鑄造鋁合金熱處理質(zhì)量缺陷及其消除及預(yù)防

1、. 鑄造鋁合金熱處理質(zhì)量缺陷及其消除與預(yù)防鋁合金鑄件熱處理后常見的質(zhì)量問題有：力學(xué)性能不合格、變形、裂紋、過燒等缺陷，對其產(chǎn)生原因和消除與預(yù)防方法分述如下。1力學(xué)性能不合格通常表現(xiàn)為退火狀態(tài)伸長率5偏低，淬火或時(shí)效處理后強(qiáng)度和伸長率不合格。其形成的原因有多種：如退火溫度偏低、保溫時(shí)間缺乏，或冷卻速度太快；淬火溫度偏低、保溫時(shí)間不夠，或冷卻速度太慢淬火介質(zhì)溫度過高；不完全人工時(shí)效和完全人工時(shí)效溫度偏高，或保溫時(shí)間偏長；合金的化學(xué)成分出現(xiàn)偏差等。消除這種缺陷，可采取以下方法：再次退火，提高加熱溫度或延長保溫時(shí)間；提高淬火溫度或延長保溫時(shí)間，降低淬火介質(zhì)溫度；如再次淬火，則要調(diào)整其后的時(shí)效溫度和時(shí)間

2、；如成分出現(xiàn)偏差，則要根據(jù)具體的偏差元素、偏差量，改變或調(diào)整重復(fù)熱處理的工藝參數(shù)等。2變形與翹曲通常在熱處理后或隨后的機(jī)械加工過程中，反映出鑄件尺寸、形狀的變化。產(chǎn)生這種缺陷的原因是：加熱升溫速度或淬火冷卻速度太快太劇烈；淬火溫度太高；鑄件的設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理如兩連接壁的壁厚相差太大，框形構(gòu)造中加強(qiáng)筋太薄或太細(xì)??；淬火時(shí)工件下水方向不當(dāng)及裝料方法不當(dāng)?shù)?。消除與預(yù)防的方法是：降低升溫速度，提高淬火介質(zhì)溫度，或換成冷卻速度稍慢的淬火介質(zhì)，以防止合金產(chǎn)生剩余應(yīng)力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纖維等隔熱材料包覆薄壁部位；根據(jù)鑄件構(gòu)造、形狀選擇合理的下水方向或采用專用防變形的夾具；變形量不大的部位，則可

3、在淬火后立即予以矯正。3裂紋表現(xiàn)為淬火后的鑄件外表用肉眼可以看到明顯的裂紋，或通過熒光檢查肉眼看不見的微細(xì)裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。產(chǎn)生裂紋的原因是：加熱速度太快，淬火時(shí)冷卻太快淬火溫度過高或淬火介質(zhì)溫度過低，或淬火介質(zhì)冷卻速度太快；鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理兩連接壁壁厚差太大，框形件中間的加強(qiáng)筋太薄或太細(xì)?。谎b爐方法不當(dāng)或下水方向不對；爐溫不均勻，使鑄件溫度不均勻等。消除與預(yù)防的方法是：減慢升溫速度或采取等溫淬火工藝；提高淬火介質(zhì)溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質(zhì)；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包覆石棉等隔熱材料；采用專用防開裂的淬火夾具，并選擇正確的下水方向。4過燒表現(xiàn)為鑄件外表有結(jié)瘤，合

4、金的伸長率大大下降。產(chǎn)生過燒的原因是：合金中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素如Cd, Si, Sb等的含量過高；加熱不均勻或加熱太快；爐局部溫度超過合金的過燒溫度；測量和控制溫度的儀表失靈，使?fàn)t實(shí)際溫度超過儀表指示溫度值。消除與預(yù)防的方法是：嚴(yán)格控制低熔點(diǎn)合金元素的含量不超標(biāo)；以不超過3/min的速度緩慢升溫；檢查和控制爐各區(qū)溫度不超過5；定期檢查和校準(zhǔn)溫度測控儀表，確保儀表測溫、示溫、控溫準(zhǔn)確無誤。 (5) 外表腐蝕表現(xiàn)為在鑄件的外表出現(xiàn)斑紋或塊狀等，其色澤與鋁合金鑄件外表明顯不同。產(chǎn)生這種缺陷的原因是：硝鹽液中氯化物含量超標(biāo)0.5%而對鑄件外表尤其是疏松、縮孔處造成腐蝕；從硝鹽槽中取出后沒得到充分的清洗，

