鑄造鋁合金輪轂t6熱處理工藝的優(yōu)化研究

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1、鑄造鋁合金輪轂T6熱處理工藝的優(yōu)化研究陳曠1，關(guān)紹康1，胡保健2,梁允勇3?(1．鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州450002；2．三門峽戴卡輪轂制造有限公司，河南三門峽472000；3．奇瑞汽車有限公司，安徽蕪湖241009)??摘要：研究了固溶時(shí)間、淬火停留時(shí)間及涂裝烘烤工藝對(duì)A356合金鑄造輪轂性能的影響規(guī)律并優(yōu)化了T6熱處理工藝，將淬火停留時(shí)間縮短到2h。研究表明：未涂裝時(shí)優(yōu)化工藝使合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到240MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到181MPa。伸長(zhǎng)率達(dá)到8％；涂裝后抗拉強(qiáng)度達(dá)到262MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到179MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)到9％，接近并達(dá)到目前國(guó)內(nèi)T6工

2、藝的強(qiáng)度性能，超過了國(guó)內(nèi)輪轂行業(yè)的強(qiáng)度性能標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的生產(chǎn)實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：T6；涂裝烘烤；A356；淬火停留時(shí)間中圖分類號(hào)：TG142．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—3814(2006)06-0030-03鋁合金輪轂具有節(jié)油、真圓度好、散熱性好、堅(jiān)固耐用、外觀美觀和操作輕快等優(yōu)點(diǎn)，作為鋼制輪轂的良好替代品。已廣泛應(yīng)用于轎車和客車上。但由于鋁合金熱處理后需要經(jīng)歷一次涂裝烘烤工序，相當(dāng)于對(duì)合金進(jìn)行一個(gè)后續(xù)熱處理，以往的研究?jī)H局限于合金T6工藝的研究，因此作者研究了固溶時(shí)間、淬火停留時(shí)間及涂裝烘烤工藝對(duì)合金力學(xué)性能和組織的影響，并在研究基礎(chǔ)上優(yōu)化了T6工藝

3、。研究表明，合金經(jīng)優(yōu)化工藝處理后其力學(xué)性能超過了目前國(guó)內(nèi)A356合金低壓鑄造輪轂的標(biāo)準(zhǔn)，但比傳統(tǒng)T6工藝的處理周期縮短了約8h，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法1．1原材料和試驗(yàn)設(shè)備原材料為A356合金錠，99．7％以上的工業(yè)純鋁、純鎂錠、1#結(jié)晶硅，變質(zhì)劑采用A1-10％Sr，細(xì)化劑選用A1．5Ti-1C，配制成符合要求的合金成分；試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器：5t燃?xì)鉅t，德國(guó)GIMA低壓鑄造機(jī)，SX-4-10箱式電阻爐，WDW-50微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。1．2熔煉鑄造工藝熔煉在5t燃?xì)鉅t中進(jìn)行，熔煉溫度為740～770℃，精煉溫度為740～760℃．采用CC

4、l4精煉，精煉5～8min，靜置10~15min，變質(zhì)細(xì)化在中間包進(jìn)行，其溫度不低于720℃，加入變質(zhì)細(xì)化劑后，通氮精煉除氣15～20min，倒入低壓鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，鑄造溫度不低于720℃，鑄造成特定規(guī)格的A356合金輪轂，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為：6.99Si，0.31Mg，0.086Ti，0.010Sr，0.148Fe，0.006Cu，0.010Mn，0.013Zn．余為Al。1．3熱處理工藝的制定A356鑄造輪轂熱處理工藝為T6熱處理；固溶保溫時(shí)間選擇0.5、1、2、3、4、5和6h：淬火停留時(shí)間選擇0、2、4、6、8、10和12h。模擬烘烤熱處理工藝

5、參數(shù)為：一級(jí)涂裝(210℃x20~25min)；二級(jí)涂裝：(160℃x20~25min)；三級(jí)涂裝：(100℃x20~25min)。1．4力學(xué)性能測(cè)試和DSC分析在輪轂上輪緣取樣，制成標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能試棒，熱處理后，在WDW-50微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，拉伸速率為5mm／s；高溫差熱分析在DSC分析儀上進(jìn)行。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2．1固溶保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能和組織的影響?由圖l可看出，固溶后的硬度隨時(shí)間的延長(zhǎng)增加不大，在3h后，合金的硬度趨于穩(wěn)定，說明在固溶階段．由于硅相的溶人而引起的硬度增加不是很大；時(shí)效后，合金的硬度隨固溶時(shí)問的增加非常明顯，尤其是前

6、4h．4h后增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩。?圖1固溶保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響2．2淬火停留時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響?圖2為淬火停留時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響，可看出，當(dāng)淬火停留時(shí)間為2h，合金的硬度急劇增加，2h后，合金的硬度有所增加，但增加較為緩慢。文獻(xiàn)[1]對(duì)Al-Mg-Si合金固溶后停留時(shí)間對(duì)合金時(shí)效強(qiáng)度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淬火停留時(shí)間為0～l2h，合金的強(qiáng)度增加較快。文獻(xiàn)認(rèn)為自然時(shí)效促使了合金固溶后GP區(qū)變成了強(qiáng)化相β相的形核部分，使人工時(shí)效后析出的Mg2Si相數(shù)量增加，從而增加了合金時(shí)效后的硬度。文獻(xiàn)【2】認(rèn)為鑄造A356合金輪轂的淬火停留時(shí)間以6~10h為佳，但研究

7、表明，淬火停留時(shí)間為2h即可達(dá)到較為理想的強(qiáng)度性能。?圖2淬火停留時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響2．3涂裝工藝對(duì)合金力學(xué)性能的影響?研究了涂裝烘烤工藝對(duì)合金強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響，結(jié)果見圖3，伸長(zhǎng)率結(jié)果為未涂裝及一、二級(jí)涂裝后的伸長(zhǎng)率為9％，三級(jí)涂裝后為10％。結(jié)果表明，涂裝烘烤工藝能夠在一定程度上提高合金的強(qiáng)度，但對(duì)合金的伸長(zhǎng)率沒有太大影響。涂裝工藝對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的影響趨勢(shì)是一致的，一級(jí)涂裝后，合金的強(qiáng)度降低，二級(jí)涂裝后，強(qiáng)度大大增加，三級(jí)涂裝后，合金的強(qiáng)度又有所降低。?圖3涂裝烘烤工藝對(duì)A356合金強(qiáng)度的影響?對(duì)A356合金在固溶態(tài)、T6及三級(jí)涂裝工藝處理后的試樣進(jìn)

8、行DSC分析。結(jié)果見圖4