对铸造 Al-Cu-Si 合金的探讨。2.1.1 主合金化元素在 Al-Si-Cu 系中，加入 Mg 时，随 Mg 含量的增加，σ b 急剧上升，而δ 5下降。其机制为，加入 Mg 后合金中增加了 Mg 2 Si 和 W （Al x Mg 5 Si 4 Cu 4 ）两种强化相。为了使合金保持肯定塑性，Mg 要限制在 0.5%以下。Zn 的存在提高 Cu的溶解速度和溶解度，提高合金的塑性。Zn 含量在 1%左右时，全部固溶在基体中，不形成可见的相组织。镁在铝中有很大的固溶度，共晶温度时达到 14.9%。而且镁原子半径比铝大 1

11、3%，镁大量溶入α固溶体后，就使α固溶体的晶格产生较大的畸变，因此有很高的固溶强化作用。用 Zn 来代替部分 Mg，削减镁量，可降低淬火后自然时效和β相析出长大的倾向，也削减了铝液的氧化和吸气，加入 Zn 后，由于锌能同时溶于α和β中，形成 T（Al 2 Mg 3 Zn 3 ）相，抑制了镁原子的扩散和自然时效过程。锌含量增加，强度上升，塑性下降 1,4 。2.1.2 微量 合金化 元素加入 Cu 和 Mn 可以改善 Al 合金的抗蚀性，对机械性能也略有提高。铜元素还可以增加合金的高温性能。Mn 还可以与含铁相结合，改善含铁相的形态，减轻其

12、对合金机械性能的不利影响。Ti 与铝形成的 TiAl 3 能作为外来晶核细化晶粒，提高抗拉强度与伸长率，减轻缩松和热裂倾向，降低壁厚效应。而且 Ti 与 B 以合金形式加入，B 剧烈的促进了 Ti 的细化作用。最终确定的合金化元素为：以 Mg、Zn 作为主合金化元素；Ni、Ti、B、Mn作为微合金化元素。2.1.3 原料的选择在试验室条件允许、确保试验精确性、保证合金中较低杂质元素的状况下。选用的原料为：工业纯铝、工业纯镁、工业纯锌、工业纯单晶硅、Al-Ti-B 合金（Ti=4%，B=1%）、Al-Ni 合金（Ni=10%）、Al-Cu 合金（Cu=50%）、Al-Mn 合金（Mn=10%）。

13、2.2 2 合金的熔炼和成型 2.2.1 合金的熔炼试验采纳试验室井式电阻炉进行合金的熔炼。熔 Al 温度为 710，待纯铝完全熔化。添加 Si、Al-Cu 合金，升温 20，用石墨棒搅拌待全部熔清后。添加Al-Mn 合金、Al-Ti-B、Al-Ni 合金，用石墨棒搅拌待全部熔清后调温至 720740。加入总炉料量 0.71%的 C 2 Cl 6 进行精炼（C 2 Cl 6 与 Mg 反应，适当提升 Mg 的用量），用钟罩压入液面下距离坩埚底 3cm 处水平缓动 58min，用扒渣勺扒渣后静置 10min。降温至 680700加入 Mg、Zn，待全部溶解后静置 5min 使各元素充分互溶。升温

14、至 715左右时加入总炉料量 1%的磷盐变质剂变质，静置 30min后升温至 720移出坩埚，静置 25s 用扒渣勺扒渣后打算浇注。总的熔炼工艺流程图为： Si Al-Cu 合金 710 融 化 纯Al Al-Mn Al-Ti-B Al-Ni 升 温20 C 2 Cl 6 精 炼 除气 调温扒渣静置调温2.2.2 材料的成型试样采纳试验室供应的拉伸试样铸造模板进行砂型铸造。在制备铸造合金时，在其浇注温度静置扒渣，去除氧化皮和熔渣。浇注后室温冷却，随后落砂、清理试样。3 2.3 合金的热处理工艺 该合金为多元化和金，合金中存在的主要相为α（Al）、β（Mg 2 Al 3 ）

15、、θ（CuAl 2 ）、S（Al 2 CuMg）、Q（Al 5 Mg 8 Cu 2 Si 6 ），加入 Mn 元素后形成 Al 10 Mn 2 Si、Al 6 Mn、α-Al 15 (MnFe) 3 Si 2 等相。对合金进行热处理的主要目的是使β、T、S、Q 等相固溶于α（Al）基体中，以达到固溶强化的目的 4 。详细的热处理工艺为：室温（25）425，20 /min ； 425500，15 /min ；到温后 500±5保温 10h，淬 40水； 180±5，保温 3.5h，空冷。4 2.4 合金的性能测试 本文主要

