A354铝合金铸造缸盖热处理
铸造合金铝合金热处理工艺流程
铸造合金铝合金热处理工艺流程1.铸造合金铝合金热处理是一项重要的金属加工工艺。
The heat treatment of cast aluminum alloy is an important metal processing technology.2.该工艺旨在提高铝合金的强度和硬度。
This process aims to improve the strength and hardness of aluminum alloy.3.熔炼后的铸造合金首先需要进行固溶处理。
The cast alloy after melting needs to be solution treated first.4.固溶处理可以使合金元素均匀溶解在铝基体中。
Solution treatment can make alloy elements dissolve uniformly in the aluminum matrix.5.然后进行快速冷却以促进固溶体的形成。
Then rapid cooling is carried out to promote the formation of solid solution.6.冷却后的合金需要进行时效处理。
The alloy after cooling needs to be aged.7.时效处理可以进一步提高合金的硬度和强度。
Aging treatment can further improve the hardness and strength of the alloy.8.合金的时效温度和时间需要精确控制。
The aging temperature and time of the alloy need to be precisely controlled.9.此外，合金的冷却速度也对最终性能有影响。
In addition, the cooling rate of the alloy also affects the final performance.10.合金热处理的工艺参数需要根据具体合金的成分和用途进行调整。
铝合金铸件热处理工艺参数
------
------
-------
180±5
3~5
空冷
轻载荷的零件
T2
------
------
-------
290±5
2~4
空冷
要求尺寸稳定并消除应力的零件
T5
515±5
3~6
60~100℃
175±5
3~5
空冷
在低于175℃下下重载荷的零件
T7
515±5
3~6
60~100℃
230±5
3~5
空冷
10~14
空冷
要求高强度高硬度的零件
175±5(J)
7~14
T7
510±5
3~5
80~100℃
200±250
3
空冷
高温下工作的零件如活塞
ZL203
T4
515±5
10~15
60~100℃
------
------
-------
要求高强度高塑性的零件
T5
515±5
10~15
60~100℃
150±5
2~4
空冷
＿＿
680~750
1.2~1.4
铝合金铸件热处理工艺参数（一）
代号
热处理状态
淬火
时效
用途举例
加热温度℃
保温时间h
冷却（水中）
加热温度℃
保温时间h
冷却
ZL101
T1
------
------
-------
230±5
7~9
空冷
改善被切削性能
T4
535±5
2~6
60~100℃
铝合金压铸件 热处理
铝合金压铸件热处理
热处理是指通过对铝合金压铸件进行加热和冷却处理，改变其组织结构和性能的工艺。
热处理主要包括固溶处理、时效处理和应力退火处理。
固溶处理是将铝合金压铸件加热至固溶温度，并保持一段时间，使溶解在晶粒中的合金元素均匀分布，形成固溶体。
然后通过快速冷却，使合金元素固溶体保持在固溶状态，以提高硬度和强度。
时效处理是在固溶处理后，将铝合金压铸件再次加热至一定温度，然后保持一段时间，使合金元素析出形成细小的抗拉强度相，提高材料的硬度和强度。
应力退火处理是在完成固溶和时效处理后，将铝合金压铸件加热至一定温度，然后通过缓慢冷却，以消除合金在加工过程中产生的残余应力，提高材料的韧性和耐腐蚀性。
热处理可以改善铝合金压铸件的机械性能和物理性能，提高其强度、硬度和耐磨性等特性，使其更适合特定的工程应用。
铸造铝合金热处理
1．铸造铝合金热处理的特点和目的前面提到，铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。
前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，有的只要几十分钟。
因为金属型铸造、低压铸造、差压铸造的铸件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型铸造、砂型铸造的铸件细很多，故其热处理的保温时间也短很多。
铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形截面或内通道等复杂结构形状，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。
铸造铝合金热处理的目的是，提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工性和焊接性等工艺性能。
因为许多铸态铝合金的力学性能都不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102、Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的力学性能和其他使用性能。
其具体作用有以下几个方面：1）消除由于铸件结构（如壁厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2）提高合金的强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
2．铸造铝合金热处理方法及操作技术要点（1）热处理方法铸造铝合金的热处理，目前有退火、淬火（固溶处理）、时效和循环处理等工艺，分述如下：1）退火。
