鋁合金鑄件熱處理操作規程

更新時間：2010-01-06

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鋁合金鑄件熱處理操作規程

1 定義及其目的

熱處理就是選用某一熱處理規范，控制加熱速度，升到某一相應溫度下保溫一定時間以一定的速度冷卻，改變其合金組織。其主要目的是：提高力學性能，增強耐腐性能，改善加工性能，獲得尺寸的穩定性。

2 熱處理工藝分類

2．1 退火：

2．1．1 定義：退火就是將鋁合金鑄件加熱到較高溫度（一般300℃左右），保溫一定時間，隨爐冷卻到室溫的工藝。

2．1．2 目的：消除內應力，穩定尺寸，減少變形，增大塑性。

2．2 固溶處理：

2．2．1 定義：固溶處理就是把鑄件加熱到盡可能高的溫度（接近于共晶的熔點），在該溫度下保持足夠長的時間，并隨后快速冷卻。

2．2．2 目的：提高鑄件的強度和塑性，改善合金的耐腐蝕性能。

2．3 時效處理：

2．3．1 定義：時效處理就是將鑄件加熱到某一溫度，保溫一定時間后出爐，在空氣中緩慢冷卻到室溫的工藝。

2．3．2 分類：

2．3．2．1 不*人工時效：它是采用比較低的時效溫度或較短的保溫時間，目的是為了獲得優良的綜合力學性能，即比較高的強度，良好的塑性和韌性。

2．3．2．2 *人工時效：它是采用較高的時效溫度和較長的保溫時間。目的：獲得zui大的硬度，即得到zui高的抗拉強度。

2．3．2．3 過時效：它是加熱到更高溫度下進行。目的：得到好的抗應力腐蝕性能或比較穩定的組織和幾何尺寸。

3 熱處理狀態代號及意義參見下表：

表1 熱處理狀態代號、名稱及特點

代號	熱處理狀態名稱	目的
T1	人工時效	提高硬度，改善加工性能，提高ZL104、ZL105等合金的強度。
T2	退火	消除內應力，消除機加工引起的加工硬化，提高尺寸穩定性及增加合金的塑性。
T4	固溶處理	提高強度和硬度，獲得zui高的塑性及良好的抗蝕性能。
T5	固溶處理+ 不*人工時效	用以獲得足夠高的強度，并保持有高的塑性，但抗蝕性下降。
T6	固溶處理+*人工時效	用以獲得zui高的強度，但塑性及抗蝕性降低。
T7	固溶處理+穩定化回火	提高尺寸穩定性和抗蝕性，保持較高的力學性能。
T8	固溶處理和軟化回火	獲得尺寸的穩定性，提高塑性，但強度降低。

