热处理工艺对薄壁铝合金铸件组织性能影响研究

2018-09-03

世界有色金属 2018年12期

（黄河鑫业有限公司，青海西宁 810000）

由于制造业以及轻工业的需求，薄壁铝合金铸件被广泛的应用到各个领域。现今，在轻工业中，薄壁铝合金铸件由于其高强度而具有相对高的加工强度，并且在汽车关键结构部件上具有一定的应用[1]。由于其它元素的加入，原始金属的CCT曲线向右移动，在一定的冷却速率条件下更容易发生马氏体变化，从而提高了拉伸强度。然而，在实践中，在薄壁铝合金铸件模塑过程中，由于高强度和组织转变量与强度之间的关系比较复杂而难以加工。但是，薄壁铝合金铸件本身容易在高温下氧化，其马氏体转化率对加热温度敏感是可以区分在哪种温度条件下能够获得最佳性能，探索组织的晶粒尺寸和马氏体变化量对强度的混合效应是研究的重点。

1 实验材料以及实验方法

将薄壁铝合金铸件作为实验原料，经过研究发现，薄壁铝合金铸件的最佳温度范围为870-900℃，将模拟软件设为该温度，并将晶粒大小设置为9级大小，得到了对应的曲线如图1。

由图1可以看出，当温度达到290℃时，就可以获得80%以上的马氏体组织。由于薄壁铝合金铸件本身具有厚度，通过计算公式计算可知对应的奥氏体化保温的时间为1.9min，又因为其它因素的影响，将保温时间定为3.5min。本实验主要是通过制冷的方法对冷却速度进行控制，加热的温度为820℃～940℃，一般将加热40℃作为一个梯度，采用电阻炉进行相应的加热。

图1 薄壁铝合金铸件对应的CCT曲线

在热处理工艺结束后，利用2.8%浓度的硝酸酒精对金相组织进行腐蚀，再通过显微镜对其进行观察。按照一定的标准，在显微镜的观察下，利用试验机对室温进行控制，并进行拉伸试验，拉伸速度为3mm/min。然后利用显微镜对其维氏硬度值进行观察[2]。

2 温度增加对薄壁铝合金铸件组织性能的影响

当薄壁铝合金铸件加热到不同温度后保温3.5min后的金相组织都是不同的。温度为820℃时，金相组织里有铁素体以及少量的珠光体，这时候硬度以及抗拉能力都是比较低的。将温度升到850℃～940℃之间时，金相组织就都是马氏体了，但是其中的奥氏体量是不同的。当温度在850℃～920℃之间时，因为薄壁铝合金铸件本身经过形变，所以，在这个阶段，温度所提供的热量主要所用于形核，其晶粒开始变得精细，其主要的表现就是马氏体晶粒比较精细。当温度达到920℃～940℃时，这时候温度提供的热量主要共计于捷径过程，表现为马氏体的晶粒比较大。

对各阶段的金相图片的马氏体转变量进行统计，发现随着温度的变化，马氏体转变量也在发生着变化，并存在一定的规律。

当温度超过850℃时，马氏体转变的速度开始下降。铝合金具有扩大奥氏体组织的作用，在温度临界点时，其会向奥氏体中扩散，在加温完成，保温时间3.5min后，会得到更多的奥氏体组织。

根据统计分析可以看出硬度以及抗拉能力也是随着温度的变化而产生变化。当温度升高的时候，薄壁铝合金铸件的硬度以及抗拉能力都在增强，但是到了一定的温度后，其硬度以及抗拉能力开始呈下降趋势。

主要的原因是，在温度为820℃～850℃之间时，奥氏体会增多，使得马氏体转变量增加，所以铝合金的硬度及其抗拉能力都得到了提高；当温度达到850℃时，马氏体组织开始变得更加精细，这个时候，铝合金的硬度再一次的被提高，但是由于其晶粒形成过程的影响，奥氏体量不断的增加，导致铝合金硬度以及抗拉能力的增加速度变慢；当温度达到920℃～940℃时，温度所提供的能量都被形变所吸收，这个时候组织将开始发生粗化，铝合金的硬度以及抗拉能力开始呈下降的趋势。