2022年7月1日 星期五

合金熱處理設備、材料方法有哪些?

Posted by SEOer on 7月 01, 2022 with No comments

合金代號很多種, 鑄造鋁合金的金相組織比變形鋁合金的金相組織粗大,因而在熱處理時也有所不同。前者保溫時間長,一般都在2h以上,而後者保溫時間短,只要幾十分鐘。因爲金屬型鑄件、低壓鑄造件。



鑄造鋁合金與變形鋁合金的另一不同點是壁厚不均勻,有異形面或內通道等複雜結構外形,爲保證熱處理時不變形或開裂,有時還要設計專用夾具予以保護,並且淬火介質的溫度也比變形鋁合金高,故一般多採用人工時效來縮短熱處理周期和提高鑄件的性能。



鋁合金鑄件熱處理的目的是提高力學性能和耐腐蝕性能,穩定尺寸,改善切削加工和焊接等加工性能。因爲許多鑄態鋁合金的機械性能不能滿足使用要求,除Al-Si系的ZL102,Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外,其餘的鑄造鋁合金都要通過熱處理來進一步提高鑄件的機械性能和其它使用性能,具體有以下幾個方面:

1.消除由於鑄件結構等原因使鑄件在結晶凝固時因冷卻速度不均勻所造成的內應力。

2.提高合金的機械強度和硬度,改善金相組織,保證合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能。

3.穩定鑄件的組織和尺寸,防止和消除高溫相變而使體積發生變化。

4.消除晶間和成分偏析,使組織均勻化。



退火處理的作用是消除鑄件的鑄造應力和機械加工引起的內應力,穩定加工件的外形和尺寸,並使Al-Si系合金的部分Si結晶球狀化,改善合金的塑性。其工藝是:將鋁合金鑄件加熱到280-300℃,保溫2-3h,隨爐冷卻到室溫,使固溶體慢慢發生分解,析出的第二質點聚集,從而消除鑄件的內應力,達到穩定尺寸、提高塑性、減少變形、翹曲的目的。


淬火是把鋁合金鑄件加熱到較高的溫度(一般在接近於共晶體的熔點,多在500℃以上),保溫2h以上,使合金內的可溶相充分溶解。然後,急速淬入60-100℃的水中,使鑄件急冷,使強化組元在合金中得到最大限度的溶解並固定保存到室溫。這種過程叫做淬火,也叫固溶處理或冷處理。



時效處理,又稱低溫回火,是把經過淬火的鋁合金鑄件加熱到某個溫度,保溫一定時間出爐空冷直至室溫,使過飽和的固溶體分解,讓合金基體組織穩定的工藝過程。 



合金在時效處理過程中,隨溫度的上升和時間的延長,約經過過飽和固溶體點陣內原子的重新組合,生成溶質原子富集區(稱爲G-PⅠ區)和G-PⅠ區消失,第二相原子按一定規律偏聚並生成G-PⅡ區,之後生成亞穩定的第二相(過渡相),大量的G-PⅡ區和少量的亞穩定相結合以及亞穩定相轉變爲穩定相、第二相質點聚集幾個階段。



時效處理又分爲自然時效和人工時效兩大類。自然時效是指時效強化在室溫下進行的時效。人工時效又分爲不完全人工時效、完全人工時效、過時效3種:



1.不完全人工時效:把鑄件加熱到150-170℃,保溫3-5h,以獲得較好抗拉強度、良好的塑性和韌性,但抗蝕性較低的熱處理工藝。

2.完全人工時效:把鑄件加熱到175-185℃,保溫5-24h,以獲得足夠的抗拉強度(即最高的硬度)但延伸率較低的熱處理工藝。

3.過時效:把鑄件加熱到190-230℃,保溫4-9h,使強度有所下降,塑性有所提高,以獲得較好的抗應力、抗腐蝕能力的工藝,也稱穩定化回火。



那麼要如何循環處理?簡單來說鋁合金鑄件冷卻到零下某個溫度(如-50℃、-70℃、-195℃)並保溫一定時間,再把鑄件加熱到350℃以下,使合金中度固溶體點陣反覆收縮和膨脹,並使各相的晶粒發生少量位移,以使這些固溶體結晶點陣內的原子偏聚區和金屬間化合物的質點處於更加穩定的狀態,達到提高產品零件尺寸、體積更穩定的目的。



