铝合金高压铸件热处理新技术

在fttp://www.CSIRO.au/science/psifi.htm上登载了澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)轻金属旗舰机构已经开发出提高铝合金部件强度的热处理新技术文章，该技术可以使汽车制造厂生产重量更轻、燃料效率更高的汽车。研究人员开发的替代传统高压压铸件的热处理工艺技术，不需要减少气隙，还可以消除气隙，最终改善材料性能，其目的是开发一个和压铸室相容的在线热处理系统。

高压压铸件的热处理

其它铸造和可锻铝合金部件可以通过热处理来改善机械性能，但铝合金高压压铸件(Highpressurediecastings，简称HPDC)热处理一直是不可能的，因为它有气隙(气孔)，气隙大会造成部件表面起泡和尺寸变化，导致部件无法使用。

最近的研究工作展示了一种可以采用的热处理方法，使适合于时效硬化的这些铝合金的性能有明显改善。通过热处理，铝合金的抗拉性能、抗疲劳性能、抗断裂性能和热传导性能都会得到改善。高压铸件，对于接近最终形状的复杂铝合金部件大批量生产，是成本利用最有效的工艺技术。一般来讲，每分钟可以生产20个小型部件，这些部件大多用于汽车上。当然，这一工艺技术对于工业其它方面也是重要的。

之前曾经尝试对高压压铸件进行热处理来除去铸件中的气隙，但这些努力都被证明成本太高和浪费时间。新热处理工艺技术不依赖于孔隙减少，且能够消除起泡并最终改进材料性能。目标是开发一种能和压铸室相容的在线热处理系统。新工艺技术可以使压铸生产厂加工制造发动机体复杂高压压铸件和传动变速箱外壳等部件时，可节省30%的铝合金材料，却达到同样的性能。

除了降低加工成本外，对铝合金材料需求较少，也能减轻汽车重量，从而降低燃料消耗和减少温室气体排放。新热处理工艺技术还可以使高压压铸件取代强度要求更严格和更昂贵的铸件以及可锻件在一些领域的应用。新热处理工艺技术可以使两种铝合金材料加工的高压压铸件强度增加一倍，这两种铝合金占到全球铝合金压铸件总量80%还多一些。

新热处理方法为高压压铸件提供了抗拉机械性能的主意改进，并且强化了其它的材料性能，预计高压压铸件可能会在对负载和安全性有要求的方面应用更加广泛。在使用如连续皮带式装料炉和专门用于快速流态化炉系统等现有处理设备上，很容易采用这种新热处理工艺技术。每个高压压铸件的成本会有明显降低的潜力，研究人员发现一些高压压铸件的铝合金品种，它们都具有快速强化机理，具有在加工上的成本和能源优势。这些合金可以在仅仅30分钟的整个热处理周期里达到高强度水平，是比传统铝铸造合金需要热处理周期最多达24小时的更优异性能的铝合金热处理工艺技术。

改善了的抗拉强度性能

传统溶液处理(500摄氏度，8小时)铝合金高压压铸件使孔隙扩大造成不能接受的表面气孔，导致扭曲和较低的机械性能，所以CSIRO“轻金属旗舰”项目最近的研究工作已经找到一种避免这些铝合金高压压铸件问题的热处理周期，效果是明显的。和传统的铸态状况相比，抗拉强度性能也有很大改善。一般来讲，和传统的铸态状况相比，0.2%的屈服应力会增加近一倍，尽管实际性能取决于合金种类部件几何形状、壁厚、合金质量和所采用的准确工艺操作步骤。

下面概要介绍对传统高压压铸件铝合金成功进行热处理所需要的操作步骤，避免了和传统热处理相比所产生的起泡尺寸的不稳定性。这些操作步骤包括了相当严格的缩短时间的溶液处理阶段，并在低于标准温度下进行处理(避免起泡)和多次微观组织改变，这些改变的独有的微观组织，这些步骤足可以获得至少合金化元素的部分固溶体来促进热处理的强度强化。CSIRO已经发现一些合金热处理的最佳步骤如表2所示。

表2合金热处理最佳步骤

合金种类   最佳溶液处理                   淬火                  T6回火时效                     T4回火时效

所有合金  480~505摄氏度，注意热水或冷水  150摄氏度16~24小时           720摄氏度

                 在420摄氏度和最高温(没有检测       最佳180摄氏度2.5~4             最少4天(稳

                度之间的最理想时间不出来淬火能    小时，用于某些铝合金           定化状态)

应超过10分钟(即总浸感性)

没时间为15分钟)

请注意∶热处理不应用作含有严重铸造缺陷的品质低劣铸件的补救措施，除了上述T4和T6回火外，另一个选择方案是T7回火，其平均温度为180摄氏度6小时或200摄氏度2~4小时，这一状态也许会提高温度条件下获得最佳热稳定性，但是和T6回火相比抗拉性能会下降。还一种替代方案是T64回火，合金在此状态下会有部分T6回火情况(即6小时，150摄氏度)和T6回火峰值相比，峰值硬度和强度性能稍许下降，但是抗断裂性能一般要高得多。

高压压铸合金的强度

总体而言，高压压铸铝合金的抗拉性能和硬度为线性相关的关系，但对于许多产品来讲这是不可能的，也不是成本有效的。通常采用铸件来加工抗拉性能试样，利用硬度来作为测试性能的一种手段是更合适的。

鲁姆雷博士认为，当铝合金高压压铸技术在全球汽车工业为主要应用之时，其它工业也可以采用这一新技术。只要有对相当复杂高强度铝合金铸件的成本有效的大批量生产需求就可以采用这一新技术。从理论上讲，新热处理工艺技术是使生产高强度部件成本减半的一种方法，而过去这类部件只能采用可替代但成本更高的加工工艺来制造。