5、硝鹽粘附在鑄件外表尤其是窄縫隙、不通孔、通道中造成腐蝕；硝鹽液中混有酸或堿，或者鑄件放在濃酸或濃堿附近受到腐蝕等。消除與預(yù)防的方法是：盡量縮短鑄件從爐移到淬火槽中的時(shí)間；檢查硝鹽中氯化物的含量是否超標(biāo)，如超標(biāo)，則應(yīng)降低其含量，從硝鹽槽中加熱的鑄件應(yīng)立即用溫水或冷水沖洗干凈；檢查硝鹽中酸和堿的含量，如有酸或堿則應(yīng)中和或停頓使用；不要把鋁合金鑄件放在有濃酸或濃堿的附近。6淬火不均勻表現(xiàn)為鑄件的厚大部位特別是其部中心的伸長率和硬度偏低，薄壁部位特別是其表層的硬度偏高。產(chǎn)生這類缺陷的原因是：鑄件加熱和冷卻不均勻，厚大部位冷卻和傳熱較慢。消除與預(yù)防的方法是：重新進(jìn)展熱處理，降低升溫速度，延長保溫時(shí)間，使

6、厚薄部位溫度均勻一致；在薄壁部位涂敷保溫性的涂料或包覆石棉等隔熱性材料，盡量使鑄件各部位同時(shí)冷卻；使厚大部位先下水；換成有機(jī)淬火劑，降低冷卻速度。鋁合金的熱處理鑄造鋁合金的金相組織比變形鋁合金的金相組織粗大，因而在熱處理時(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長，一般都在2h以上，而后者保溫時(shí)間短，只要幾十分鐘。因?yàn)榻饘傩丸T件、低壓鑄造件鑄造鋁合金的金相組織比變形鋁合金的金相組織粗大，因而在熱處理時(shí)也有所不同。前者保溫時(shí)間長，一般都在2h以上，而后者保溫時(shí)間短，只要幾十分鐘。因?yàn)榻饘傩丸T件、低壓鑄造件、差壓鑄造件是在比擬大的冷卻速度和壓力下結(jié)晶凝固的，其結(jié)晶組織比石膏型、砂型鑄造的鑄件細(xì)很多，故其在熱處理時(shí)

7、的保溫也短很多。鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同點(diǎn)是壁厚不均勻，有異形面或通道等復(fù)雜構(gòu)造外形，為保證熱處理時(shí)不變形或開裂，有時(shí)還要設(shè)計(jì)專用夾具予以保護(hù)，并且淬火介質(zhì)的溫度也比變形鋁合金高，故一般多采用人工時(shí)效來縮短熱處理周期和提高鑄件的性能。一、熱處理的目的鋁合金鑄件熱處理的目的是提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能，穩(wěn)定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因?yàn)樵S多鑄態(tài)鋁合金的機(jī)械性能不能滿足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的鑄造鋁合金都要通過熱處理來進(jìn)一步提高鑄件的機(jī)械性能和其它使用性能，具體有以下幾個(gè)方面： 1消除由于鑄件構(gòu)造如璧厚不

8、均勻、轉(zhuǎn)接處厚大等原因使鑄件在結(jié)晶凝固時(shí)因冷卻速度不均勻所造成的應(yīng)力； 2提高合金的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，改善金相組織，保證合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3穩(wěn)定鑄件的組織和尺寸，防止和消除高溫相變而使體積發(fā)生變化； 4消除晶間和成分偏析，使組織均勻化。二、熱處理方法1、退火處理退火處理的作用是消除鑄件的鑄造應(yīng)力和機(jī)械加工引起的應(yīng)力，穩(wěn)定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的局部Si結(jié)晶球狀化，改善合金的塑性。其工藝是：將鋁合金鑄件加熱到280-300，保溫2-3h，隨爐冷卻到室溫，使固溶體慢慢發(fā)生分解，析出的第二質(zhì)點(diǎn)聚集，從而消除鑄件的應(yīng)力，到達(dá)穩(wěn)定尺寸、提高塑性、減少變形、翹曲的目

