铸造铝合金热处理质量缺陷及其消除与预防

铸造铝合金热处理质量缺陷及其消除和预防铝合金铸件热处理后常见的质量问题包括：机械性能不合格、变形、裂纹、过烧等缺陷。原因、消除和预防方法如下。(1)机械性能不合格通常，退火状态下的伸长率(5)较低，淬火或时效处理后的强度和伸长率不合格。其形成有许多原因，如退火温度低、保温时间不足或冷却速度过快。淬火温度低，保温时间不够，或冷却速度太慢(淬火介质温度太高)；不完全人工老化和完全人工老化的温度过高，或者保温时间过长。合金的化学成分显示出偏差等。为了消除这一缺陷，可以采用以下方法：再次退火，提高加热温度或延长保温时间；提高淬火温度或延长保温时间，降低淬火介质的温度；如果再次淬火，应调整时效温度和时间；当部件出现偏差时，应根据具体的偏差元素和偏差量，改变或调整重复热处理的工艺参数。(2)变形和翘曲通常，在热处理后或后续加工过程中，铸件尺寸和形状的变化会得到反映。这种缺陷的原因是加热速度或淬火冷却速度太快(太强)；淬火温度过高；铸件的设计结构不合理(如两个连接壁的壁厚相差太大，框架结构中的加强筋过薄或过小)；淬火时工件进水方向和加料方式不当。消除和防止的方法如下：降低加热速度，提高淬火介质的温度，或用冷却速度稍慢的淬火介质代替，以防止合金中的残余应力；用石棉纤维等隔热材料涂覆厚壁或薄壁零件或涂覆薄壁零件；根据铸件的结构和形状，选择合理的发射方向或采用特殊的防变形夹具；变形小的零件可以在淬火后立即进行校正。(3)裂缝结果表明，淬火铸件表面肉眼可见明显的裂纹，或荧光检查肉眼看不到的微观裂纹。裂缝大多是曲折的，不是直的，也不是深灰色的。裂纹的原因是加热速度过快，淬火时冷却速度过快(淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质冷却速度过快)；铸件结构设计不合理(两个连接壁之间的壁厚差过大，框架中间的加强筋过薄或过小)；充电方法不当或发射方向不正确；炉子的温度不均匀，导致铸造温度不均匀等。消除和预防的方法有：减慢加热速度或采用等温淬火工艺；提高淬火介质的温度或用冷却速度慢的淬火介质代替；在薄壁件上涂壁厚或薄壁件或涂石棉等隔热材料；采用特殊的防裂淬火夹具，选择正确的发射方向。(4)过度燃烧结果表明，铸件表面有结节，合金的延伸率大大降低。过烧的原因是：镉、硅、锑等低熔点杂质元素的含量。在合金中过高；加热不均匀或加热过快；炉内局部温度超过合金的过烧温度；用于测量和控制温度的仪器出现故障，导致熔炉中的实际温度超过仪器的指示温度值。消除和预防的方法是：严格控制低熔点合金元素含量不超标；以不超过3/分钟的速度缓慢升温；检查并控制炉内各区域温度不超过5；定期检查和校准温度测控仪表，确保温度的测量、指示和控制消除和预防的方法有：尽可能缩短铸件从炉移至淬火槽的时间；检查硝石中氯化物含量是否超标。如果超过标准，减少含量。从盐罐中加热的铸件应立即用温水或冷水清洗。检查硝石中酸和碱的含量。如果有酸或碱，中和或停止使用。不要将铝合金铸件放在强酸或强碱附近。(6)淬火不均匀结果表明，铸件厚大部分(特别是内中心)的延伸率和硬度较低，薄部分(特别是表层)的硬度较高。产生这些缺陷的原因是：铸件加热和冷却不均匀，厚零件冷却和传热缓慢。消除和预防的方法是：重新进行热处理，降低加热速度，延长保温时间，使厚薄件温度均匀。在薄壁零件上涂隔热涂层或石棉和其他隔热材料，以尽可能冷却铸件的所有零件。厚而大的部分先发射；更换有机淬火剂以降低冷却速度。铝合金的热处理铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗糙，因此在热处理过程中也有所不同。前者保温时间长，一般超过2小时，而后者保温时间短，只有几分钟。因为金属模具铸件、低压铸件铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗糙，因此在热处理过程中也有所不同。前者保温时间长，一般超过2小时，而后者保温时间短，只有几分钟。