一种使铝合金获得高尺寸稳定性的热处理方法

摘要

本发明涉及一种使铝合金获得高尺寸稳定性的热处理方法，其特征在于：在铝合金热处理过程中同时应用了175-185℃时效和245-255℃过时效两种时效处理工艺；在完成温度为490-500℃，时间为0.5-6小时的固溶处理后，进行时效处理，本发明所陈述的热处理方法可以应用于在高温使用条件下，具有较高尺寸稳定性要求的，汽车动力系统零件的热处理。所述的热处理方法可以确保铝合金在250℃以下，长期使用条件下具有良好的尺寸稳定性能，在无外加应力条件下，零件的永久变形不大于0.05%。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使铝合金获得高尺寸稳定性的热处理方法，特别是涉及一种用于汽车动力系统Al-Si-Cu-Mg合金的热处理工艺，具体是通过特定的热处理工艺保证铝合金零件在高温（≦250℃）使用条件下具有良好的尺寸稳定性能。

背景技术

铝合金是一种低密度的金属结构材料，其比强度、比模量高，机械加工性能优良，有较好的耐蚀性能，优良的减振性能和切削加工性能，并能承受一定的冲击震动负荷，采用铝合金可以降低产品的自重，减少加工能量，降低能源消耗。随着汽车轻量化和节能环保的要求，铝合金铸件已经广泛地应用于汽车工业，并用于发动机缸体，缸盖等重要关键零件的制造。然而铝合金零件在热处理以及高温使用过程中往往伴随着尺寸变化，引起尺寸变化的因素主要有两个方面，其一是由于温度升高引起的热膨胀，其二是使用过程中析出相引起的尺寸变形。第一部分的变形随着铸件回到初始温度，其尺寸变化可以消失，第二部分的尺寸变形是由于合金内部相变引起的，即使是回到初始温度，此部分变形也无法完全消失，形成永久变形，而且随着热循环次数的增加，此部分变形还会变化。铝合金零件使用过程中产生永久变形，将会影响到与其配合的零件（诸如镶嵌缸套等零件产生变形）的尺寸变化，从而影响到整体的工作效能。因此铝合金零件在热循环工作条件下的永久变形一直是铝合金零件的制造者和应用者关注的问题。

Al-Si-Cu-Mg合金在高温条件下工作产生尺寸永久变形的主要原因是由于长时间在高温条件下工作，在铝合金显微组织中会出现析出相，析出相的比体积与α-Al存在差异，从而导致铝合金部件在使用过程中产生伸长或者收缩的永久变形。就Al-Si-Cu-Mg合金体系而言，在≦250℃条件下长期工作，Si相相对较为稳定，引起尺寸变化的主要是如表1所示的析出相，由于各析出相的析出温度不同，相互之间还存在相互转变。因而如果在同一温度下进行人工时效，析出相的相转变不完全，从而导致在随后的高温使用条件下析出相继续产生相转变，从而引起铝合金零件的永久变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使铝合金获得高尺寸稳定性的热处理方法，可应用于汽车动力系统Al-Si-Cu-Mg合金铸件的热处理。通过变温时效处理的方式实现铝合金在高温热循环过程中的尺寸稳定性，使铝合金显微组织中，含有大量稳定的尺寸为0.2-3μm的颗粒状析出相，使得材料整体的尺寸稳定性高具有了良好的显微组织结构基础。

本发明的技术方案是这样实现的：一种使铝合金获得高尺寸稳定性的热处理方法，其特征在于具体的热处理过程如下：在铝合金热处理过程中同时应用了175-185℃时效和245-255℃过时效两种时效处理工艺；在完成温度为490-500 ℃，时间为0.5-6小时的固溶处理后，进行时效处理其过程如下，第一次为时效处理，处理温度：175-185℃，时间：2/3-1小时；第二次为过时效处理，处理温度：245-255℃，时间：2/3-1小时；第三次为时效处理，处理温度：175-185℃，时间：1-3小时；通过以上的时效处理过程，首先使析出相析出，然后采用过时效处理工艺使析出相析出过程完整，最后通过时效处理工艺使合金显微组织中析出相稳定，并转变为θ^,相（Al₄Cu₂）,S^,相(Al₂CuMg)以及少量的θ相（Al₈Cu₄）和θ^{,> 相（Al₆Cu₂）。}