9、的。 2、淬火淬火是把鋁合金鑄件加熱到較高的溫度一般在接近于共晶體的熔點(diǎn)，多在500以上，保溫2h以上，使合金的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100的水中，使鑄件急冷，使強(qiáng)化組元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室溫。這種過程叫做淬火，也叫固溶處理或冷處理。3、時(shí)效處理時(shí)效處理，又稱低溫回火，是把經(jīng)過淬火的鋁合金鑄件加熱到*個(gè)溫度，保溫一定時(shí)間出爐空冷直至室溫，使過飽和的固溶體分解，讓合金基體組織穩(wěn)定的工藝過程。合金在時(shí)效處理過程中，隨溫度的上升和時(shí)間的延長，約經(jīng)過過飽和固溶體點(diǎn)陣原子的重新組合，生成溶質(zhì)原子富集區(qū)稱為G-P區(qū)和G-P區(qū)消失，第二相原子按一定規(guī)律偏聚并生成G-P區(qū)，之

10、后生成亞穩(wěn)定的第二相過渡相，大量的G-P區(qū)和少量的亞穩(wěn)定相結(jié)合以及亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相、第二相質(zhì)點(diǎn)聚集幾個(gè)階段。時(shí)效處理又分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩大類。自然時(shí)效是指時(shí)效強(qiáng)化在室溫下進(jìn)展的時(shí)效。人工時(shí)效又分為不完全人工時(shí)效、完全人工時(shí)效、過時(shí)效3種。 1不完全人工時(shí)效：把鑄件加熱到150-170，保溫3-5h，以獲得較好抗拉強(qiáng)度、良好的塑性和韌性，但抗蝕性較低的熱處理工藝； 2完全人工時(shí)效：把鑄件加熱到175-185，保溫5-24h，以獲得足夠的抗拉強(qiáng)度即最高的硬度但延伸率較低的熱處理工藝； 3過時(shí)效：把鑄件加熱到190-230，保溫4-9h，使強(qiáng)度有所下降，塑性有所提高，以獲得較好的抗應(yīng)力、抗

11、腐蝕能力的工藝，也稱穩(wěn)定化回火。 4、循環(huán)處理把鋁合金鑄件冷卻到零下*個(gè)溫度如-50、-70、-195并保溫一定時(shí)間，再把鑄件加熱到350以下，使合金中度固溶體點(diǎn)陣反復(fù)收縮和膨脹，并使各相的晶粒發(fā)生少量位移，以使這些固溶體結(jié)晶點(diǎn)陣的原子偏聚區(qū)和金屬間化合物的質(zhì)點(diǎn)處于更加穩(wěn)定的狀態(tài)，到達(dá)提高產(chǎn)品零件尺寸、體積更穩(wěn)定的目的。這種反復(fù)加熱冷卻的熱處理工藝叫循環(huán)處理。這種處理適合使用中要求很精細(xì)、尺寸很穩(wěn)定的零件如檢測儀器上的一些零件。一般鑄件均不作這種處理。 5、鑄造鋁合金熱處理狀態(tài)代號及含義代號合金狀態(tài)熱處理的作用或目的說明 T1 人工時(shí)效在金屬型或濕砂型鑄造的合金，因冷卻速度較快，已得到一定程度

12、的過飽和固溶體，即有局部淬火效果。再作人工時(shí)效，脫溶強(qiáng)化，則可提高硬度和機(jī)械強(qiáng)度，改善切削加工性。對提高Zl104、ZL105等合金的強(qiáng)度有效。 T2 退火主要作用在于消除鑄件的應(yīng)力鑄造應(yīng)力和機(jī)加工引起的應(yīng)力，穩(wěn)定鑄件尺寸，并使Al-Si系合金的Si晶體球狀化，提高其塑性。對Al-Si系合金效果比擬明顯，退火溫度280-300，保溫時(shí)間為2-4h。T4 固溶處理淬火加自然時(shí)效通過加熱保溫，使可溶相溶解，然后急冷，使大量強(qiáng)化相固溶在固溶體，獲得過飽和固溶體，以提高合金的硬度、強(qiáng)度及抗蝕性。對Al-Mg系合金為最終熱處理，對需人工時(shí)效的其它合金則是預(yù)備熱處理。T5 固溶處理淬火加不完全人工時(shí)效用來

