铝合金的热处理工艺

1、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大，因而在热处理时也有所不同。前者 保温时间长，一般都在 2h 以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低 压铸造件铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、 低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏 型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金与变形铝合金 的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形 或开裂，有时

2、还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一 般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。一、热处理的目的 铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接 等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除 Al-Si 系的 ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一 步提高铸件的机械性能和其它使用性能， 具体有以下几个方面： 1 ）消除由于铸件结构 （如 璧厚不均匀、 转接处厚大） 等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力； 2）提高合金的机械强

3、度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、 焊接性能； 3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化； 4）消 除晶间和成分偏析，使组织均匀化。、热处理方法1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺 寸，并使 Al-Si 系合金的部分 Si 结晶球状化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件 加热到280-300C，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质 点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共

4、晶体的熔点，多在500C以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入 60-100C的水中，使铸件急 冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也 叫固溶处理或冷处理。3、时效处理时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为 G-PI区）和G-PI区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-PH区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大

5、量的G-PH区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。 自然时效是指时效强化在室温下进行的时效 人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效、过时效 3 种1）不完全人工时效：把铸件加热到150-170C，保温3-5h，以获得较好抗拉强度、良好的 塑性和韧性，但抗蚀性较低的热处理工艺；2 ）完全人工时效：把铸件加热到175-185C,保温5-24h，以获得足够的抗拉强度（即最高的硬度）但延伸率较低的热处理工艺；3 ）过时效：把铸件加热到190-230C，保温4-9h，使强度有所下降，塑性有所提高，以获得 较好的抗应力、抗腐蚀能力

6、的工艺，也称稳定化回火。4、循环处理把铝合金铸件冷却到零下某个温度（如-50C、-70C、-195C ）并保温一定时间，再把铸 件加热到350C以下，使合金中度固溶体点阵反复收缩和膨胀，并使各相的晶粒发生少量 位移，以使这些固溶体结晶点阵内的原子偏聚区和金属间化合物的质点处于更加稳定的状 态，达到提高产品零件尺寸、体积更稳定的目的。这种反复加热冷却的热处理工艺叫循环 处理。这种处理适合使用中要求很精密、尺寸很稳定的零件（如检测仪器上的一些零件）。 一般铸件均不作这种处理。5、铸造铝合金热处理状态代号及含义代号 合金状态 热处理的作用或目的 说明T1 人工时效 在金属型或湿砂型铸造的合金，因冷却

7、速度较快，已得到一定程度的过饱和 固溶体，即有部分淬火效果。再作人工时效，脱溶强化，则可提高硬度和机械强度，改善 切削加工性。 对提高ZI104、ZL105等合金的强度有效。T2 退火 主要作用在于消除铸件的内应力（铸造应力和机加工引起的应力），稳定铸件尺 寸，并使 AI-Si 系合金的 Si 晶体球状化，提高其塑性。 对 AI-Si 系合金效果比较明显， 退火温度280-300C，保温时间为2-4h。T4 固溶处理（淬火）加自然时效 通过加热保温，使可溶相溶解，然后急冷，使大量强化相固溶在a固溶体内，获得过饱和固溶体，以提高合金的硬度、强度及抗蚀性。对Al-Mg 系合金为最终热处理，对需人工

8、时效的其它合金则是预备热处理。T5 固溶处理（淬火）加不完全人工时效 用来得到较高的强度和塑性，但抗蚀性会有所下 降，非凡是晶间腐蚀会有所增加。时效温度低，保温时间短，时效温度约150-170C，保温时间为 3-5h。T6 固溶处理（淬火）加完全人工时效 用来获得最高的强度， 但塑性和抗蚀性有所降低。 在 较高温度和较长时间内进行。适用于要求高负荷的零件，时效温度约175-185C，保温时间 5h 以上。T7 固溶处理（淬火）加稳定化回火 用来稳定铸件尺寸和组织，提高抗腐蚀（非凡是抗应力腐蚀）能力，并保持较高的力学性能。多在接近零件的工作温度下进行。适合 300C以下高温工作的零件，回火温度为

9、 190-230C，保温时间4-9h。T8 固溶处理（淬火）加软化回火 使固溶体充分分解，析出的强化相聚集并球状化，以稳 定铸件尺寸，提高合金的塑性，但抗拉强度下降。 适合要求高塑性的铸件，回火温度约 230-330C，保温时间 3-6h。T9 循环处理 用来进一步稳定铸件的尺寸外形。其反复加热和冷却的温度及循环次数要根 据零件的工作条件和合金的性质来决定。 适合要求尺寸、外形很精密稳定的零件。三、热处理工艺1 、铸造铝合金热处理工艺参数合金牌号 合金代号 热处理 固溶处理 时效处理（保温后空冷）加热温度C）保温时间（h）淬火温度C） 加热温度C）保温时间（h）ZAlSi7Mg ZL101 T