由于金属铸件、低压铸件和差压铸件在相对高的冷却速率和压力下结晶和凝固，它们的晶体结构比石膏和砂型铸件的晶体结构精细得多，因此它们在热处理过程中的保温时间也短得多。铸造铝合金和锻造铝合金的另一个区别是不均匀的壁厚和复杂的结构形状，如不规则的表面或内部通道。为了保证热处理过程中不变形或不开裂，有时会设计特殊的夹具来保护它们，淬火介质的温度也高于锻造铝合金。因此，一般采用人工时效来缩短热处理周期，提高铸件的性能。一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高机械性能和耐腐蚀性，稳定尺寸，并改善切削和焊接等加工性能。由于许多铸态铝合金的力学性能不能满足使用要求，除铝硅系ZL102、铝镁系ZL302和铝锌系ZL401外，其余铸造铝合金需要通过热处理进一步提高铸件的力学性能和其他使用性能，具体表现在以下几个方面：1)消除因铸件结构(如壁厚不均匀、结合部厚度大)导致的铸件结晶凝固过程中冷却速度不均匀而产生的内应力。2)提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金具有一定的塑性、加工性能和焊接性能；3)稳定铸件的结构和尺寸，防止和消除高温相变引起的体积变化；4)消除晶间和成分偏析，使结构均匀化。二。热处理方法1.退火处理退火处理用于消除铸造应力和加工引起的内应力，稳定加工零件的形状和尺寸，使铝硅合金中的硅部分结晶和球化，提高合金的塑性。该工艺包括以下步骤：将铝合金铸件加热至280-300，保温2-3小时，随炉冷却至室温，固溶体缓慢分解，析出的第二颗粒聚集，从而消除铸件内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形和翘曲的目的。2.抑制淬火是将铝合金铸件加热到更高的温度(一般接近共晶的熔点，大多数时效处理又称低温回火，是将淬火铝合金铸件加热到一定温度，保温一定时间，出炉空冷至室温，分解过饱和固溶体，稳定合金基体结构的工艺过程。在时效处理过程中，随着温度的升高和时间的延长，合金在过饱和固溶体晶格中发生原子复合，形成溶质原子富集区(称之为G-P区)和G-P区消失。第二相原子按照一定的规则聚集在一起，形成G-P区。然后形成亚稳态第二相(过渡相)。大量的G-P区与少量的亚稳相结合，亚稳相转化为稳定相和第二相粒子聚集阶段。老化治疗分为自然老化和人工老化。自然老化是指在室温下老化。人工老化可分为不完全人工老化、完全人工老化和过度老化。1)不完全人工时效：将铸件加热至150-170 ,保温3-5小时，得到抗拉强度较好、塑性和韧性较好但耐蚀性较低的热处理工艺；2)完全人工时效：将铸件加热至175-185并保温5-24小时，以获得足够的抗拉强度(即最高的硬度)但伸长率低；3)过时效：将铸件加热至190-230并保温4-9小时，以降低强度并提高塑性，从而获得更好的抗应力性和耐腐蚀性的过程，也称为稳定回火。4.循环处理将铝合金铸件冷却到-50、-70、-195以下的某一温度，保温一定时间，然后将铸件加热到350以下，使合金的中固溶体晶格反复收缩和膨胀，各相晶粒发生微小位移，使固溶体晶格中的原子偏析区和金属间化合物颗粒处于更加稳定的状态，达到提高产品零件尺寸和体积的目的。这种反复加热和冷却的热处理过程称为循环处理。这种处理适用于在使用中要求非常精确和稳定尺寸的零件(如测试仪器上的某些零件)。这种处理通常不适用于铸件。5、铸造铝合金热处理状态代码和意义代码合金状态热处理的作用或目的表明，T1在金属型或湿砂型铸造合金中人工时效，由于冷却速度快，已经获得了一定程度的过饱和固溶体，即部分淬火效果。经过人工时效和脱溶强化后，硬度和机械强度得到提高，可加工性得到改善。对提高Zl104、ZL105等合金的强度是有效的。T2退火主要用于消除内应力(铸造应力和机械加工引起的应力)，稳定铸件尺寸，球化铝硅合金的硅晶体，提高其塑性。对铝硅合金的影响明显，退火温度为280-300，保温时间为2-4h。