解決薄殼體鑄鋁零件熱處理變形問題

漢光重工有限責任公司軍品部精加中心 （河北邯鄲 056028） 陳旭波

隨著我國裝備制造業的快速發展，鋁制零件的加工變得越來越重要，而其中很多是常見的裝備外殼體，且大多是較大的薄壁殼體。此類零件常用鋁錠鑄造成形，鑄成后為使零件材料組織滿足切削加工性能和物理性能，一般都要進行熱處理淬火和時效。由于結構上的特殊性，該類零件熱處理后會產生明顯的變形；作為薄壁件，這類零件如果熱處理后變形太大，就無法滿足使用要求。而零件變形后一般的解決措施是對零件先進行熱處理退火，而后讓鉗工進行校形，這樣鉗工雖然能夠對零件校形，但由于退火，零件材料的強度和硬度都大大降低，影響零件性能，而如果不退火，零件則難以校形。解決思路就是找到在零件不用退火的狀態下可以對零件校形的方法。

筆者長期從事機械加工工藝的編制，現就現實生產中遇到的此類問題和通過試驗采取的一些解決措施，與大家相互探討和交流。

圖1為某型號設備的外殼體，形如簸萁狀，通體壁厚為4mm，要求除大平面和平面周邊輪廓鑄造留量加工成形外，零件其他表面皆直接鑄造成形。零件外形尺寸為：寬500mm，高約800mm，兩弧面半徑為500mm和400mm。由于屬于薄壁殼體，為保證零件鑄造精度和表面質量，結合鑄造成本，工藝上采取金屬型砂型鑄造。

要求零件的熱處理狀態為 T6（淬火+人工時效）。為了減小淬火時的零件變形，鑄造時從工藝角度要求對零件加鑄支撐筋（見圖1）。然而熱處理時，經過淬火和人工時效，零件變形很嚴重，不能滿足使用要求。筆者嘗試把零件固定到厚鋼板上進行熱處理（見圖2），但熱處理后松開夾板，零件仍然變形嚴重，認為可能是鋼板和鋁材熱膨脹系數不同所致。然后筆者調查熱處理的整個過程，發現零件的變形主要發生在淬火過程中，而在零件進行人工時效過程中變形很小。鑄鋁件進行熱處理（T6狀態）的目的和原理：T6狀態是為了使零件得到較高強度。原理是淬火是讓材料產生大量的過飽和固溶體，而過飽和固溶體析出組織的結晶體能夠硬化材料組織。而后的人工時效是為了加速結晶體的長成聚集和彌散，從而使材料短時間內達到性能要求。如果淬火后讓零件材料在常溫下自然形成結晶體（即自然時效），這一過程需要100~150h，所以自然結晶過程比較緩慢，而人工時效的目的是加速它的發展。鋁材零件淬火后在晶體形成前材料非但沒有變硬反而變得比之前更軟，塑性更好，形似退火效應。

圖1

圖2

根據上述原理，筆者從工藝上采取：在零件淬火后短時間內讓鉗工對其校形，而后再進行人工時效這一措施來減小零件的熱處理變形。具體做法：淬火后，待零件溫度降至40℃以下時（即人帶上手套能夠觸摸時），讓鉗工根據零件尺寸進行校形，因是薄壁件，且零件材料此時比較軟，故一般使用木錘子進行校形，必要時可用工裝夾持校形，待零件形狀滿足圖樣尺寸后，進行人工時效或自然時效，這樣零件變形就非常小。通常情況下，淬火后1h左右，零件便能進行校形，如果時間耽擱太長，由于固溶體析出組織開始結晶，零件材料開始變硬，這樣就難以校形。