高强度铝合金铸造及热处理工艺探讨

高强度铝合金铸造及热处理工艺探讨

尹炳坚

广东肇庆动力金属股份有限公司

摘要：为进一步提高熔模铸件精密度，保证铸件质量，就应加强分析高强度铝合金铸造和热处理工艺，了解当前铸件生产情况，并总结分析铸造及热处理工艺，提高高强度铝合金铸件总体水平，进一步满足机械领域实际使用需求。本文就先明确高强度铝合金铸造及热处理工艺，分析工艺特点，提出热处理对策，为相关研究人员提供参考。

关键词：高强度铝合金；铸造；热处理工艺

当前铝合金种类越来越多，这一材料想要继续发展受到铝材料的影响。不同铝合金的性能各不相同，所以铸造性能也有明显差异，要根据实际情况来选择铸造工艺，消除在铸造中存在的问题，提高铸造水平。

一、高强度铝合金铸造及热处理工艺

高强度铝合金铸造的优势在于密度小，性能高，而且强度也能达到要求，可以应用于工业、航天等方面，并都取得很好效果。高强度铝合金铸造应用量大，仅次于钢[1]。传统重力铸造的方法，会使得材料内部结构和性能被破坏，而高强度铸造的方法能结合先进技术，避免这些问题，还能进一步细化晶粒处理。所以，在实际铸造后的力学性能较为理想。

二、高强度铝合金铸造工艺

就以某型号为例，所用到的材料是高强度铝合金材料，性能高，并硬度会大于10HBS，抗拉强度也能达到400MPa以上，应用于汽车轮毂中具有很好效果。此外，因为这一材料特点明显，成分组成复杂，通过分析材料内部得出硅、锌等杂质不超过0.1%。高强度铝合金材料相比于其它材料，致密性好，收缩率低，能避免产生裂缝问题[2]。

（一）分析铸件特点

想要进一步了解掌握高强度铝合金铸造工艺，就以某大型熔模精密生产为基础，熔模精密部件为铝合金材料，通过测量后发现，其中锰含量为0.3%，铜含量为4.6%，此外还有一些金属。

（二）明确制造方案

在实际制造上，应用高强度铝合金材料和硅溶胶紧密制造方法，在浇筑上，可以采取侧注和底注的方法，在周围设立立柱，然后根据要求来设定缝隙浇道。采取重力浇注的方法，会因为受到金属溶液冲击影响，从而自身流动性不足[3]。根据工艺分析，选择蛇形直浇道的方法。并根据技术要求来检查高强度铝合金材料，保证杂质都没有超出预期规定。通过全面分析作业流程，了解各环节材料要求，采取石墨坩埚熔炼的方法来生产。

在生产过程中，工作人员将各类材料投入到其中，并观察熔化过程。在金属温度上升到700℃的时候，工作人员将所有的材料充分搅拌，并控制时间在10分钟以内。等待温度上升至740℃后，将准备好的金属导入到坩埚中，温度要始终保持在750℃，并根据要求来对其精练处理。控制好温度能避免出现渣体上浮问题，影响铸件质量。在这一次的铸造环节上，通过对技术的应用，能保证铸件达到要求，在2个小时内完成作业。

（三）有效处理缺陷

高强度铝合金在铸造上，如果操作不正确，或者是材料自身存在问题，都会容易出现夹渣和疏松等问题[4]。因此，在实际铸造上，就应确保各环节质量都能满足要求，一旦从中出现问题，就必须要及时处理。比如，在熔模精密铸造中，工作人员通过对铝合金材料搅拌时间空间，确保在2个小时以内完成浇筑，提高铝合金的均匀性。还加入六氯乙烷结合精练方法，能提高精练水平，也能让液体达到均匀性要求。此外，在这一工作上增加四根筋条，周围厚度不均匀，也会容易出现疏松。因此，就要做好分析，工作人员可以通过补贴工艺联合筋条根部厚度位置，保证厚度能达到要求，避免出现疏松。