所述的铝合金，其合金体系为Al-Si-Cu-Mg系合金，经热处理后的显微组织为在α-Al基体组织中均匀分布着硅相和尺寸为0.2-3μm的颗粒状析出相。

所述的热处理方法中的固溶处理，时效和过时效处理时间可以根据零件的厚度在声明的时间内进行调整，但不能少于最低的时间要求。

本发明的积极效果是可以用于汽车动力系统零件等需要具有高温尺寸稳定性要求的铝合金铸件的热处理，所述的热处理方法可以确保铝合金在250℃以下长时间工作条件下具有良好的尺寸稳定性能，其无外加应力条件下永久变形不大于0.05%。（析出相的相关特性如表1所示）。

表1>系合金中的析出相及相应参数。

序号析出相组成Cu含量Wt%Mg含量Wt%比体积（cm³/>1θAl₈Cu₄54.2-0.22992θ^,Al₄Cu₂54.2-0.24273θ^,>Al₆Cu₂44.0-0.26114S^,Al₂CuMg44.817.10.2817

附图说明

图1 为实施例1中铝合金材料经热处理后的金相组织。

图2 为实施例1中铝合金材料经热处理后的析出相的扫描照片。

图3 为实施例1中铝合金材料经3次高温热循环以后材料永久变形测试结果。

图4 为实施例2中铝合金材料经热处理后的金相组织。

图5 为实施例2中铝合金材料经热处理后的析出相的扫描照片。

图6 为实施例2中铝合金材料经3次高温热循环以后材料永久变形测试结果。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1

铝合金发动机缸体铸件，合金成分：Si: 6.5 ､Cu :3.5 ､Mn:0.35 ､Mg:0.55､其余为铝，零件平均壁厚3.5mm。

热处理工艺为：

固溶处理温度：495±2 ℃，时间：3小时；

人工时效处理

第一次，温度：175℃，时间：2/3小时；

第二次，温度：245℃，时间：1小时；

第三次，温度：175℃，时间：1小时；

尺寸稳定性测试试样由铸件内部切取，尺寸为φ5×25。高温热循环测试温度为250℃，测试条件为：由室温加热至250℃，加热速度10℃/min，保温5h，冷却至室温，冷却速度10℃/min，室温下保温1h，测量试样的永久变形。重复上述测试过程，共进行3次热循环。以5个测试试样结果进行平均，计算样品的永久变形量。经热处理后其金相组织和析出相如图1和图2所示，样品的永久变形量如图3所示，可见样品的永久变形量小于0.05%。

实施例2

铝合金发动机缸体铸件，合金成分：Si: 6.0 ､Cu :3.2 ､Mn:0.35 ､Mg:0.55､其余为铝，零件平均壁厚4.0 mm。

热处理工艺为：

固溶处理温度：495±5 ℃，时间：3.5小时；

人工时效处理

第一次，温度：185℃，时间：2/3小时；

第二次，温度：255℃，时间：1小时；

第三次，温度：185℃，时间：2.5小时；

尺寸稳定性测试试样由铸件内部切取，尺寸为φ5×25。高温热循环测试温度为250℃，测试条件为：由室温加热至180℃，加热速度10℃/min，保温5h，冷却至室温，冷却速度10℃/min，室温下保温1h，测量试样的永久变形。重复上述测试过程，共进行3次热循环。以5个测试试样结果进行平均，计算样品的永久变形量。经热处理后其金相组织和析出相如图4和图6所示，样品的永久变形量如图6所示，可见样品的永久变形量远小于0.05%，在0.03%附近。

实施例3

铝合金发动机机托架，合金成分：Si: 6.1 ､Cu :3.8 ､Mn:0.26 ､Mg:0.35､其余为铝，零件平均壁厚4.2 mm，最大壁厚8.0mm。

热处理工艺为：

固溶处理温度：490±5 ℃，时间：4.5小时；

人工时效处理

第一次，温度：180℃，时间：1小时；

第二次，温度：250℃，时间：1小时；

第三次，温度：180℃，时间：3小时；

尺寸稳定性测试试样由铸件内部切取，尺寸为φ5×25。高温热循环测试温度为250℃，测试条件为：由室温加热至180℃，加热速度10℃/min，保温5h，冷却至室温，冷却速度10℃/min，室温下保温1h，测量试样的永久变形。重复上述测试过程，共进行3次热循环。以5个测试试样结果进行平均，计算样品的永久变形量，测试样品永久变形量不大于0.05%。

去获取专利，查看全文>