10、2 - - -300±10 2 -4T4 535±5 2 -6 20-100 - -T5 535±5 2 -6 20- 100 150 ±5 2 -4T6 535±5 2 -6 20- 100 200 ±5 2 -5T7 535±5 2 -6 80- 100 225 ±5 3 -5T8 535±5 2 -6 80- 100 250±10 3 -5T5 二阶段 535±5 2 -6 20-10 0 190 ±10 0.5150±5 2ZAlSi7MgA ZL101A

11、T1 - - - 190±5 3 -4T2 - - -300±10 2 -4T4 535±5 10 -16 20-100 - -T5 535±5 10 -16 20- 100 175 ±5 6ZAlSi12 ZL102 T2 - - -300±10 2 -4ZAlSi9Mg ZL104 T1 - - -175±5 5 -17T6 535±5 2 -6 20- 100 175 ±5 10 -15ZAlSi5Cu1Mg ZL105 T1 - - -180±5 5 -10T5 525±5 3

12、 -5 20- 100 175 ±5 5 -10T7 525±5 3 -5 20- 100 230±10 3 -5ZAlSi5Cu1MgA ZL105A T1 - - -180±5 5 -10T5 525±5 3 -5 20-T6 525±5 3 -5 20-T7 525±5 3 -5 20-T8 525±5 3 -5 20-100 175 ±5 5 -10100 200 ±5 3 -5100 230±10 3 -5100 250±10 3 -5ZAlSi8Cu1Mg ZL1

13、06 T1 - - -200±10 5 -8T2 - - -280±10 5 -8T5 515±5 4 -8 20- 100 170 ±5 8 -16T6 515±5 4 -8 20- 100 160 ±5 4 -6T7 515±5 4 -8 20- 100 230 ±5 3 -5ZAlSi7Cu4 ZL107 T6 515 ±5 5 -7 20- 100 170±10 5-7ZAlSi12Cu2Mg1 ZL108 T1 - - - 190±5 8 -12T6 515±5 6

14、 -8 20- 70 175 ±5 14 -18205±5 8 -12T7 515±5 3 -8 20- 70 240 ±10 6 -10ZAlSi12Cu1Mg1Ni1 ZL109 T1 - -T6 515±5 6 -8 20- 70 180 ±5 14 -18ZAlSi9Cu2Mg ZL111 T6 520±5 4 -6 20- 70 180±5 6 -8ZAlSi7Mg1A ZL114A T5 535 ±5 2 -7 20- 100 150 ±5 1 -3T6 540±5 8 -

15、12 65- 100 160±5 3 -5ZALSi5Zn1Mg ZL115 T4 550±5 16 65 -100 - -T5 550±5 16 65 -100 160±5 4ZAlSi8MgBe ZL116 T1 - - -190±5 3 -4T2 - - - 300±10 2 -4T4 535±5 10 -16 20-100 - -T5 535±5 10 -16 20- 100 175 ±5 6T6 535±5 10 -16 20- 100 160 ±5 3 -8ZAlCu5Mn

16、 ZAlCu5MnA ZL201 ZL201A T4 545±5 10-12 20-100 - -T5 545±5 5 -9 20- 100 175 ±5 3 -6T7 545±5 5 -9 20- 100 250±10 3 -10ZAlCu10 ZL202 T2 - - -290±5 3T5 515±5 10 -15 20- 100 150 ±5 2 -4ZAlCu5MnCdA ZL204A T6 535±5 7 -9 40- 100 175±5 3 -5T7 535±5 7 -9

17、40- 100 190 ±5 3 -5ZAlCu5MnCdVA ZL205A T5 53±5 5 10-15 20- 60 155±5 8 -10T6 535±5 10 -15 20- 60 175±5 3 -5T7 535±5 10 -15 20- 60 195±5 3 -5ZAlRE5Cu3Si2 ZL207 T1 - - - 200±5 5 -10ZAlMg10 ZL301 T4 430 ±10 20 100 （或油） - -ZAlMg8Zn1 ZL305 T4 455±5 6 -8 80

18、-100 - -ZAlZn11Si7 Zl401 T1 - - -200±10 5 -10T2 - - -300±10 2 -4ZAlZn6Mg ZL402 T1 - - - 175±5 6 -8T5 - - - 室温 20 天T5 - - -175±5 6 -82、热处理操作技术要点1）热处理前应检查热处理设备、辅助设备、仪表等是否合格和正常，炉膛各处的温度差是否在规定的范围之内（土 5C）；2）装炉前应吹砂或冲洗，应无油污、脏物、泥土，合金牌号不应相混；3）形性状易产生翘曲的铸件应放在专用的底盘或支架上，不答应有悬空的悬臂部分；4）检查铸件性能的单铸