16、从铝合金材料的室温下抗拉强度σ b 、延长率δ两个方面探讨材料的力学性能。拉伸试验：拉伸试验根据国家标准 GB228-87金属拉伸试验方法在万能试验机上进行，试验条件：试棒标称直径φ8mm，实际铸后直径φ7.6mm。原始标称标距长40mm，实际量取标距长 38mm。 3 3合金成分设计与细化 的探讨 目前，对铝合金的开发探讨主要集中在合金成分设计、材料先进制备技术、热处理工艺、材料组织限制技术、成型加工技术和装备等探讨方面。其中，合金设计是重要探讨内容之一，因为好的合金设计可以有效地改进铝合金力学性能和铸造性能、获得高强度铝合金。铝及其合金在铸造条件下简

17、单形成粗大的晶粒组织，要实现其广泛应用，必需改善其铸态组织，进而提升性能。目前普遍的做法是在铸造阶段进行晶粒细化。晶粒细化是提高材料强度和塑性，改善铸件质量的重要途径，是近期国际上对传统材料升级和创建新型合金的三大工艺手段之一。因此，可运用不同的晶粒细化方法来获得细小的晶粒，以提高铸造铝合金的综合性能。3.1 1 合金的 成分设计 参照 ZL107 以及美国专利合金牌号 K.O-1 铸造铝合金，以 Mg、Zn 为主加元素，并添加微量元素，开展对铸造 Al-Cu-Si 合金的探讨。3.1.1 合金的主合金化元素镁在铝中有很大的固溶度，共晶温度时达到 14.9%。而且镁原子半径比铝大13%，镁大量

18、溶入α固溶体后，就使α固溶体的晶格产生较大的畸变，因此有很高的固溶强化作用。随着镁量的增加，合金的机械性能也增加，流淌性也会增加。镁量大于 12%时，在通常的热处理条件下，β相不能完全溶于α，使其机械性能大大下降；并且合金液面的氧化膜变疏松，在熔铸时易氧化，也易与水汽反应，须要特地的防护。用 Zn 来代替部分 Mg，削减镁量，可降低淬火后自然时效和β相析出长大的倾向，也削减了铝液的氧化和吸气；加入 Zn 量大于 1%后，由于锌能同时溶于α和β中，形成 T（A1 2 Mg 3 Zn 3 ）相，抑制了镁原子的扩散和自然时

19、效过程。锌含量增加，强度上升，塑性下降。合金中 Zn 含量大于 Mg 含量时，易形成很大的内应力，促进晶间应力腐蚀，因而易产生晶间裂纹而导致断裂隐患。从热处理方面考虑，Zn 和 Mg 含量的总量不能大于 12%，否则会对热处理产生有害的影响。本文选取镁含量 0.2%，以削减脆性相β（Mg 2 Al 3 ）的出现，并减轻熔炼过程中的氧化吸气现象，同时添加 1%的锌元素，以弥补镁含量削减带来的强度上的损害，以获得较高的抗拉强度。还可以抑制镁原子的扩散，并提高抗应力腐蚀的实力 2,5 。3.1.2 合金的微量元素加入铜和锰可以改善 Al-Si 合金的抗蚀性，对机械性能也略有提高。一般加入

20、0.61.2%的 Mn 和 34%的 Cu。铜、锰量接近上限时困难零件在淬火时易产生微裂纹，故应取下限旁边。铜元素可以增加合金的高温性能，锰还可以与含铁相结合，改善含铁相的形态，减轻其对合金机械性能的不利影响。钛与铝形成的TiAl 3 能作为外来晶核细化晶粒，提高抗拉强度与伸长率，减轻缩松和热裂倾向，降低壁厚效应。最终确定的合金成分如下表： 2 3.2 合金的晶粒细化探讨 依据晶粒细化的定义，晶粒细化方法可概括为内生形核质点法和外来形核质点法。内生形核法是通过肯定的手段，如电磁作用、超声波振动等，变更合金内晶核的数量或阻碍晶体的形核和长大来实现晶粒细化。外来形核质点法即通过向铝熔体中加入 Al

