熱處理工藝對薄壁鋁合金鑄件組織性能影響研究

（黃河鑫業有限公司，青海 西寧 810000）

由于制造業以及輕工業的需求，薄壁鋁合金鑄件被廣泛的應用到各個領域。現今，在輕工業中，薄壁鋁合金鑄件由于其高強度而具有相對高的加工強度，并且在汽車關鍵結構部件上具有一定的應用[1]。由于其它元素的加入，原始金屬的CCT曲線向右移動，在一定的冷卻速率條件下更容易發生馬氏體變化，從而提高了拉伸強度。然而，在實踐中，在薄壁鋁合金鑄件模塑過程中，由于高強度和組織轉變量與強度之間的關系比較復雜而難以加工。但是，薄壁鋁合金鑄件本身容易在高溫下氧化，其馬氏體轉化率對加熱溫度敏感是可以區分在哪種溫度條件下能夠獲得最佳性能，探索組織的晶粒尺寸和馬氏體變化量對強度的混合效應是研究的重點。

1 實驗材料以及實驗方法

將薄壁鋁合金鑄件作為實驗原料，經過研究發現，薄壁鋁合金鑄件的最佳溫度范圍為870-900℃，將模擬軟件設為該溫度，并將晶粒大小設置為9級大小，得到了對應的曲線如圖1。

由圖1可以看出，當溫度達到290℃時，就可以獲得80%以上的馬氏體組織。由于薄壁鋁合金鑄件本身具有厚度，通過計算公式計算可知對應的奧氏體化保溫的時間為1.9min，又因為其它因素的影響，將保溫時間定為3.5min。本實驗主要是通過制冷的方法對冷卻速度進行控制，加熱的溫度為820℃～940℃，一般將加熱40℃作為一個梯度，采用電阻爐進行相應的加熱。

圖1 薄壁鋁合金鑄件對應的CCT曲線

在熱處理工藝結束后，利用2.8%濃度的硝酸酒精對金相組織進行腐蝕，再通過顯微鏡對其進行觀察。按照一定的標準，在顯微鏡的觀察下，利用試驗機對室溫進行控制，并進行拉伸試驗，拉伸速度為3mm/min。然后利用顯微鏡對其維氏硬度值進行觀察[2]。

2 溫度增加對薄壁鋁合金鑄件組織性能的影響

當薄壁鋁合金鑄件加熱到不同溫度后保溫3.5min后的金相組織都是不同的。溫度為820℃時，金相組織里有鐵素體以及少量的珠光體，這時候硬度以及抗拉能力都是比較低的。將溫度升到850℃～940℃之間時，金相組織就都是馬氏體了，但是其中的奧氏體量是不同的。當溫度在850℃～920℃之間時，因為薄壁鋁合金鑄件本身經過形變，所以，在這個階段，溫度所提供的熱量主要所用于形核，其晶粒開始變得精細，其主要的表現就是馬氏體晶粒比較精細。當溫度達到920℃～940℃時，這時候溫度提供的熱量主要共計于捷徑過程，表現為馬氏體的晶粒比較大。

對各階段的金相圖片的馬氏體轉變量進行統計，發現隨著溫度的變化，馬氏體轉變量也在發生著變化，并存在一定的規律。

當溫度超過850℃時，馬氏體轉變的速度開始下降。鋁合金具有擴大奧氏體組織的作用，在溫度臨界點時，其會向奧氏體中擴散，在加溫完成，保溫時間3.5min后，會得到更多的奧氏體組織。

根據統計分析可以看出硬度以及抗拉能力也是隨著溫度的變化而產生變化。當溫度升高的時候，薄壁鋁合金鑄件的硬度以及抗拉能力都在增強，但是到了一定的溫度后，其硬度以及抗拉能力開始呈下降趨勢。

主要的原因是，在溫度為820℃～850℃之間時，奧氏體會增多，使得馬氏體轉變量增加，所以鋁合金的硬度及其抗拉能力都得到了提高；當溫度達到850℃時，馬氏體組織開始變得更加精細，這個時候，鋁合金的硬度再一次的被提高，但是由于其晶粒形成過程的影響，奧氏體量不斷的增加，導致鋁合金硬度以及抗拉能力的增加速度變慢；當溫度達到920℃～940℃時，溫度所提供的能量都被形變所吸收，這個時候組織將開始發生粗化，鋁合金的硬度以及抗拉能力開始呈下降的趨勢。

3 結論

（1）對于鋁合金來說，隨著溫度的升高其馬氏體轉變量不斷的減少。原因是溫度的升高會導致鋁合金的擴散，從而奧氏體穩定性提高，導致馬氏體轉變量開始下降；

（2）在降溫條件下可以獲得更加精細的馬氏體組織，這時候馬氏體轉變量增多導致鋁合金的性能提升；

（3）經過試驗發現：最佳的熱處理工藝溫度為920℃，然后保溫3.5min，最后利用室溫水直接進行淬火。

4 結語

本文主要利用實驗分析熱處理工藝對薄壁鋁合金鑄件組織性能的影響，希望對以后的研究有所幫助。