鑄造鋁合金熱處理工藝參數:

加熱溫度(℃) 保溫時間(h) 淬火溫度(℃) 加熱溫度(℃) 保溫時間(h)



熱處理操作技術要點:

1.熱處理前應檢查熱處理設備、輔助設備、儀表等是否合格和正常,爐膛各處的溫度差是否在規定的範圍之內(±5℃)。

2.裝爐前應吹砂或沖洗,應無油汙、髒物、泥土,合金牌號不應相混。

3.形性狀易產生翹曲的鑄件應放在專用的底盤或支架上,不答應有懸空的懸臂部分。

4.檢查鑄件性能的單鑄或附鑄試棒應隨零件一起同爐處理,以真實反映鑄件的性能。

5.在保溫期間應隨時檢查、校正爐膛各處溫度,防止局部高溫或燒化。

6.在斷電後短時間不能恢復時,應將在保溫中的鑄件迅速出爐淬火,等恢復正常後,再裝爐、保暖和進行熱處理。

7.在硝鹽槽中淬過火的鑄件,應在淬火後立即用熱水沖洗,消除殘鹽,防止腐蝕。

8.發現淬火後鑄件變形,應立即予以校正。

9.要時效處理的零件,應在淬火後0.5h內進行時效處理。

10.如在熱處理後發現性能不合格,可重複進行熱處理,但次數不得超過2次。

11.應根據鑄件結構外形、尺寸、合金特性等制定的熱處理工藝進行熱處理。



缺陷名稱 缺陷表現 產生原因 消除與預防辦法

力學性能不合格 退火狀態δ5偏低,淬火或時效處理後強度和延伸率不合格。退火溫度偏低或保溫時間不足,或冷卻太快;淬火溫度偏低或保溫時間不夠,或冷卻速度太慢(淬火介質溫度過高);不完全人工時效和完全人工時效溫度偏高,或保溫時間偏長,合金的化學成分出現偏差。再次退火,提高溫度或延長保溫時間;提高淬火溫度或延長保溫時間,降低淬火介質溫度;如再次淬火,則要調整其後的時效溫度和時間;如成分出現偏差,則要根據具體的偏差元素、偏差量、改變或調整重複熱處理參數。


變形、翹曲 熱處理後,或之後的機械加工中反映出來的鑄件的尺寸、外形變化。加熱速度或淬火冷卻速度太快(太激烈);淬火溫度太高;鑄件的設計結構不合理(如兩連接壁的壁厚相差太大,框形結構中加強筋太薄或太細小;淬火時工件下水方向不當及裝料方法不當。降低升溫速度,提高淬火介質溫度,或換成冷卻速度稍慢的淬火介質以防止合金內產生殘餘應力;在厚壁或薄壁部位塗敷塗料或用石棉纖維等隔熱材料包覆薄壁部位;根據鑄件結構、外形選擇合理的下水方向或採用專用防變形的夾具;變形量不大的部位,則可在淬火後立即予以矯正。


裂紋 淬火後的鑄件表面用肉眼可以看到的明顯的裂紋或通過螢光檢查肉眼看不到的微細裂紋。裂紋多曲折不直並呈暗灰色。加熱速度太快,淬火時冷卻太快(淬火溫度過高或淬火介質溫度過低,或淬火介質速度太快);鑄件結構設計不合理(兩連接壁壁厚差太大,框形件中間的加強筋太薄或太細小);裝爐方法不當或下水方向不對;爐溫不均勻,使鑄件溫度不均勻。減慢升溫速度或採取等溫淬火工藝;提高淬火介質溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質;在壁厚或薄壁部位塗敷塗料或在薄壁部位包復石棉等隔熱材料;採用專用防開裂的淬火夾具,並選擇正確的下水方向。