21、-Ti(-B)等中间合金晶粒细化剂，产生大量的有效异质形核核心，提高晶体的形核率，从而细化晶粒。本文主要从本试验选用加入中间合金晶粒细化剂的方法进行论述。 铝晶粒细化剂的发展大约从 20 世纪 40 年头起先，每十年为一个阶段。40年头：Ti、B、Zr、Nb 盐熔剂；50 年头：Ti、B 盐块剂；60 年头：Al-Ti 块锭(10%Ti)和 Al-Ti-B 块锭 （ Ti / B 为4 / 1 ）；70 年头：Al-Ti-B 线材（ Ti / B 为 4 / 1 ）；80 年头：Al-Ti-B线材（ Ti / B 为4 / 1 、 5 / 1 、 3 / 1 、 25 / 1 等 ）；90 年

22、头后：新一代晶粒细化剂，以 Al-Ti-C和 A-Ti-B-RE 为代表。3.2.1 盐类细化剂20 世纪四五十年头，运用的晶粒细化剂以盐类为主。此产品具有肯定的细化实力，但细化效果不匀称，细化衰退特别明显，工艺参数难以限制，Ti 和 B利用率很低，对环境、炉体腐蚀严峻，而且简单吸湿不易保存。目前该方法已基本被淘汰。3.2.2 Al-Ti 中间合金Si Cu Mg Zn Mn Ti B Ni Al7% 3.5% 0.2% 1% 0.8% 0.1% 0.025% 0.25% 余量60 年头，由于无芯感应炉的运用，中间合金工业得到了迅猛发展。最早开发的是 Al-Ti 二元合金，该细化剂的细化实力比

23、 KTiF4 有了明显提高，而且 Ai-Ti二元中间合金价格便宜、贮藏和运输都特别便利，运用简洁。但是 Al-Ti 二元合金的一个最大缺点是晶粒细化的长效性和稳定性特别差。3.2.3 Al-Ti-B 中间合金后来人们发觉 Al-Ti 合金中引入 B 可以增加细化实力，而且稳定性和长效性也大大提高，从而诞生了 Al-Ti-B 中间合金锭材。Al-Ti-B 以块状形式加入到铝熔体中，能起到很好的细化效果，但由于合金中其次相粒子（TiAl 3 和 TiB 2 等）的密度比铝大，在静置过程中会产生聚集沉淀，使细化效果衰退，一般 56h 后失效。70 年头到 80 年头，晶粒细化剂供应工业针对不同的铝合

24、金开发了多种细化剂，其中不断变更Ti / B比成为一个重要的探讨方向，其中最常用的仍旧是Al5Ti1B。3.2.2 新型中间合金细化剂运用优质的 Al-Ti-B 细化剂可以取得志向的细化效果，但其内部 TiB 2 简单聚集、沉淀，同时 Cr、Zr、Mn 等杂质元素还会与 Ti 反应导致中毒现象。90 年头后，人们开发了一些新型细化剂，其中有代表性的是 Al-Ti-C、Al-Ti-B-RE。探讨发觉，稀土可以变更 Al-Ti-B 中的 TiB 2 、TiAl 3 粒子的形态和分布，还能细化TiAl 3 粒子的尺寸，从而增加异质晶核数目，提高细化效果。结果表明，Al-Ti-B-RE比 Al-Ti-

25、B 的细化效果好，长效性强。另外 RE 具有变质、精练、净化、除气等作用，可以提高铝合金综合机械性能。Al-Ti-B-RE 很好地解决了 TiB 2 聚集、沉淀和细化剂中毒的问题，是一种很有前景的细化剂 2,6 。 4 4合金试样的制备 制备高质量的合金试样是得到真实牢靠的材料性能测试数据的前提。合金试 样的制备过程是得到优质合金试样的关键步骤之一。1 4.1 合金的铸造阶段 本文中，合金试样采纳砂型铸造方法制备。铸造过程中常出现的铸造缺陷有夹渣、缩孔、缩松等。本文依据合金的性质，采纳适当的铸造工艺和铸造方法，获得含有尽量少铸造缺陷，如缩孔、缩松、夹渣等高质量的铸件。4.1.1 熔炼用协助材料

26、（ （1）精炼剂 本文中探讨的精炼方法为六氯乙烷精炼法。六氯乙烷精炼剂的特点显著，如：不吸潮、无需重熔、腐蚀性好，易于保存、可广泛代替氯盐精炼剂，广泛应用与Al-Cu 类、Al-Si 类合金的精炼等。一般采纳的精炼方法为：在含有 Mg 元素的炉料中取用量为炉料的0.50.7%，处理温度为 720740；不含有 Mg 元素的炉料中取用量为炉料的0.30.4%，处理温度为 700720。将全部除气精炼剂加入钟罩后压入铝液，距离坩埚底 35cm 处水平缓动 811min，精炼后去除熔渣静置 1012min。（ （2 ）变质剂 本文所选用的变质方法为磷盐变质剂变质法。磷盐变质剂的优点为：处理过的活塞室

