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1、铝合金热处理工艺研究1前言摘要：研究了固溶时间、淬火停留时间及涂装烘烤工艺对 A356 合金铸造轮毂性能的影响规律并优化了 T6 热处理工艺,将淬火停留时间缩短到 2h。 研究表 明:未涂装时优化工艺使合金抗拉强度达到 240MPa;屈服强度达到 181MPa;延伸 率达到 8%,涂装后抗拉强度达到 262MPa;屈服强度达到 179MPa;延伸率达到 9%, 接近并达到目前国内 T6 工艺的强度性能,超过了国内轮毂行业的强度性能标准, 具有一定的生产实际意义。 关键词: T6; 涂装烘烤; A356;淬火停留Cast Wheel CHAN Kuang 1, GUAN Shao-kang 1,
2、 HU Bao-jian 2, LIANG Yun-yong 3 (1.College of Materials Science and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450002, China; 2. Sanmenxia Die-cast wheel Ltd., Sanmenxia 472000, China; Chery Automobile Ltd. , Wuhu 241009, China) Abstract: The effect of solution treatment time 、quenching waiting t
3、ime and painting baking technology for properties of A356 cast wheel were studied and T6 technology was optimized, the quenching waiting time could be decreased from 6-8h to 2h. It was found that: the optimized technology could make the tensile strength reached to 240MPa; yield strength to 181MPa;th
4、e elongationg to 8% without painting technology. After painting, the tensile strength could be reached to 262MPa;the yield strength could be reached to 179MPa;the elongation to 9%。The result is closed or reaches the properties with T6 technology recently, exceeding the standard of properties of our
5、countrys standard of wheel industry, the result had some practical meaning.Keywords: T6； painting baking; A356；quenching waiting1.1 我国及国外铝加工技术装备发展趋势在当前市场竞争日趋激烈的情况下、国外的铝加工企业不断地按照资源、技术、资金和劳动力等生产要素趋向最佳配置,按照获得最大利润的原则进行结构调整、兼并组合,结果是更加国际化、集团化、专业化和大型化。工业发达国家的铝加工企业数量在不断减少，规模在不断扩大,专业化生产程度越来越高。它们投入巨资，采用大型、高速、
6、自动、精密、节能和环保为特征的先进工艺装备，提高劳动生产率和产品质量，赢得了竞争，其产品不仅满足了其国内需要,而且出口世界各地,经济效益显著。上述虽是国外情况，也是我国铝加工业的发展方向,工艺装备就是要适应这种趋势3。 铝合金热处理工艺研究2在国际市场上关于铝加工技术也在飞速的发展，目前，全世界汽车工业与铝工业都在讨论铝在汽车中的应用，一些大的汽车企业与铝企业在联手开发全铝汽车与汽车铝合金零部件，共同设计，共同研究铝合金零部件的制造工艺。铝业公司与汽车公司大协作为了开发铝及铝合金在汽车工业中的应用、协调铝企业与汽车制造公司之间的关系、加速原型车与原型零部件的制造与定型，全世界六个地区的九个铝业
7、协会或联合体于 1999 年秋组建了“全球铝业协作体(Global Aluminium Co-operation)”。该协作体的成立标志着铝在汽车工业中的应用进人了一个新的更高的阶段。在目前及未来的汽车设计制造中铝以挤压材、板材、铸件与复合材料的形式得到应用。这都是由于铝合金有高的强度/密度比值，优秀的装饰性能，好的成形性能与强的抗蚀性，以及高的回收再生性能。现在铝在汽车工业中的应用已达到铝工业向汽车制造厂提供成品零部件的时期。跨国铝业公司都先后组建了汽车产品开发部、建设了一些专门生产汽车零部件的工厂，如美国铝业公司(Alcoa)在其技术中心(Alcoa Center)成立了美铝汽车结构公司(
8、Alcoa Automotive Structures)，负责高性能汽车车身结构设计与制造，从零部件的设计、加工一直到组装成汽车车体。美国铝业公司还有近 20 个专门生产汽车零配件的工厂，如：设在德国索斯特州埃斯林根市的美铝汽车结构公司(Alcoa Automotive Structures GmbH)；建在匈牙利斯泽克斯弗黑瓦市(Szekesfeher var)的美铝欧洲轮毅产品公司(Alcoa Wheel ProductsEurope)，专门锻造公共汽车与卡车铝合金轮毅，产品除满足欧洲市场需求外，还出口到澳大利亚与巴西等国，梅塞德斯奔驰、沃尔沃与斯卡尼亚公司(Mercedes-Benz,