T4固溶处理(淬火)和自然时效是通过加热和保温使可溶性相溶解，然后淬火使大量强化相固体溶解在固溶体中，得到过饱和固溶体，从而提高合金的硬度、强度和耐蚀性。铝镁合金是最终热处理，而其他需要人工时效的合金是初步热处理。T5固溶处理(淬火)加不完全人工时效可获得较高的强度和塑性，但耐蚀性会降低，尤其是晶间腐蚀会增加。老化温度低，保温时间短，老化温度约150-170，保温时间3-5小时。T6固溶处理(淬火)和完全人工时效用于获得最高强度，但塑性和耐腐蚀性降低。在更高的温度和更长的时间内。适用于要求高负荷的零件，时效温度约为175-185，保温时间大于5h。T7固溶处理(淬火)和稳定回火用于稳定铸件的尺寸和结构，提高耐腐蚀性(特别是抗应力腐蚀)和保持高机械性能。其中大部分是在工作阶段进行的T8固溶处理(淬火)和软化回火充分分解固溶，析出的强化相聚集和球化，稳定铸件尺寸，提高合金的塑性，但抗拉强度降低。适用于要求高塑性的铸件，回火温度约为230-330，保温时间为3-6小时。T9循环处理用于进一步稳定铸件的尺寸和形状。反复加热和冷却的温度和循环次数应根据零件的工作条件和合金的性能来确定。适用于要求尺寸和形状的精密稳定零件。三。热处理工艺1、铸造铝合金热处理工艺参数2.热处理操作的技术要点1)热处理前，检查热处理设备、辅助设备和仪表是否合格正常，炉内温差是否在规定范围内(5)；2)安装熔炉前，吹砂或冲洗。不得有油污、污垢和泥土。合金等级不得混合。3)容易变形的铸件应放置在特殊的底盘或支架上。不允许悬挂悬臂部件。4)用于检查铸造性能的单个铸件或附加铸件试棒应与零件放在同一炉中处理，以真实反映铸造性能；5)保温期间，应随时检查和校正炉膛各部分的温度，防止局部高温或燃烧；6)停电后短时间内不能恢复时，保温铸件应迅速出炉淬火，然后装炉保温，恢复正常后进行热处理。7)在盐池中淬火的铸件，淬火后应立即用热水冲洗，以消除残余盐份，防止腐蚀；8)如发现淬火后的铸件变形，应立即纠正；9)待时效零件应在淬火后0.5h内时效；10)如果热处理后发现性能不合格，可以重复热处理，但次数不得超过2次；11)热处理应根据铸件结构形状、尺寸、合金特性等制定的热处理工艺进行。3.热处理缺陷的原因及消除和预防措施机械性能不合格。退火状态5低，淬火或时效处理后的强度和伸长率不合格。退火温度低或保温时间不足，或冷却过快；淬火温度低或保温时间不够，或冷却速度太慢(淬火介质温度太高)；不完全人工时效和完全人工时效的温度过高，或者保温时间过长，合金的化学成分偏离。再次退火以提高温度或延长保温时间；提高淬火温度或延长保温时间，降低淬火介质的温度；如果再次淬火，应调整时效温度和时间；当部件出现偏差时，应根据具体的偏差元素和偏差量，改变或调整重复热处理参数。变形和翘曲热处理或机加工后铸件尺寸和形状的变化。加热速度或淬火和冷却速度过快(过强)；淬火温度过高；铸件的设计结构不合理(如两个连接壁的壁厚相差太大，框架结构中的加强筋过薄或过小；淬火时，工件排水不当，加料方式不当。降低加热速度，提高淬火介质的温度，或改用冷却速度稍慢的淬火介质，以防止合金中的残余应力；用石棉纤维等隔热材料涂覆厚壁或薄壁零件或涂覆薄壁零件；根据铸件的结构和形状，选择合理的发射方向或采用特殊的防变形夹具；变形小的零件可以在淬火后立即进行校正。裂缝淬火铸件表面肉眼可见的明显裂纹或荧光检查肉眼不可见的微裂纹。裂缝大多是曲折的，不是直的，也不是深灰色的。淬火时加热速度过快，冷却过快(淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质速度过快)；铸件结构设计不合理(两个连接壁之间的壁厚差过大，框架中间的加强筋过薄或过小)；充电方法不当或发射方向不正确；炉温不均匀会使铸件温度不均匀。降低加热速度或采用等温淬火工艺；提高淬火介质的温度或用冷却速度慢的淬火介质代替；用石棉和其他隔热材料涂覆壁厚或薄壁部件或覆盖薄壁部件；采用特殊的防裂淬火夹具，选择正确的发射方向。过度燃烧铸件表面存在结核，合金的延伸率大大降低。合金中镉、硅、