27、温抗拉强度比钠盐变质剂处理的提高近 20%，膨胀系数低，尺寸稳定性好，有较高的导热性、耐磨性、耐蚀性，铸件加工简单，表面光滑度高，有长效性和重熔性，有效变质时间长达 8 小时，处理后的合金再进行精炼处理，不但不会使变质效果衰退，反而会使初晶硅分布更加匀称，铸造流淌性好，大大削减了铸件的缩松、缩孔倾向，提高活塞成品率，熔解汲取快，在变质时基本无烟、无味、无毒、不易吸气、不粘坩埚和工具，操作便利，存放及运输便利、平安。磷盐变质剂的变质实质是在固、液相界面前沿的富集或吸附在富铁和共晶相表面阻碍其生长从而变更合金中 Fe、Si 相的形貌。本试验采纳的变质工艺为：750时加入总炉料量的 1%，静置 30

28、min，调温至浇注温度。4.1.2 中间合金和预制合金锭（ （1 ）Al 基中间合金的化学成分 Al-Cu 中间合金：Cu4852%，Si0.04%，Fe0.08%，Mg0.05%，其他总量 0.15 Al-Mn 中间合金：Mn911%，Si0.04%，Fe0.08%，Mg0.05%，其他总量 0.15 Al-Ni 中间合金：Ni911%，Si0.2%，Fe0.3%，Pb0.1% Al-Ti-B 中间合金：Ti35%，Si0.12%，B0.61.2%，Fe0.08%，Mg0.05%，其他总量 0.15 （ （2）铸铝锭的技术要求 1 预制合金锭的每块重量相差应在 10%以内。2 合金锭表面应整

29、齐、无油污、无腐蚀、无熔渣及非金属夹杂物。3 合金锭断口组织应致密，无严峻偏析、缩孔、熔渣及非金属夹杂物。4 针孔按 HB963-82铝合金铸件技术标准的针孔低倍图片验收、整个铸锭横截面应不超过三级。针孔低倍组织从距离铸锭浇口一端的2 / 3处取样经行检测。5 对于高纯度铸铝合金锭及特别质量要求的合金锭应有气体含量的检测 5 。4.1.3 熔炼 用材计算和打算（ （1）铸铝的配料计算 1 确定熔炼要求、合金牌号、所需合金液重量、所用的炉料； 1 熔制自定牌号铝合金 500g，依据详细状况选定的配料成分为：Si7%；Cu3.5%；Mg0.2%；Zn1%；Mn0.8%；Ti0.1%；B0.025%

30、；Ni0.25%；Al87.125%，杂质从略。炉料：中间合金、各种新金属等。2 确定各元素的烧损量； 2 各元素的烧损量：E Si 1%；E Cu 1%；E Mg （20+2.5%）；E Zn 12.5%；E Mn 0.5%；E Ti 1.5%；E Ni 0.75%；E Al 1.5%。3 计算包括烧损在内的 100kg 炉料内各元素的须要量 Q；3 100kg 炉料中，各元素的须要量 Q=Q Si =7.071kg；Q Cu =3.535kg；Q Mg =0.258kg；Q Zn =1.143kg；Q Mn =0.804kg；Q Ti =0.102kg；Q Ni =0.252kg；Q Al

31、 =88.452kg。4 依据熔制合金的详细重量 W，计算各元素须要量 A；4 熔制 500g 合金实际所需的各元素量（W=0.5kg）A= Ea- 1200 100QQW= A Si =35.354g ； A Cu =17.677g ； A Mg =1.290g ； A Zn =5.714g ； A Mn =4.020g ；A Ti =0.508g；A Ni =1.259g；A Al =442.259g。5 计算中间合金重量 D； 5 计算相应于新加元素量的中间合金量 D：Al-D Cu =35.354g；Al-D Mn =40.2g；Al-D Ti =12.7g；Al-D Ni =12.5