9、Volvo and Scama)等生产的公共汽车都已用上该厂的重型轮毅4。我国铝合金工业市场需求潜力巨大。由于我国正处在工业化的中期阶段，目前铝合金型材主要消费领域为建筑行业，工业铝合金型材消费占全部铝合金型材消费比例远远低于发达国家。随着中国工业化进程的推进，交通、电子等行业对于铝合金型材需求必定呈上升的趋势，在铝合金型材的消费结构中，工业铝合金型材消费的比例必定会不断上升。目前，汽车工业已成为中国的支柱产业，尤其在 2000 年以后，中国汽车工业已进入快车道，并已成世界汽车生产大国和世界上最有潜力的消费市场。轻量化是汽车工业节能减排的重要手段而轻量化必然导致铝合金在汽车上的大量应用。另外，
10、尽管近年来铝合金门窗在低档次产品的冲击下，市场表现疲软，但未来在房地产业发展的带动下，因铝合金门窗的耐腐蚀性、变形量小、防火性强、使用寿命长、环保节能等特性，决定其仍是今后市场上的主流。1.2.金属铝的性质及用途铝合金热处理工艺研究3铝是有色金属中最常见的金属，铝的世界年产量比所有除铝以外的有色金 属总和还要多。纯铝具有优良的导电和导热性能，表面有一薄层几乎透明而致 密的氧化膜保护，表面有光泽，在大气淡水及氧化性酸类介质中有良好的耐腐 蚀性。纯铝是电工器材中的重要原材料。1.2.1 工业上使用的纯铝，一般指起纯度为 9999.99。纯铝具有下述性能特点：（1）纯铝的密度较小（约 2.7g/ ）
11、；熔点为 660；具有面心立方晶格；无同素异晶转变，故铝合金的热处理原理和钢不同。（2）纯铝的导电性和导热性很强，仅次于银、铜、金。在室温下，铝的导能力为铜的 62,但按单位质量导电能力计算,则铝的导电能力约为铜的200。（3）纯铝是无磁性、无火花材料，而且反射性能好，既可反射可见光，也可反射紫外线。（4）纯铝的强度很低，但塑性很高。通过加工硬化，可使纯铝的硬度提高150200 兆帕，但塑性下降 5060。（5）在空气中，铝的表面可生成致密的氧化膜，可隔绝空气，故在大气中具有良好的耐腐蚀性。但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀1。1.2.2 工业纯铝的主要用途：（1）代替贵重的铜合金制作导线，配制各种铝
12、合金。（2）制作要求轻质、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具2 铝合金的分类及热处理原理2.12.1、铝合金的分类、铝合金的分类2.1.1 按铝合金的特性与用途分为：防锈铝，硬铝，超硬铝,特殊铝,锻铝. 2.1.2 铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金（1）不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。铝合金热处理工艺研究4（2）可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能.应
13、力腐蚀裂倾向，可阳极氧化。适合作建筑装饰型材及各种需要良好耐蚀性要求的结构件、工业材。图表进行比较合金名称合金系性能特点示例简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102Al-Si-MgZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110特殊铝硅合金Al-Si-Mg-Cu-Ni铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铸造铝合金铝稀土铸造合金Al-Re耐热性能好Al-Mn
14、3A21不能热处理强化铝合金防锈铝Al-Mg抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低5A05硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn室温强度最高7A04,7A09Al-Mg-Si-Cu2A14,2A50变形铝合金可热处理强化铝合金锻铝Al-Cu-Mg-Fe-Ni锻造性能好耐热性能好2A70,2A802.1.3 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。2.22.2 铝合金热处理原理铝合金热处理原理铝合金热处理工艺研究52.2.1 热处理原理铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定速度
15、冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。2.2.2 铝合金热处理特点对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如 46 昼夜后） ，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如 100200）内发生，称人工时效。2.32.3 铝合金的强化铝合金的强化2.3.1
16、 固溶强化纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。AlCu、AlMg、AlSi、AlZn、AlMn等二元合金一般都能形成有限固溶体，并且均有较大的极限溶解度，因此具有较大的固溶强化效果。2.3.2 时效强化合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果