13、得到較高的強(qiáng)度和塑性，但抗蝕性會有所下降，非但凡晶間腐蝕會有所增加。時(shí)效溫度低，保溫時(shí)間短，時(shí)效溫度約150-170，保溫時(shí)間為3-5h。 T6 固溶處理淬火加完全人工時(shí)效用來獲得最高的強(qiáng)度，但塑性和抗蝕性有所降低。在較高溫度和較長時(shí)間進(jìn)展。適用于要求高負(fù)荷的零件，時(shí)效溫度約175-185，保溫時(shí)間5h以上。 T7 固溶處理淬火加穩(wěn)定化回火用來穩(wěn)定鑄件尺寸和組織，提高抗腐蝕非但凡抗應(yīng)力腐蝕能力，并保持較高的力學(xué)性能。多在接近零件的工作溫度下進(jìn)展。適合300以下高溫工作的零件，回火溫度為190-230，保溫時(shí)間4-9h。T8 固溶處理淬火加軟化回火使固溶體充分分解，析出的強(qiáng)化相聚集并球狀化，以穩(wěn)

14、定鑄件尺寸，提高合金的塑性，但抗拉強(qiáng)度下降。適合要求高塑性的鑄件，回火溫度約230-330，保溫時(shí)間3-6h。 T9 循環(huán)處理用來進(jìn)一步穩(wěn)定鑄件的尺寸外形。其反復(fù)加熱和冷卻的溫度及循環(huán)次數(shù)要根據(jù)零件的工作條件和合金的性質(zhì)來決定。適合要求尺寸、外形很精細(xì)穩(wěn)定的零件。三、熱處理工藝1、鑄造鋁合金熱處理工藝參數(shù)2、熱處理操作技術(shù)要點(diǎn)1熱處理前應(yīng)檢查熱處理設(shè)備、輔助設(shè)備、儀表等是否合格和正常，爐膛各處的溫度差是否在規(guī)定的圍之5；2裝爐前應(yīng)吹砂或沖洗，應(yīng)無油污、臟物、泥土，合金牌號不應(yīng)相混；3形性狀易產(chǎn)生翹曲的鑄件應(yīng)放在專用的底盤或支架上，不容許有懸空的懸臂局部；4檢查鑄件性能的單鑄或附鑄試棒應(yīng)隨零件一

15、起同爐處理，以真實(shí)反映鑄件的性能；5在保溫期間應(yīng)隨時(shí)檢查、校正爐膛各處溫度，防止局部高溫或燒化；6在斷電后短時(shí)間不能恢復(fù)時(shí)，應(yīng)將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火，等恢復(fù)正常后，再裝爐、保暖和進(jìn)展熱處理；7在硝鹽槽中淬過火的鑄件，應(yīng)在淬火后立即用熱水沖洗，消除殘鹽，防止腐蝕；8發(fā)現(xiàn)淬火后鑄件變形，應(yīng)立即予以校正；9要時(shí)效處理的零件，應(yīng)在淬火后0.5h進(jìn)展時(shí)效處理；10如在熱處理后發(fā)現(xiàn)性能不合格，可重復(fù)進(jìn)展熱處理，但次數(shù)不得超過2次；11應(yīng)根據(jù)鑄件構(gòu)造外形、尺寸、合金特性等制定的熱處理工藝進(jìn)展熱處理。3、熱處理缺陷的產(chǎn)生原因和消除與預(yù)防方法缺陷名稱缺陷表現(xiàn)產(chǎn)生原因消除與預(yù)防方法力學(xué)性能不合格退火狀態(tài)5偏

16、低，淬火或時(shí)效處理后強(qiáng)度和延伸率不合格。退火溫度偏低或保溫時(shí)間缺乏，或冷卻太快；淬火溫度偏低或保溫時(shí)間不夠，或冷卻速度太慢淬火介質(zhì)溫度過高；不完全人工時(shí)效和完全人工時(shí)效溫度偏高，或保溫時(shí)間偏長，合金的化學(xué)成分出現(xiàn)偏差。再次退火，提高溫度或延長保溫時(shí)間；提高淬火溫度或延長保溫時(shí)間，降低淬火介質(zhì)溫度；如再次淬火，則要調(diào)整其后的時(shí)效溫度和時(shí)間；如成分出現(xiàn)偏差，則要根據(jù)具體的偏差元素、偏差量、改變或調(diào)整重復(fù)熱處理參數(shù)。變形、翹曲熱處理后，或之后的機(jī)械加工中反映出來的鑄件的尺寸、外形變化。加熱速度或淬火冷卻速度太快太劇烈；淬火溫度太高；鑄件的設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理如兩連接壁的壁厚相差太大，框形構(gòu)造中加強(qiáng)筋太薄或

