擠壓鑄件的熱處理研究

鄭玲

（達州職業技術學院機械系，四川達州635001）

1 引言

擠壓鑄件廣泛應用于各種各樣的汽車、火車、飛機、摩托車、電動車、自行車等的制造行業，大大改善了人們的交通運輸生活。然而，熱處理在其中起到了關鍵性作用。那么，在擠壓鑄件的熱處理中我們應注意些什么呢？本文就擠壓鑄件的熱處理展開進行了研究。

2 熱處理

熱處理過程中，將某些需要的金屬提高到預定的溫度，維持這個溫度不變一段時間后，以需要的速度降溫，因而其中的形狀結構性能特點得到我們想要的物理特性、化學特征、生物特點、工藝需要等。

熱處理技術可以改變工具的工作性能，將每一份鑄件的材料性能發揮到極致，以此來延長鑄件的壽命。工業的發展更是需要鑄件材料具有耐高溫、耐磨損、耐伸縮、耐擊打等特性，只有經過特殊的熱處理方能得到這些材料性能。

3 擠壓鑄件的熱處理

擠壓鑄件是通過擠壓鑄造得到的優質機械鑄件。對澆灌成形液態金屬材料加以一定的壓力，將其從液態凝固為固態，并從中獲得大量的分子能量，就可以進行熱處理了。下面主要介紹擠壓鑄件熱處理的研究情況。

3.1 Al-Si合金熱處理

（1）從熱處理前后的顯微比較中，會發現熱處理前的組織是分散不成形的，根本就沒有一個基本的形狀呈現，反而顯得組織粗大；但是通過熱處理之后，組織顯然是均勻分布于整個鑄件，幾乎沒有存在任何細縫。也就是說，經過熱處理的Al-Si合金內部的組織結構已經發生了改變，變得更加密實。

（2）從熱處理前后的斷口樣貌對比可見，熱處理前，疊面層較多，微觀表面不平坦，呈波浪狀，沒有韌性，很容易斷裂。經過熱處理后，表面平坦，韌性增大，很少發生脆性斷裂情況，但是同時也存在韌性斷裂的威脅。熱處理后的擠壓鑄件可承受206.2MPa的拉力壓強，大大超過了未經過熱處理的最大限度，增加了4.5%左右的能量分子，有效增大了強度。

（3）熱處理讓Al-Si的強度大大提升，穩定度、合金塑性、延伸長度等均有提升。

T6熱處理前后合金顯微組織如圖1，T6熱處理前后合金斷口形貌如圖2。

3.2 液態與半固態A380鋁合金

（1）顯微組織的對比。液態A380鋁合金呈現小小的樹枝晶體鋪滿整個平面，狹長而纖細。而中間有些較其較大的洞孔，直徑約為10～50μm。而半固態的整個圖案就是一朵正在盛開的薔薇花，密實的組織，狹小的空洞，就像一道厚厚的圍墻，阻止了外面氣體的進入，起到保護及防御的作用。成功進行熱處理后，狹小的洞孔瞬間增大，最大直徑可達200μm，最小直徑也不會低于50μm。而半固態的A380鋁合金卻還是維持著之前的桿狀形態，似乎沒有受到一點影響。之所以會出現這種情況，是因為485℃的高溫處理，半固態的A380鋁合金依然還是沒有進行材料溶解，根本沒辦法產生類似于液態結果中的孔洞。這也就是說，半固態的金屬能使用熱處理，而液態的技術則還需要繼續努力。

圖1 T6熱處理前后合金顯微組織

圖2 T6熱處理前后合金斷口形貌

（2）力學特征的對比。與液態的A380鋁合金相比，同樣狀態下的半固態鑄件的最高壓力數值降低2.48%、壓力平均數值降低3.9%、延長數值最長降低91.5%，平均延伸長度降低166.2%。液態下的物質呈流水形存在，沒有固定的形狀，也導致了松散、分布不均勻的缺陷；而半固態則因為粘稠性的存在，容易將周圍的物質結合，形成質地均勻、具有一定硬度的晶體組織，從而大大增加了物體的抗壓能力。但是在熱處理之后，液態的最大（平均）抗壓能力居然下降至236MPa，最大（平均）延伸長度更是降低了59.2%。而半固態的最大（平均）抗壓能力明顯上升到334MPa（與鍛鋁相同），最大（平均）延伸長度雖然呈現下降狀態，卻沒有液態的嚴重。原因是孔洞吸收了外界的氣體，導致內部空虛，從而導致液態A380鋁合金的力學特征發生巨大變化。

