ZL101材料热处理工艺探讨

徐年宝

（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏 无锡 214121）

ZL101材料热处理工艺探讨

徐年宝

（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏 无锡 214121）

通过对ZL101材料热处理工艺试验以及性能测试，获得了其最佳的热处理工艺，对生产和教学有一定的指导意义。

固溶处理；时效处理；铝合金

ZL101是一种铸造铝合金材料，由于其良好的铸造性能、较高的致密性而成为制造那些整体、薄壁、复杂铸件比较理想的铸造铝合金材料如汽车零件、工程机械零件、船舶零件等等，而对于这种材料的使用性能，其热处理起着至关重要的作用，本文就其热处理对ZL101性能的影响做一些探讨，以提供制定合理热处理工艺的参考。

1 试验试样

1.1 材质

合金牌号：ZAlSi7Mg代号：ZL101

化学成分：Si＝6.5%～7.5%Mg＝0.25%～0.45%，其余为Al。

1.2 试样

试样按照国家标准GB／T228—2002规定做成若干标准拉伸试样短试样，如图1所示：

2 试验方法

试验设备：T4热处理炉、LDS—200拉伸试验机、HRE—3000布氏硬度计、XJL—A金相显微镜

试验分两个阶段进行：

图1 试验试样Fig.1 Test sample

2.1 固溶处理试验

采用144个试样，分别在固溶温度500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃，按照表1的工艺时间进行试验，热处理炉采用天然气燃烧式可控气氛炉，冷却介质为65℃热水。热处理完成后，对所有试样进行拉伸试验，测得伸长率和抗拉强度；然后将每个拉断的试样的一端如图1所示，沿一端面20mm处切割成硬度金相试样，对每个切割试样进行硬度和金相试验分析。

表1 固溶处理工艺方法Tab.1 Test of solution heat treatment

2.2 时效处理试验

通过固溶处理试验得到最佳固溶处理温度和保温时间的基础上，在此工艺之后，进行时效处理的工艺、性能试验。工艺方法见表2：

表2 时效处理试验Tab.2 Test of ageing treatment

试验设备为烘箱，试样数90，工艺完成后对所有试样进行拉伸试验，测得伸长率和抗拉强度，作为性能分析的依据。

3 试验结果与讨论

（1）固溶处理后各工艺伸长率（每3试样测量值的平均值）

（2）固溶处理后各工艺抗拉强度（每3试样测量值的平均值）

（3）固溶处理后各工艺硬度（每3试样测量值的平均值）

（4）固溶处理后的金相组织，由于图片有144幅之多，限于篇幅，这里仅列4幅典型图片（见图2—5）。

表3 固溶处理工艺对材料伸长率的影响Tab.3 Effect on tensile elongation of solution heat treatment

表4 固溶处理对材料抗拉强度的影响Tab.4 Effect on tensile strength of solution heat treatment

表5 固溶处理对材料硬度的影响Tab.5 Effect on hardness of solution heat treatment

图2 510℃保温5小时固溶处理后的组织Fig.2 Constitution after 510℃5h

图3 530℃保温5小时固溶处理后的组织Fig.3 Constitution after 530℃5h

（5）固溶处理结果

通过上述试验可以看出，ZL101材料在固溶处理采取530℃保温5小时工艺后，无论是材料伸长率、抗拉强度，还是金相组织，都表明其性能是最好的。

（6）时效处理试验

选取90个标准试样，先采取530℃保温5小时固溶处理，然后按表2的规范进行时效处理试验，其结果如下：

（7）分析与讨论

图4 550℃保温5小时固溶处理后的组织Fig.4 Constitution after 540℃5h

图5 570℃保温5小时固溶处理后的组织Fig.5 Constitution after 570℃5h

从表3-表5可以看出：ZL101在固溶处理工艺530℃加热保温5小时，其伸长率、抗拉强度、硬度值等性能最好，从图2-图5金相组织中也能看出，在此工艺时期组织最佳。从表6中可以看出：ZL101固溶处理后采用170℃时效11小时后其性能最佳。造成这些结果的主要原因如下：首先，ZL101是一种铝硅镁合金，其熔点比钢铁材料低得多，所以其铸造成本比钢铁材料要低，其次，ZL101在固溶处理时，由于共晶体的形成，强化了基体，提高了材料性能，但共晶体在不同的温度下形态各异，导致性能各异，故合适的固溶温度和处理时间才能使材料具有最佳的性能，再者，ZL101固溶处理后，在时效处理时由于又有新的晶体的形成，导致了性能的变化，故合适的时效温度和时间又是重要的选择。总之，经过合适的固溶处理和时效处理后，ZL101材料可以具有较好的力学性能，可以在很多产品领域得到应用。

表6 时效处理对性能的影响Tab.6 Effect on production of ageing treatment

4 结 论

ZL101材料铸造后采用530℃加热保温5小时，65℃热水中冷却，然后加热170℃时效11小时，经这样处理，该材料具有较好的力学性能，能够满足许多产品零件的性能要求。

［1］ 袁成祺.铸造铝合金、镁合金标准手册［M］.北京：中国环境科学出版社，1994.

［2］ 张忠玉.铝及铝合金工艺与设备［M］.长沙：中南大学出版社，2006.

［3］ 王长生.金属材料及热处理［M］.西安：西北工业大学出版社，1991.

［4］ 丁惠麟.实用铝，铜及其合金金相热处理和失效分析［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［5］ 潘复生.铝合金及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2006.

Discussion on the Heat Treatment Process of the ZL101

XU Nianbao
（School of Mechanical Technology，Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China）

In the paper，heat treatment process and materials performance testing of ZL101were made，and the best heat treatment process was acquired，which has an active effect on production and teaching.

solution heat treatment；aging treatment；aluminium alloy

TG 162

A

1671-7880（2012）02-0070-04

2011-11-05

徐年宝（1961— ），男，江苏无锡人，副教授，研究方向：材料、热处理。