4 熱處理工藝參數參見表2：

表2 常用鋁合金（鋁硅系）熱處理規范

合金代號	狀態	鑄件壁厚mm	固溶處理				人工時效
合金代號	狀態	鑄件壁厚mm	使用設備	保溫溫度（℃）	保溫時間（t）	冷卻介質及溫度（℃）	使用設備	保溫溫度（℃）	保溫時間（t）	冷卻介質
ZL101	T2		/	/	/	/	75型井式爐	300±10	2~4	空冷
	T5		1#75型井式爐	503±10	2~6	水20~100	75型井式爐	150±10	2~4	空冷
	T5		2#75型井式爐	510±10	2~6	水20~100	箱式回火爐	150±10	2~4	空冷
	T6		1#75型井式爐	503±10	2~6	水20~100	75型井式爐	163±10	3~5	空冷
	T6		2#75型井式爐	510±10	2~6	水20~100	箱式回火爐	175±10	3~5	空冷
ZL102	T2		/	/	/	/		300±10	2~4	空冷
ZL104	T1		/	/	/	/	75型井式爐	163±10	5~10	空冷
	T1		/	/	/	/	箱式回火爐	175±10	5~10	空冷
	T6		1#75型井式爐	478±10	2~6	水20~100	75型井式爐	163±10	5~10	空冷
	T6		2#75型井式爐	473±10	2~6	水20~100	箱式回火爐	175±10	5~10	空冷
ZL107	T5	≤10	1#75型井式爐	458±10	6~8	水20~100	75型井式爐	160±10	6~8	空冷
	T5	≤10	2#75型井式爐	465±10	6~8	水20~100	箱式回火爐	175±10	6~8	空冷
	T5	>10	1#75型井式爐	465±10	6~8	水20~100	75型井式爐	160±10	6~8	空冷
	T5	>10	2#75型井式爐	472±10	6~8	水20~100	箱式回火爐	175±10	6~8	空冷
	T6	≤10	1#75型井式爐	458±10	6~10	水20~100	75型井式爐	160±10	6~8	空冷
	T6	≤10	2#75型井式爐	450±10	6~10	水20~100	箱式回火爐	175±10	6~10	空冷
	T6	>10	1#75型井式爐	465±10	6~10	水20~100	75型井式爐	160±10	6~10	空冷
	T6	>10	2#75型井式爐	460±10	6~10	水20~100	箱式回火爐	175±10	6~10	空冷
ZL111	T1		/	/	/	/		175±10	5~10	空冷
	T6		1#75型井式爐	490±10 500±10	2~4 2~4	/ 水60~100		/ 175±10	/ 3~5	/ 空冷
	T6		2#75型井式爐	490±10 500±10	2~4 2~4	/ 水60~100		/ 175±10	/ 3~5	/ 空冷
CF105002	T1		/	/	/	/		175±

5 熱處理操作要點：
5．1 熱處理用爐的準備：
5．1．1 檢查熱處理用爐及輔助設備。如供電系統、空氣循環用風扇，自控儀表及熱電偶插放位置是否正常、合格。
5．1．2 檢查在正常工作條件下，爐膛各處溫差是否在規定范圍（±5℃）內。
5．1．3 起重設備是否正常、可靠。
5．2 裝爐：
5．2．1 待處理的鑄件應按合號、外廓尺寸、鑄件壁厚及熱處理規范進行分類。
5．2．2 檢查鑄件質量的單鑄試棒，應與同爐澆注的鑄件同爐熱處理。
5．2．3 中小型鑄件用專門的框架組成一批，一起裝爐。大型鑄件應單個放在架上裝爐。
5．3 加熱及保溫：
5．3．1 送電加熱時，應同時開動風扇和控溫儀表。
5．3．2 加熱應當緩慢（一般為100℃/h）。對復雜鑄件，應在較低溫度下裝爐（300℃以下），并使加熱至淬火溫度的時間為2小時左右。
5．3．3 在保溫期間，應定時校正爐膛工作區域溫度。
5．3．4 由于某種原因造成中斷保溫，在短期不能恢復工作時，應將鑄件出爐淬火。在排除故障后，再次裝爐繼續升溫進行熱處理，其總的保溫時間應稍許延長。
5．4 出爐冷卻：
5．4．1 保溫結束后，用吊車或其它裝置將鑄件迅速出爐，淬入規定冷卻介質中冷卻。
5．4．2 淬火轉移時間是指從鑄件吊起到鑄件全部淬入介質中，總的時間不超過15S。
5．5 鑄件變形的校正：
5．5．1 鑄件變形應在淬火后立即校正，矯正模具和工具應在淬火前事先準備。
5．5．2 根據鑄件特點和變形情況選擇相應的矯正方法，矯正時用力不宜過猛，要緩慢均勻。
5．6 時效操作：
5．6．1 需進行人工時效的鑄件，應在淬火后盡快進行。
5．6．2 裝爐時，爐溫不得超過時效溫度。
5．6．3 將自動控溫儀表定溫，然后送電加熱，開動風扇。
5．6．4 保溫時間到后，斷開電源。
5．7 重復熱處理：當熱處理的鑄件力學性能不符合要求時，可進行重復熱處理，重復熱處理的保溫時間可酌情縮短，其次數不得超過兩次。
5．8 技術安全及其它：
5．8．1 進行熱處理操作時，操作者不得離開現場，切實注意觀察溫度和設備運轉情況，穿戴好防護用品，做好原始記錄。
5．8．2 在裝爐和出爐前，必須切斷電源。
6 熱處理質量檢查：
6．1 檢查方法及項目：
6．1．1 目視檢查：觀察工件的表面狀況，目的在于發現是否有共晶體的析出物引起的表面起泡、氧化變黑以及翹曲變形和裂紋等。
6．1．2 尺寸檢查：檢查鑄件的變形程度，尺寸是否符合規定的精度等級。
6．1．3 熒光檢查：表面裂紋、鑄造缺陷：氣孔、縮孔、夾渣和疏松等。
6．1．4 力學性能檢查：檢查單鑄試棒或鑄件本體的抗拉強度、伸長率或硬度是否符合技術標準 >標準要求。
6．1．5 金相檢查：取試樣，檢查是否過燒和強化相是否溶解*等。
6．2 熱處理缺陷及消除方法：
6．2．1 熱處理缺陷分類：力學性能不合格、淬火不均勻、變形、裂紋及過燒。
6．2．2 熱處理缺陷產生的原因及消除方法見表4：