液態壓鑄及半固態壓鑄零件的顯微組織如圖3，液態壓鑄件及固態壓鑄件熱處理后顯微組織如圖4。

圖3 液態壓鑄及半固態壓鑄零件的顯微組織

圖4 液態壓鑄件及固態壓鑄件熱處理后顯微組織

4 擠壓鑄件的熱處理后遺癥

熱處理對擠壓鑄件的應用性能起到關鍵性的作用。但稍有不慎，就會引起起泡缺陷。

4.1 起泡的緣由

液態下的金屬材料由于孔洞的存在，容易吸入大量的氣體或容易分散的小分子雜料。就像液態下的Al-Si一樣，由于無法及時排除瞬間吸入的氣體，而導致孔洞膨脹，之后的熱處理更是把其外來物質壓制在金屬里面，熱脹成一個又一個的泡。

4.2 起泡的分類

熱處理的起泡往往跟工作方式、擠壓技術、模型特點有關。本文主要針對直接擠壓和間接擠壓的情況來分析防止起泡的辦法。

（1）直接擠壓鑄件的起泡。也就是液態金屬從下方的陷下去的模型中澆灌而入，再將物頭從上往下用力壓下來，從而提升物體內部的壓強。這種辦法使得金屬物質處于下方，其上都是斷裂的空氣。氣體比液體更易流動，因此空氣可以從兩側的縫隙排擠出去。排氣間隙的大小是關鍵問題，排氣間隙過小，則氣體排擠速度慢，容易造成堵塞問題；排氣間隙過大，則氣體排擠過快，造成金屬液體也一起被排出去。因此我們必須根據氣體量來確定排氣間隙：H7/e8、H7/d8（鑄件為鋁、鎂合金），物頭由閉合處到底部的高度則為20～50mm。當然也可以在物頭或其棒長面加上一些深0.05～0.1mm、寬10～30mm的槽來增大物體內部的排氣速度。

（2）間接擠壓鑄件的起泡。與直接擠壓鑄造的方法相比，會發現間接擠壓鑄造中的金屬流動距離更長，而且由于模具形狀更復雜多樣，導致起泡的處理難度更大。然而，直接擠壓鑄造的方法為從上面壓向下面，間接擠壓鑄造的方法為從下面壓向上面，且間接擠壓鑄造物口寬度、金屬液體流道的寬度更大，因而間接擠壓鑄造中金屬流液的速度大大提高，所以出現起泡缺陷的幾率大大降低。

同時，液態金屬的流線速度控制也很關鍵。當物頭擠壓頻率過快，液態金屬流動速度也隨之加快，則會導致金屬液體出現漩渦，將外界氣體帶入其中，引起起泡的現象產生；但是物頭擠壓頻率過慢，則會使金屬流液產生凝固狀態而呈現充不滿的現象。所以，對于擠壓物頭的速度應控制在0.8m/s以下。根據實際情況，可以控制在0.1m/s的范圍內，或者控制在0.2～0.4m/s的“高速運動”范圍下。

還可以在模具的設計方面進行改進，如增大圓角的過渡，或增加通往模具內部的路線。

5 結論

對Al-Si合金熱處理后，合金的抗拉強度、塑性得到了充分提高，合金組織形貌發生了巨大改變。對半固態壓鑄件與液態壓鑄件進行熱處理，半固態壓鑄件的抗拉強度增大，液態壓鑄件的抗拉強度減小。同時，延伸率都呈現下降狀態，但半固態壓鑄件的下降幅度要比液態壓鑄件的更小。直接擠壓鑄件可以使用油劑涂料，處理好排氣的問題就可以正常進行熱處理。間接擠壓鑄件需要合理地設計排氣道寬度，嚴格按照標準控制金屬流液速度。

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