19、或附铸试棒应随零件一起同炉处理，以真实反映铸件的性能；5）在保温期间应随时检查、校正炉膛各处温度，防止局部高温或烧化；6）在断电后短时间不能恢复时，应将在保温中的铸件迅速出炉淬火，等恢复正常后，再装 炉、保暖和进行热处理；7）在硝盐槽中淬过火的铸件，应在淬火后立即用热水冲洗，消除残盐，防止腐蚀；8）发现淬火后铸件变形，应立即予以校正；9）要时效处理的零件，应在淬火后 0.5h 内进行时效处理；10） 如在热处理后发现性能不合格，可重复进行热处理，但次数不得超过2 次；11）应根据铸件结构外形、尺寸、合金特性等制定的热处理工艺进行热处理。3、热处理缺陷的产生原因和消除与预防办法缺陷名称 缺陷表现

20、 产生原因 消除与预防办法力学性能不合格退火状态3 5偏低，淬火或时效处理后强度和延伸率不合格。退火温度偏低或保温时间不足，或冷却太快；淬火温度偏低或保温时间不够，或冷却速度太慢（淬 火介质温度过高）；不完全人工时效和完全人工时效温度偏高，或保温时间偏长，合金的 化学成分出现偏差。 再次退火，提高温度或延长保温时间；提高淬火温度或延长保温时间， 降低淬火介质温度；如再次淬火，则要调整其后的时效温度和时间；如成分出现偏差，则 要根据具体的偏差元素、偏差量、改变或调整重复热处理参数。变形、翘曲 热处理后，或之后的机械加工中反映出来的铸件的尺寸、外形变化。加热速度或淬火冷却速度太快（太激烈）；淬火温

21、度太高；铸件的设计结构不合理（如两连接壁 的壁厚相差太大，框形结构中加强筋太薄或太细小；淬火时工件下水方向不当及装料方法 不当。降低升温速度，提高淬火介质温度，或换成冷却速度稍慢的淬火介质以防止合金内 产生残余应力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纤维等隔热材料包覆薄壁部位；根据 铸件结构、外形选择合理的下水方向或采用专用防变形的夹具；变形量不大的部位，则可 在淬火后立即予以矫正。裂纹 淬火后的铸件表面用肉眼可以看到的明显的裂纹或通过荧光检查肉眼看不到的微细 裂纹。裂纹多曲折不直并呈暗灰色。加热速度太快，淬火时冷却太快（淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质速度太快）；铸件结构设计不合理（

22、两连接壁壁厚差太大， 框形件中间的加强筋太薄或太细小）；装炉方法不当或下水方向不对；炉温不均匀，使铸 件温度不均匀。 减慢升温速度或采取等温淬火工艺； 提高淬火介质温度或换成冷却速度慢 的淬火介质；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包复石棉等隔热材料；采用专用防 开裂的淬火夹具，并选择正确的下水方向。过烧 铸件表面有结瘤，合金的延伸率大大下降。 合金中的低熔点杂质元素如 Cd、Si 、Sb 等的含量过高；加热不均匀或加热太快；炉内局部温度超过合金的过烧温度；测量和控制 温度的仪表失灵， 使炉内实际温度超过仪表指示温度值。 严格控制低熔点合金元素的含量 不超标；以不超过3C /min的速度缓慢

23、升温；检查和控制炉内各区温度不超过土5C；定期检查或校准测控仪表，确保仪表测温、示温、控温准确无误。表面腐蚀 铸件的表面出现斑纹或块状等与铝合金铸件表面的不同色泽。 硝盐液中氯化物含量超标（ 0.5%）而对铸件表面（尤其是疏松、缩孔处）造成腐蚀；从硝盐槽中取出后 没得到充分的清洗，硝盐粘附在铸件表面（尤其是窄缝隙、盲孔、通道中）造成腐蚀；硝 盐液中混有酸或碱或铸件放在浓酸或浓碱四周受到腐蚀。 尽量缩短铸件从炉内移到淬火槽 的时间；检查硝盐中氯化物的含量是否超标，如超标，则应降低其含量（或浓度），从硝 盐槽中加热的铸件应立即用温水或冷水冲洗干净；检查硝盐中酸和碱的含量，如有酸或碱 则应中和或停止

24、使用；不把铝合金铸件放在有浓酸或浓碱的四周。淬火不均匀 铸件的厚大部位的延伸率和硬度低 （非凡是其内部中心） ，薄壁部位硬度高（非 凡是其表层）。 铸件加热和冷却不均匀，厚大部位冷却慢，热透性差。 重新作热处理， 降低升温速度，延长保温时间，使厚薄部位温度均衡；在厚壁部位涂敷保温性的涂料或包 覆石棉等隔热性材料，尽量使铸件各部位同时冷却；使厚大部位先下水；换成有机淬火剂， 降低冷却速度四、热处理设备、材料1、热处理设备的主要技术要求1）由于铝合金淬火和时效温度温差范围不大 （因其淬火温度接近合金内低熔点共晶成分的熔点），故其炉内的温度差应控制在土 5C；2）要求测温、控温仪表灵敏、准确，以确保温度在上述误差范围内；3）炉内各区的温度应均匀，差别在 1-2C的范围内；4）淬火槽有加热装置和循环装置，保证水的加热和温度均匀；5）应定期检查并更换已污染的冷却水。2、淬火介质淬火介质是保证实