一种铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法

摘要

本发明公开了一种铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法，包括如下步骤：合金熔炼、压铸成形、低温短时固溶处理、人工时效处理。本发明方法中铝合金铸件经过铝熔体精炼除气，低速压铸成形后，得到了具有优异的铸态压铸铝合金，再采用低温短时固溶和时效处理，可获得尺寸细小、球状的共晶组织和均匀分布的析出强化相，从而得到更高力学性能的压铸件，同时大幅度地减少了铸件表面“起泡”缺陷，降低了产品的废品率。此外，本发明所采用的工艺对压铸机没有特殊要求，在通常的压铸机上可以实现。

说明书

技术领域

本发明属于特种铸造技术，具体涉及一种铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法。

技术背景

压力铸造是一种是将液态熔融金属或半液态半固态金属在较高的压力下，以高速度填充入模具型腔内，并使金属或合金在压力下凝固而形成铸件的方法。为了获得高强度、高韧性铸件，往往需要结合热处理。而现在的铝合金热处理工艺包括高温固溶处理、淬火和时效处理(自然时效、人工时效)，其中固溶温度控制在530-550℃，固溶时间至少6个小时，人工时效温度控制在160-180℃，时效时间至少3个小时，热处理时间至少需要9个小时，是压铸铝合金制造中耗时较长的工艺。由于耗时长，不仅降低生产效率，还会造成巨大的加热能耗。此外，由于压铸工艺本身的高速射流特点，容易造成熔体卷气，在压铸件内部含气量较高，当进行热处理时在压铸件表面发生“起泡”缺陷，显著降低压铸件力学性能甚至导致铸件报废，因而有必要开发出一种可有效控制铝合金压铸件“起泡”缺陷的热处理工艺，并确保其优异的力学性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法，所制得的铸件力学性能与现有技术的高温固溶加人工时效热处理工艺相比，同样能获得较高的性能，而且可显著降低铸件因“起泡”缺陷造成的产品报废率，此外，本方法低能耗，高工效。

技术方案：本发明的铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法，包括如下步骤：

(1)合金熔炼：根据坩埚熔炼和炉料重量，以回炉料、纯度为99.9％的纯铝、硅含量为20％的铝硅合金、工业纯镁为原料分别升温熔化，待炉料全部熔化后，将合金液温度控制在720-740℃再按照如下方式进行精炼：先用惰性气体氮气进行除气3-5分钟，再加入占合金熔体质量0.2-0.5％的精炼剂进行精炼处理，静置10-30分钟后得到熔炼铝液，所述为包括钠盐、钾盐、钙盐的混合物；

(2)压铸：将所述步骤(1)得到的熔炼铝液在压铸机上以0.08-0.18m/s的超低速压射速度成形为压铸件；

(3)低温短时固溶处理：将所述步骤(2)得到的压铸件放进热处理炉进行固溶处理，在500-520℃的固溶处理温度下处理铸件保持1.5至2.5个小时；

(4)铸件淬火：将所述步骤(3)处理后的压铸件在15秒钟内置于冷水中冷却，水温控制在20-50℃之间；

(5)人工时效处理：将所述步骤(4)得到的压铸件放进热处理炉中加热到160-180℃的时效温度，时效保温时间2.5-3.5个小时后，从炉中取出冷却，得到最终产品。

进一步的，本发明方法中，所述步骤(1)中惰性气体除气采用旋转喷吹除气法，氮气压力不小于0.5MPa，气体流量为0.25-0.5L/min，转子转速为100-300r/min。

进一步的，本发明方法中，所述步骤(1)中处理得到的熔炼铝液含氢量≤0.20cm³/100g。

进一步的，本发明方法中，所述步骤(3)的固溶处理中，将压铸件加热至处理温度的时间为50-60分钟。

进一步的，本发明方法中，所述步骤(5)中压铸件加热至时效温度的时间为15-25分钟。

进一步的，本发明方法中，所述步骤(1)中原料的成分质量配比为：Si：6.5-7.5％，Mg：0.2-0.4％，余量为铝和不可避免的微量杂质元素。

(1)合金熔炼：按照合金的成分配比为(wt.％)：Si：6.5-7.5％，Mg：0.2-0.4％，余量为铝和不可避免的微量杂质元素。根据坩埚熔炼和炉料重量，以回炉料、纯度为99.9％的纯铝、硅含量为20％的铝硅合金、工业纯镁为原料分别升温熔化，待炉料全部熔化后，将合金液温度控制在720-740℃再按照如下方式进行精炼：先用惰性气体氮气进行除气，除气精炼时间为3-5分钟，再加入主要含钠盐、钾盐、钙盐等多种化合物的精炼剂进行精炼处理，所述的精炼剂加入量为铝合金熔体质量的0.2-0.5％，静置10-30分钟后检验熔体成分合格后完成熔炼；

(2)压铸：将所述步骤(1)得到的熔炼铝液在压铸机上以0.08-0.18m/s的超低速压射速度成形为压铸件；

(3)低温短时固溶处理：将所述步骤(2)得到的压铸件放进热处理炉进行固溶处理，在500-520℃的固溶处理温度下处理铸件保持1.5至2.5个小时；

(4)铸件淬火：将所述步骤(3)处理后的压铸件在15秒钟内置于冷水中冷却，水温控制在20-50℃之间；

(5)人工时效处理：将所述步骤(4)得到的压铸件放进热处理炉中加热到160-180℃的时效温度，时效保温时间2.5-3.5个小时后，从炉中取出试样，在大气环境中自然冷却。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

