[發明專利]一種使鋁合金獲得高尺寸穩定性的熱處理方法

有效

• 申請號: 201210056797.8
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102586706A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 劉海峰;夏振佳;佟國棟;孟健;田政;邱鑫
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種使鋁合金獲得高尺寸穩定性的熱處理方法，特別是涉及一種用于汽車動力系統Al-Si-Cu-Mg合金的熱處理工藝，具體是通過特定的熱處理工藝保證鋁合金零件在高溫（≦250℃）使用條件下具有良好的尺寸穩定性能。

背景技術

鋁合金是一種低密度的金屬結構材料，其比強度、比模量高，機械加工性能優良，有較好的耐蝕性能，優良的減振性能和切削加工性能，并能承受一定的沖擊震動負荷，采用鋁合金可以降低產品的自重，減少加工能量，降低能源消耗。隨著汽車輕量化和節能環保的要求，鋁合金鑄件已經廣泛地應用于汽車工業，并用于發動機缸體，缸蓋等重要關鍵零件的制造。然而鋁合金零件在熱處理以及高溫使用過程中往往伴隨著尺寸變化，引起尺寸變化的因素主要有兩個方面，其一是由于溫度升高引起的熱膨脹，其二是使用過程中析出相引起的尺寸變形。第一部分的變形隨著鑄件回到初始溫度，其尺寸變化可以消失，第二部分的尺寸變形是由于合金內部相變引起的，即使是回到初始溫度，此部分變形也無法完全消失，形成永久變形，而且隨著熱循環次數的增加，此部分變形還會變化。鋁合金零件使用過程中產生永久變形，將會影響到與其配合的零件（諸如鑲嵌缸套等零件產生變形）的尺寸變化，從而影響到整體的工作效能。因此鋁合金零件在熱循環工作條件下的永久變形一直是鋁合金零件的制造者和應用者關注的問題。

Al-Si-Cu-Mg合金在高溫條件下工作產生尺寸永久變形的主要原因是由于長時間在高溫條件下工作，在鋁合金顯微組織中會出現析出相，析出相的比體積與α-Al存在差異，從而導致鋁合金部件在使用過程中產生伸長或者收縮的永久變形。就Al-Si-Cu-Mg合金體系而言，在≦250℃條件下長期工作，Si相相對較為穩定，引起尺寸變化的主要是如表1所示的析出相，由于各析出相的析出溫度不同，相互之間還存在相互轉變。因而如果在同一溫度下進行人工時效，析出相的相轉變不完全，從而導致在隨后的高溫使用條件下析出相繼續產生相轉變，從而引起鋁合金零件的永久變形。

發明內容

本發明的目的在于提供一種使鋁合金獲得高尺寸穩定性的熱處理方法，可應用于汽車動力系統Al-Si-Cu-Mg合金鑄件的熱處理。通過變溫時效處理的方式實現鋁合金在高溫熱循環過程中的尺寸穩定性，使鋁合金顯微組織中，含有大量穩定的尺寸為0.2-3μm的顆粒狀析出相，使得材料整體的尺寸穩定性高具有了良好的顯微組織結構基礎。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種使鋁合金獲得高尺寸穩定性的熱處理方法，其特征在于具體的熱處理過程如下：在鋁合金熱處理過程中同時應用了175-185℃時效和245-255℃過時效兩種時效處理工藝；在完成溫度為490-500?℃，時間為0.5-6小時的固溶處理后，進行時效處理其過程如下，第一次為時效處理，處理溫度：175-185℃，時間：2/3-1小時；第二次為過時效處理，處理溫度：245-255℃，時間：2/3-1小時；第三次為時效處理，處理溫度：175-185℃，時間：1-3小時；通過以上的時效處理過程，首先使析出相析出，然后采用過時效處理工藝使析出相析出過程完整，最后通過時效處理工藝使合金顯微組織中析出相穩定，并轉變為θ^,相（Al₄Cu₂）,S^,相(Al₂CuMg)以及少量的θ相（Al₈Cu₄）和θ^,?,?相（Al₆Cu₂）。

所述的鋁合金，其合金體系為Al-Si-Cu-Mg系合金，經熱處理后的顯微組織為在α-Al基體組織中均勻分布著硅相和尺寸為0.2-3μm的顆粒狀析出相。

所述的熱處理方法中的固溶處理，時效和過時效處理時間可以根據零件的厚度在聲明的時間內進行調整，但不能少于最低的時間要求。

本發明的積極效果是可以用于汽車動力系統零件等需要具有高溫尺寸穩定性要求的鋁合金鑄件的熱處理，所述的熱處理方法可以確保鋁合金在250℃以下長時間工作條件下具有良好的尺寸穩定性能，其無外加應力條件下永久變形不大于0.05%。（析出相的相關特性如表1所示）。

表1?Al-Si-Cu-Mg系合金中的析出相及相應參數。