17、太細(xì)?。淮慊饡r(shí)工件下水方向不當(dāng)及裝料方法不當(dāng)。降低升溫速度，提高淬火介質(zhì)溫度，或換成冷卻速度稍慢的淬火介質(zhì)以防止合金產(chǎn)生剩余應(yīng)力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纖維等隔熱材料包覆薄壁部位；根據(jù)鑄件構(gòu)造、外形選擇合理的下水方向或采用專用防變形的夾具；變形量不大的部位，則可在淬火后立即予以矯正。裂紋淬火后的鑄件外表用肉眼可以看到的明顯的裂紋或通過熒光檢查肉眼看不到的微細(xì)裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。加熱速度太快，淬火時(shí)冷卻太快淬火溫度過高或淬火介質(zhì)溫度過低，或淬火介質(zhì)速度太快；鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理兩連接壁壁厚差太大，框形件中間的加強(qiáng)筋太薄或太細(xì)小；裝爐方法不當(dāng)或下水方向不對；爐溫不均勻，使鑄件溫

18、度不均勻。減慢升溫速度或采取等溫淬火工藝；提高淬火介質(zhì)溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質(zhì)；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包復(fù)石棉等隔熱材料；采用專用防開裂的淬火夾具，并選擇正確的下水方向。過燒鑄件外表有結(jié)瘤，合金的延伸率大大下降。合金中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素如Cd、Si、Sb等的含量過高；加熱不均勻或加熱太快；爐局部溫度超過合金的過燒溫度；測量和控制溫度的儀表失靈，使?fàn)t實(shí)際溫度超過儀表指示溫度值。嚴(yán)格控制低熔點(diǎn)合金元素的含量不超標(biāo)；以不超過3/min的速度緩慢升溫；檢查和控制爐各區(qū)溫度不超過5；定期檢查或校準(zhǔn)測控儀表，確保儀表測溫、示溫、控溫準(zhǔn)確無誤。外表腐蝕鑄件的外表出現(xiàn)斑紋或塊狀等與鋁合金鑄件

19、外表的不同色澤。硝鹽液中氯化物含量超標(biāo)0.5%而對鑄件外表尤其是疏松、縮孔處造成腐蝕；從硝鹽槽中取出后沒得到充分的清洗，硝鹽粘附在鑄件外表尤其是窄縫隙、盲孔、通道中造成腐蝕；硝鹽液中混有酸或堿或鑄件放在濃酸或濃堿四周受到腐蝕。盡量縮短鑄件從爐移到淬火槽的時(shí)間；檢查硝鹽中氯化物的含量是否超標(biāo)，如超標(biāo)，則應(yīng)降低其含量或濃度，從硝鹽槽中加熱的鑄件應(yīng)立即用溫水或冷水沖洗干凈；檢查硝鹽中酸和堿的含量，如有酸或堿則應(yīng)中和或停頓使用；不把鋁合金鑄件放在有濃酸或濃堿的四周。淬火不均勻鑄件的厚大部位的延伸率和硬度低非但凡其部中心，薄壁部位硬度高非但凡其表層。鑄件加熱和冷卻不均勻，厚大部位冷卻慢，熱透性差。重新作

20、熱處理，降低升溫速度，延長保溫時(shí)間，使厚薄部位溫度均衡；在厚壁部位涂敷保溫性的涂料或包覆石棉等隔熱性材料，盡量使鑄件各部位同時(shí)冷卻；使厚大部位先下水；換成有機(jī)淬火劑，降低冷卻速度。四、熱處理設(shè)備、材料1、熱處理設(shè)備的主要技術(shù)要求 1由于鋁合金淬火和時(shí)效溫度溫差圍不大因其淬火溫度接近合金低熔點(diǎn)共晶成分的熔點(diǎn)，故其爐的溫度差應(yīng)控制在5； 2要求測溫、控溫儀表靈敏、準(zhǔn)確，以確保溫度在上述誤差圍； 3爐各區(qū)的溫度應(yīng)均勻，差異在1-2的圍； 4淬火槽有加熱裝置和循環(huán)裝置，保證水的加熱和溫度均勻； 5應(yīng)定期檢查并更換已污染的冷卻水。 2、淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)是保證實(shí)現(xiàn)各種熱處理目的或作用的重要因素。淬火介質(zhì)的冷卻速度越高，鑄件冷卻的越劇烈快，金屬組織中固溶體的過飽和程度越高，鑄件的力學(xué)性能也就越好，因?yàn)榇罅康慕饘匍g化合物等強(qiáng)化相被固溶到A