现在的铝合金压铸件热处理技术包括的高温固溶、淬火和时效处理，不仅耗时长，而且容易在压铸件表面发生“起泡”缺陷，显著降低其力学性能甚至导致报废。对于铝硅镁合金的固溶处理温度，一般选择共晶点温度以下5-10℃为最佳，温度太高易烧损合金中低熔点共晶相，而且易使铸件发生变形，形成表面缺陷如“起泡”，增加了生产成本，温度较低达不到固溶强化效果；固溶热处理时间越长固溶强化效果越好，但长时间的热处理增加了生产成本并且使晶粒长大，从而降低铸件的物理性能。此外，较高温度或较长时间的热处理工艺可导致铸件表面出现显著的“起泡”，这是由于铸件内部气孔膨胀引起的，在此情况下固溶处理温度下可能接近其最大体积膨胀。而本发明提供的一种铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法，在510℃下固溶处理仅2h(不包括加热到该温度时间)和170℃下时效处理3h后得到的铝合金压铸件中，就可以得到尺寸细小、球状的共晶Si相，同时均匀析出Mg2Si强化相，确保了经固溶及时效处理后获得的合金微观组织，达到或接近常规T6处理的状态，获得较好的力学性能，并且进行铸件微观结构检查时发现孔洞类缺陷明显减少，表明了本发明的热处理方法可降低气体的膨胀，从而有效地控制铸件的“起泡”缺陷。此外，与常规T6处理的工效(固溶处理：530℃×6h；人工时效：170℃×3h)相比，本方法低能耗，高工效。

附图说明

图1实施例热处理方法的AC4CH铝合金金相微观组织照片，放大100倍。

图2实施例热处理方法的AC4CH铝合金金相微观组织照片，放大500倍。

图3实施例热处理方法的AC4CH铝合金金的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明提供的铝硅镁合金压铸件节能高效热处理方法，其中铝硅镁合金是一个系列，本发明的具体实施方式中以AC4CH铝合金作为实施例，但本发明所述方法并不仅限于这种铝硅镁合金。

具体实施例：本实施以AC4CH铝合金为例，压铸件的节能高效热处理方法如下：

步骤1：根据坩埚熔炼和炉料重量，按回炉料、铝合金锭、中间合金、纯金属的次序陆续或同时熔炼并升温熔化，待炉料全部熔化后，将合金液温度控制在730℃再进行精炼，精炼时，先使用惰性气体氮气进行除气，除气时间200s，然后再加入主要含钠盐、钾盐、钙盐等多种化合物的精炼剂进行精炼处理，所述的精炼剂加入量为铝合金熔体质量的0.2％，静置10-30分钟后检验熔体成分合格后完成熔炼，其中要求熔炼铝液含氢量≤0.20cm³/100g；

步骤2：将步骤(1)得到的铝液在压铸机上超低速慢压射成形为特定规格的铸件，所述的压铸机为一般压铸机，压铸充型过程中压射速度在0.08-0.18m/s，保压留模时间为7-10秒；

步骤3：待步骤(2)结束后置于大气环境中自然冷却，得到铸态毛坯件并将其放进热处理炉随炉加热进行固溶处理，设定升温至510℃，并在该温度下保持2小时；

步骤4：步骤(3)结束后，在15秒钟内将所述铸件置于冷水中冷却，水温控制在20-50℃之间；

步骤5：将步骤(4)得到的铸件放进热处理炉随炉加热到时效温度，设定温度170℃，并在该温度下保持3个小时；

步骤6：时效处理结束后，从炉中取出试样，在大气环境中自然冷却。

在本具体实施例中使用10个铸件进行本发明的热处理方法，对铸件表面进行统计检查时没有发现铸件表面缺陷，而使用10个采用上述压铸工艺的铸件进行常规T6热处理(固溶处理：530℃×6h；人工时效：170℃×3h)，对铸件表面进行检查时发现4件有“起泡”缺陷，说明本发明的热处理方法比常规T6热处理方法降低了铸件表面缺陷。同时对使用本发明热处理的铸件进行微观结构进行观察，如图1所示为实施例热处理方法的AC4CH铝合金放大100倍的金相微观组织照片，照片中较亮部分为初生铝，较暗部分为共晶硅，内部缺陷较少；图2所示为实施例热处理方法的AC4CH铝合金放大500倍的金相微观组织照片，大部分的共晶硅的形态已接近球形，且分布较为均匀；图3所示为实施例热处理方法的AC4CH铝合金经0.5wt％HF酸腐蚀后在XL30扫描电子显微镜下放大3000倍照片，照片中细小均匀分布、形态接近球形或椭球形的颗粒为共晶硅，基体为初生铝，说明了经本发明的热处理方法可获得合金微观组织达到标准T6处理的理想状态。

同时，本发明可获得较好的综合力学性能，下表1示出了从使用上述固溶时效处理生成的铸件选出4个作为测试材料，对测试样品进行拉伸试验，在未进行热处理的样品和进行过热处理的铸件之间的对比结果。

表1未热处理的铸件和经过固溶时效热处理铸件的拉伸性能结果

如表1的拉伸性能试验结果所示，当使用上述热处理产生的测试材料的拉伸性能和未进行热处理的测试材料比较时，最大抗拉强度提高了约65.7％，断后延伸率提高了约113.3％。

上述实施方式仅是本发明的实施例，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。