過燒 鑄件表面有結瘤,合金的延伸率大大下降。合金中的低熔點雜質元素如Cd、Si、Sb等的含量過高;加熱不均勻或加熱太快;爐內局部溫度超過合金的過燒溫度;測量和控制溫度的儀表失靈,使爐內實際溫度超過儀表指示溫度值。嚴格控制低熔點合金元素的含量不超標;以不超過3℃/min的速度緩慢升溫;檢查和控制爐內各區溫度不超過±5℃;定期檢查或校準測控儀表,確保儀表測溫、示溫、控溫準確無誤。


表面腐蝕 鑄件的表面出現斑紋或塊狀等與鋁合金鑄件表面的不同色澤。硝鹽液中氯化物含量超標(>0.5%)而對鑄件表面(尤其是疏鬆、縮孔處)造成腐蝕;從硝鹽槽中取出後沒得到充分的清洗,硝鹽粘附在鑄件表面(尤其是窄縫隙、盲孔、通道中)造成腐蝕;硝鹽液中混有酸或鹼或鑄件放在濃酸或濃鹼四周受到腐蝕。儘量縮短鑄件從爐內移到淬火槽的時間;檢查硝鹽中氯化物的含量是否超標,如超標,則應降低其含量(或濃度),從硝鹽槽中加熱的鑄件應立即用溫水或冷水沖洗乾淨;檢查硝鹽中酸和鹼的含量,如有酸或鹼則應中和或停止使用;不把鋁合金鑄件放在有濃酸或濃鹼的四周。


淬火不均勻 鑄件的厚大部位的延伸率和硬度低(非凡是其內部中心),薄壁部位硬度高(非凡是其表層)。鑄件加熱和冷卻不均勻,厚大部位冷卻慢,熱透性差。重新作熱處理,降低升溫速度,延長保溫時間,使厚薄部位溫度均衡;在厚壁部位塗敷保溫性的塗料或包覆石棉等隔熱性材料,儘量使鑄件各部位同時冷卻;使厚大部位先下水;換成有機淬火劑,降低冷卻速度。



熱處理設備的主要技術要求由於鋁合金淬火和時效溫度溫差範圍不大(因其淬火溫度接近合金內低熔點共晶成分的熔點),故其爐內的溫度差應控制在±5℃;要求測溫、控溫儀表靈敏、準確,以確保溫度在上述誤差範圍內;爐內各區的溫度應均勻,差別在1-2℃的範圍內;淬火槽有加熱裝置和循環裝置,保證水的加熱和溫度均勻;應定期檢查並更換已汙染的冷卻水。


淬火介質是保證實現各種熱處理目的或作用的重要因素。淬火介質的冷卻速度越高,鑄件冷卻的越激烈(快),金屬組織中α固溶體的過飽和程度越高,鑄件的力學性能也就越好,因爲大量的金屬間化合物等強化相被固溶到Al的α固溶體中去了。淬火介質按其對鑄件的冷卻速度的快慢依次爲:乾冰和丙酮的混合物(-68℃)、冰水、室溫的水、80-90℃的水、100℃的水、經霧化過的水、各種油(菜籽油等)、加熱到200-220℃的各種油、空氣等。


測溫、控溫儀表的精度不應低於0.5級,熱處理加熱爐應配有能自動測暖和控溫的自動記錄、自動報警、自動斷電、復電的裝置和儀表,以保證爐內溫度顯示和控制準確及溫度均勻。


熱電偶用鎳鉻-鎳矽、鎳鉻-鎳鋁質的直徑爲2.0-0.5㎜的偶絲。爲提高溫度儀的靈敏度、縮小溫度的波動範圍,最好使用Ф0.5-1.0㎜的上述材質的偶絲。並在使用前和使用過程(每3個月1次)檢測、校準1次。


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