表4 熱處理缺陷及其消除方法

缺陷類型	形成原因	消除方法
力學性能不合格：表現為退火狀態δ5偏低；固溶處理狀態бb和δ5不合格；時效后的бb和δ5不合格。	1.鑄件退火時，退火溫度偏低或保溫時間不足，或冷卻速度太快； 2.固溶處理時，溫度過低或保溫時間不夠或淬火轉移時間過長或淬火水溫過高； 3.不人工時效和人工時效溫度偏高或時間過長而造成бb高而δ5不合格，溫度低而時間短使бb低而δ5偏高； 4.合金化學成分的偏差，如主要成分偏上限。	1.再次退火，提高溫度，或者延長保溫時間，或嚴格隨爐冷卻； 2.將固溶溫度提高到上限范圍，或延長保溫時間，盡量縮短淬火轉移時間，或在保證淬火不變形不開裂的情況下降低淬火水溫，或更換淬火介質，用“CL-1”有機淬火介質； 3.再次固溶處理后調整時效的溫度和時間； 4.根據具體化學成分，重復熱處理時調整熱處理規范，并對下批鑄件調整化分成分。
淬火不均勻：表現在鑄件厚大部位拉伸性能低，硬度低，甚至不合格。	鑄件局部加熱和冷卻不均，如厚大部位和薄小的部位加熱和冷卻不一，厚、大部位熱透慢，冷卻慢。	1.重新進行熱處理，使厚大部位處于爐內的高溫區，或延長保溫時間； 2.使厚大部位先下水冷卻； 3.更換淬火介質，改用有機淬火介質。 4.鑄件上涂涂料，使得均勻加熱和冷卻。
變形：表現在熱處理及隨后的機械加工中鑄件出現的形狀和尺寸變化。	1.加熱速度過快； 2.冷卻太激烈； 3.壁厚差大； 4.裝料方法不當，下水方式不對。	1.降低升溫速度； 2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火； 3.壁厚或壁薄部位涂涂料； 4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向； 5.選擇zui合適的化學成分。
裂紋：表現在經熱處理后的鑄件上出現裂紋，或者肉眼可見，或者熒光檢驗發現。	1.加熱速度過快； 2.淬火冷卻太激烈； 3.壁厚差大； 4.裝料方法不對； 5.化學成分不正確，如ZL20合金Cd含量偏高。	1.降低升溫速度； 2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火； 3.壁厚或壁薄部位涂涂料； 4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向； 5.選擇zui合適的化學成分。
過燒：表現為鑄件局部熔化產生表面結瘤；力學性能,特別是δ5下降；金相組織中出現復熔物等。	1.低熔點雜質元素含量偏高，如Al-Cu系合金中的Si和Mg偏高； 2.不均勻地加熱和加熱過快，使工件局部加熱溫度超過過燒溫度； 3.工件區的溫度局部超過過燒溫度； 4.測量和控溫儀表失靈，使爐內溫度過高。	1.選用合格爐料； 2.選用合理的升溫速度； 3.分段加熱； 4.定期校測爐內各加熱區的溫度，使之不大于±5℃，個別偏高的部位不予裝料； 5.定期校正儀表，保證測溫和控溫準確無誤。