三、高强度铝合金热处理作用

（一）退火

加热铝合金保持在一定温度后，然后再缓慢冷却，这就是退火工艺。这一工艺的实际目的是为消除在铝合金中所存在的内应力，保证内部结构稳定。根据实际目的，退火还可以分为去应力、均匀退火等。应力退火就是在材料中如果存在内应力，会导致铝合金受到应力影响腐蚀，从而造成整个机械不稳定[5]。而利用应力退火的方法，能去除在铝合金中所存在的内应力，还能从中保留加工强度。影响应力退火最大因素就是温度，如果在加热上温度超出要求，就会对铝合金自身强度造成影响，过低又会导致内应力无法全部消除。

（二）淬火时效

固溶处理就会受到很多因素影响，比如冷却和保温时间等，淬火高温加上保温，能让合金元素在晶格中得以分布均匀，强化融合越充分，能促进时效。固溶液体在淬火后会打破平衡，从而分解和析出多余溶质原子，时效会受到自然和人工两方面因素的影响。在常温下能析出就是自然时效，但是这也只是完成基础阶段，人工时效是通过升高温度的方法，来增加原子活跃能力，完成析出。相比于同类型铝合金，时效效果包括淬火加热时间和塑性变形等。

四、高强度铝合金热处理工艺方案

（一）制作合理热处理工艺方案

在正式对高强度铝合金热处理前，应先分析和明确工件性能，根据我国相关标准和要求，制定具体热处理方案，保证各项工艺技术数据都能符合实际要求，从而取得理想高强度铝合金处理效果。从实际情况分析，热处理落实上，工件的保温时间应控制在9~20个小时，并按照具体情况来采取对应冷却方法。一般情况下是在固溶后处理，让铸件质量能达到要求

[6]。

（二）把控热处理工艺要点

高强度铝合金在热处理完成后，想要达到的效果就是提升力学性能，满足使用需求。虽然高强度铝合金的优势较大，但是往往在铸造中会因为各因素影响导致出现夹渣和疏松等问题。所以，就要进一步控制和管理。针对这一情况，在加工过程中，工作人员要根据实际情况来选择对应的热处理工艺技术方案，首先要明确固溶温度数据，保证满足科学要求。在固溶温度较低的情况下，确保在9小时以内。工作人员也要管理在淬火阶段的温度，要让零件装炉有一定间隙，避免在交叠上不能快速达到要求。此外，淬火问题如果不能满足要求，会导致冷却速度和时间不能达到要求，这也会影响工作性能，产生较为严重后果，对工件性能造成影响。

为进一步保证高强度铝合金性能达到要求，在热处理上要根据数据明确环节，合理分析情况，保证满足技术要求。并将合金固溶温度设定在530℃左右，固溶时间控制在10~18小时以内。高强度铝合金通过热处理后，采取分装的方法，能避免叠放，加强对时间控制，能保证铸件性能达到要求。同分析看出，在热处理上，如果环境温度在10℃以下，就应转移到淬火槽中控制15s以内，这样才能让部件力学达到实际要求。

结语：

总而言之，高强度铝合金作为一种高性能材料，在各行业都得以充分应用。那么，在生产高强度铝合金上，热处理是保证性能关键，只有加强对热处理技术研究，并在工作上重视热处理，这样才能提高加工水平，也能推动各行业向前发展，发挥高强度铝合金实际作用。

参考文献：

[1]边明勇.高强度铝合金铸造与热处理技术研究[J].山西冶金,2021,44(05):200-202.

[2]戎康.高强度铝合金的铸造及热处理工艺研究[J].冶金与材料,2021,41(03):80-81.

[3]华东媛,葛学伟.高强度铝合金铸造及热处理工艺研究[J].冶金与材料,2020,40(05):39-40.

[4]邓攀科. 城轨车辆铝合金铸造牵引梁材料与成型工艺研究[D].北京交通大学,2020.

[5]雷晓燕,王娟.高强度铝合金铸造及热处理工艺分析[J].南方农机,2019,50(06):4+7.

[6]王华侨,王永凤,郭玉,张权,付忠奎,冯四伟,罗海涛,赵华萍,李玉胜,翟虎,赵连君,赵偲宇.大型薄壁高强度铝合金异型舱壳精密砂型铸造成型关键技术应用研究[J].模具制造,2019,19(03):59-68.