ZL101材料熱處理工藝探討

徐年寶

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121）

ZL101材料熱處理工藝探討

徐年寶

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121）

通過對ZL101材料熱處理工藝試驗以及性能測試，獲得了其最佳的熱處理工藝，對生產(chǎn)和教學(xué)有一定的指導(dǎo)意義。

固溶處理；時效處理；鋁合金

ZL101是一種鑄造鋁合金材料，由于其良好的鑄造性能、較高的致密性而成為制造那些整體、薄壁、復(fù)雜鑄件比較理想的鑄造鋁合金材料如汽車零件、工程機(jī)械零件、船舶零件等等，而對于這種材料的使用性能，其熱處理起著至關(guān)重要的作用，本文就其熱處理對ZL101性能的影響做一些探討，以提供制定合理熱處理工藝的參考。

1 試驗試樣

1.1 材質(zhì)

合金牌號：ZAlSi7Mg代號：ZL101

化學(xué)成分：Si＝6.5%～7.5%Mg＝0.25%～0.45%，其余為Al。

1.2 試樣

試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T228—2002規(guī)定做成若干標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣短試樣，如圖1所示：

2 試驗方法

試驗設(shè)備：T4熱處理爐、LDS—200拉伸試驗機(jī)、HRE—3000布氏硬度計、XJL—A金相顯微鏡

試驗分兩個階段進(jìn)行：

圖1 試驗試樣Fig.1 Test sample

2.1 固溶處理試驗

采用144個試樣，分別在固溶溫度500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃，按照表1的工藝時間進(jìn)行試驗，熱處理爐采用天然氣燃燒式可控氣氛爐，冷卻介質(zhì)為65℃熱水。熱處理完成后，對所有試樣進(jìn)行拉伸試驗，測得伸長率和抗拉強(qiáng)度；然后將每個拉斷的試樣的一端如圖1所示，沿一端面20mm處切割成硬度金相試樣，對每個切割試樣進(jìn)行硬度和金相試驗分析。

表1 固溶處理工藝方法Tab.1 Test of solution heat treatment

2.2 時效處理試驗

通過固溶處理試驗得到最佳固溶處理溫度和保溫時間的基礎(chǔ)上，在此工藝之后，進(jìn)行時效處理的工藝、性能試驗。工藝方法見表2：

表2 時效處理試驗Tab.2 Test of ageing treatment

試驗設(shè)備為烘箱，試樣數(shù)90，工藝完成后對所有試樣進(jìn)行拉伸試驗，測得伸長率和抗拉強(qiáng)度，作為性能分析的依據(jù)。

3 試驗結(jié)果與討論

（1）固溶處理后各工藝伸長率（每3試樣測量值的平均值）

（2）固溶處理后各工藝抗拉強(qiáng)度（每3試樣測量值的平均值）

（3）固溶處理后各工藝硬度（每3試樣測量值的平均值）

（4）固溶處理后的金相組織，由于圖片有144幅之多，限于篇幅，這里僅列4幅典型圖片（見圖2—5）。

表3 固溶處理工藝對材料伸長率的影響Tab.3 Effect on tensile elongation of solution heat treatment

表4 固溶處理對材料抗拉強(qiáng)度的影響Tab.4 Effect on tensile strength of solution heat treatment

表5 固溶處理對材料硬度的影響Tab.5 Effect on hardness of solution heat treatment

圖2 510℃保溫5小時固溶處理后的組織Fig.2 Constitution after 510℃5h

圖3 530℃保溫5小時固溶處理后的組織Fig.3 Constitution after 530℃5h

（5）固溶處理結(jié)果

通過上述試驗可以看出，ZL101材料在固溶處理采取530℃保溫5小時工藝后，無論是材料伸長率、抗拉強(qiáng)度，還是金相組織，都表明其性能是最好的。

（6）時效處理試驗

選取90個標(biāo)準(zhǔn)試樣，先采取530℃保溫5小時固溶處理，然后按表2的規(guī)范進(jìn)行時效處理試驗，其結(jié)果如下：

（7）分析與討論

圖4 550℃保溫5小時固溶處理后的組織Fig.4 Constitution after 540℃5h

圖5 570℃保溫5小時固溶處理后的組織Fig.5 Constitution after 570℃5h

從表3-表5可以看出：ZL101在固溶處理工藝530℃加熱保溫5小時，其伸長率、抗拉強(qiáng)度、硬度值等性能最好，從圖2-圖5金相組織中也能看出，在此工藝時期組織最佳。從表6中可以看出：ZL101固溶處理后采用170℃時效11小時后其性能最佳。造成這些結(jié)果的主要原因如下：首先，ZL101是一種鋁硅鎂合金，其熔點比鋼鐵材料低得多，所以其鑄造成本比鋼鐵材料要低，其次，ZL101在固溶處理時，由于共晶體的形成，強(qiáng)化了基體，提高了材料性能，但共晶體在不同的溫度下形態(tài)各異，導(dǎo)致性能各異，故合適的固溶溫度和處理時間才能使材料具有最佳的性能，再者，ZL101固溶處理后，在時效處理時由于又有新的晶體的形成，導(dǎo)致了性能的變化，故合適的時效溫度和時間又是重要的選擇?？傊?，經(jīng)過合適的固溶處理和時效處理后，ZL101材料可以具有較好的力學(xué)性能，可以在很多產(chǎn)品領(lǐng)域得到應(yīng)用。

表6 時效處理對性能的影響Tab.6 Effect on production of ageing treatment

4 結(jié) 論

ZL101材料鑄造后采用530℃加熱保溫5小時，65℃熱水中冷卻，然后加熱170℃時效11小時，經(jīng)這樣處理，該材料具有較好的力學(xué)性能，能夠滿足許多產(chǎn)品零件的性能要求。

［1］ 袁成祺.鑄造鋁合金、鎂合金標(biāo)準(zhǔn)手冊［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1994.

［2］ 張忠玉.鋁及鋁合金工藝與設(shè)備［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2006.

［3］ 王長生.金屬材料及熱處理［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1991.

［4］ 丁惠麟.實用鋁，銅及其合金金相熱處理和失效分析［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］ 潘復(fù)生.鋁合金及其應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

Discussion on the Heat Treatment Process of the ZL101

XU Nianbao
（School of Mechanical Technology，Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China）

In the paper，heat treatment process and materials performance testing of ZL101were made，and the best heat treatment process was acquired，which has an active effect on production and teaching.

solution heat treatment；aging treatment；aluminium alloy

TG 162

A

1671-7880（2012）02-0070-04

2011-11-05

徐年寶（1961— ），男，江蘇無錫人，副教授，研究方向：材料、熱處理。