32、9g。中间合金带入的 Al 量：Al Al-Cu =17.677g；Al Al-Mn =36.18g；Al Al-Ti-B =12.065g；Al Al-Ni =11.331g。6 计算应补加入的 Al 量 Al c ； 6 Al c =442.259-17.677-36.18-12.065-11.331=365.006g （ （2）金属炉料的打算 配制合金用的金属炉料，必需在装炉前进行打算工作，以便保证合金的质量。金属炉料经过破裂、压断、切割后的块度应符合标准；金属炉料必需清洁，不得带有氧化物、泥沙、芯骨、油污、水分及其他杂质；金属炉料在装炉前必需进行预热，预热温度一般为 350450下保温

33、 24h。锌、镁及稀土混合金属在200250下保温 24h。2 4.2 合金的热处理阶段 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，限制加热速度升到某一相应温度下保温肯定的时间再以肯定的冷却速度冷却，以变更其合金的组织。其主要的目的是：提高力学性能，增加耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性等。4.2.1 热处理工艺的分类及状态（ （1）热处理工艺分类及原理 1 退火处理：将铝合金铸件加热到较高的温度，一般在 300左右，保温肯定的时间后，随炉冷却到室温的工艺。在此过程中，固溶体发生分解，其次相质点发生聚集，可以消退铸件的内应力，稳定铸件的尺寸，削减变形，增大铸件的塑性。2 固溶处理：将铝

34、合金铸件加热到尽可能高的温度，接近于共晶体的熔点，在该温度下保持足够长的时间，随后快速冷却，使强化组元在铝中最大限度的溶解，这种高温状态被固定保存到室温的工艺。可以提高铸件的强度和塑性，改善合金的耐侵蚀实力。固溶处理的效果取决于以下三个因素：（i）固溶处理温度。温度越高，强化元素溶解速度越快，数量也越多，强化效果就越好。一般加热温度上限低于金属起先过烧的温度，而加热温度下限要使强化相尽可能多的溶解在固溶体中。（ii）保温时间。是由强化元素的溶解速度来确定的，这一般取决于合金的种类、成分、组织和铸造方式及铸件的壁厚、形态。铸铝的保温时间要比变铝长，一般砂型铸造比金属型铸造保温时间要延长 2025

35、%。（iii）冷却速度。淬火时赐予的冷却速度越大，使固溶体自高温状态下保存的过饱和度也越大，从而使铸件获得高的力学性能，但同时形成的内应力也越大。3 时效处理：将固溶体处理后的铸件加热到某一温度保温肯定时间后出炉，在空气中缓慢冷却的工艺。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程，从而使合金基体的点阵复原到比较稳定的状体。时效处理分为三类：不完全人工时效、完全人工时效和过时效。4 循环处理：将铸件冷却到零下温度保温一段时间再加热到铸件的工作温度，这种多次冷却和加热的过程成为循环处理。目的是，由于多次的加热和冷却引起的固溶体点阵的收缩和膨胀，使各相的晶粒发生了少许的位移，使其次相质点处于更加稳定的

36、状态，从而提高铸件尺寸的稳定性，只用于精密零件 5,7,8 。（2 2 ）热处理状态的符号和意义T1：未经固溶处理的人工时效，提高硬度改善机械加工性能以得到粗糙度低的加工表面。T2：退火，用于消退铸件的内应力，消退机械加工引起的加工硬化提高尺寸稳定性及增加合金的塑性。T4：固溶处理，提高合金的力学性能，提高强度和硬度，以获得最高的塑性和良好的抗腐蚀实力。T5：固溶处理加不完全人工时效，用来获得足够高的强度并保持足够的塑性但抗腐蚀性下降，特殊是晶间腐蚀倾向增加。T6：固溶处理加完全人工时效，获得最高的强度但塑性和抗蚀实力下降。T7：固溶处理和稳定化回火，用来提高铸件的尺寸稳定性和抗蚀实力，特殊是抗应力腐蚀实力，合金还能保持较好的力学性能。T8：固溶处理和软化回火，用来获得尺寸稳定性铸件，提高合金的塑性但强度降低。T9：循环处理，为了使铸件的尺寸更加稳定。综上所述：针对本试验应当选用的热处理状态为 T6。4.2.2 热处理用设备 及工艺铝合金铸件的固溶处理温度接近于低熔点共晶成分的熔点，要求固溶处理和时效处理的温度波动范围窄一般为±5，所以对热处理用设备有肯定要求：热处理炉易于达到精确的工作温度并且调温便利；炉内应安装有强制循环空气的风扇；工作室内应设置有使铸件和加热元件分开的装置等