退火的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的形状和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si晶体球状化，改善合金的塑性。
其工艺是：将铝合金铸件加热到280~300℃，保温2~3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形的目的。
铝合金铸件热处理工艺参数
5~10
空冷
受中等载荷的零件
T5
525±5
3~5
100℃
160±5
3~5
空冷
受中等载荷的零件
T6
525±5
3~5
60~100℃
180±5
5~10
空冷
受重载荷的零件
T7
525±5
3~5
60~100℃
240±10
3~5
空冷
在较高温度下工作的零件如汽缸
ZL107
T6
515±5
10
60~100℃
155±5
要求高屈服极限高硬度的零件
ZL301
T1
------
------
-------
170±5
4~6
空冷
------
ZL302
T6
535±5
2~6
60~100℃
175±5
10~15
空冷
ZL401
T2
------
------
-------
290±5
３
空冷
消除应力稳定尺寸的零件
ZL402
T1
------
------
622
570
344
700~750
1.15~1.2
ZL202
620
540
＿＿
700~740
1.25~1.35
ZL203
630
540
163
700~750
1.35~1.45
ZL301
630
449
318
680~720
1.3~1.35
ZL302
650
铸造铝合金的热处理代号
铸造铝合金的热处理代号铝合金热处理是指通过加热和冷却对铝合金进行热处理，以改善其力学性能和耐腐蚀性能。
根据处理温度和时间的不同，铝合金的热处理可分为多种不同的代号，下面将逐一介绍这些热处理方法。
1. T1热处理：T1热处理是指对铝合金进行固溶处理，即将合金加热至固溶温度，保持一定时间后迅速冷却。
这种处理方法可以增强铝合金的强度和硬度，提高其耐腐蚀性能。
T1热处理常用于纯铝和铝合金的初级加工过程中。
2. T2热处理：T2热处理是在T1热处理的基础上进行人工时效处理。
在固溶处理后，将铝合金再次加热至一定温度，保持一段时间后再进行冷却。
T2热处理可以进一步提高铝合金的强度和硬度，同时改善其耐磨性能和耐蚀性能。
这种处理方法常用于航空航天和汽车制造等领域。
3. T3热处理：T3热处理是指对铝合金进行固溶处理后再进行人工时效处理。
固溶处理的温度和时间与T1热处理相同，但人工时效处理的温度和时间较长。
T3热处理可以使铝合金的强度达到最大值，并且具有良好的耐腐蚀性能和抗应力腐蚀性能。
这种处理方法常用于航空航天和车辆制造等高要求领域。
4. T4热处理：T4热处理是指对铝合金进行固溶处理后进行自然时效处理。
固溶处理的温度和时间与T1热处理相同，但自然时效处理是将合金在室温下自然冷却一段时间。
T4热处理可以提高铝合金的强度和硬度，同时保持良好的成形性能。
这种处理方法常用于铝合金的铸造和锻造过程中。
5. T5热处理：T5热处理是指对铝合金进行固溶处理后进行人工时效处理。
固溶处理的温度和时间与T1热处理相同，但人工时效处理的温度和时间较短。
T5热处理可以提高铝合金的强度和硬度，并具有较好的耐磨性能和耐蚀性能。
这种处理方法常用于航空航天和汽车制造等领域。
6. T6热处理：T6热处理是指对铝合金进行固溶处理后进行人工时效处理。
固溶处理的温度和时间与T1热处理相同，但人工时效处理的温度和时间较长。
T6热处理可以使铝合金的强度达到最大值，并具有良好的耐磨性能、耐腐蚀性能和抗应力腐蚀性能。
铸造合金铝合金热处理工艺流程
铸造合金铝合金热处理工艺流程英文版Casting Alloy: Aluminum Alloy Heat Treatment ProcessAluminum alloys, with their lightweight, corrosion resistance, and high strength-to-weight ratio, are widely used in various industrial applications. To achieve desired mechanical properties, heat treatment processes are crucial. This article delves into the heat treatment process of casting aluminum alloys.1. Solution Heat TreatmentThe first step is solution heat treatment, also known as solid solution treatment. In this process, the alloy is heated to a high temperature, typically above the solidus line, to allow the soluble components to completely dissolve into the matrix. This homogenizes the alloy and removes internal stresses. The alloy is then quickly cooled to room temperature, usually by water quenching, to retain the dissolved components in the solid solution.2. Aging TreatmentAfter solution heat treatment, the alloy undergoes aging treatment. This process involves heating the alloy to a lower temperature for a prolonged period, allowing the dissolved components to precipitate and form strengthening phases. The type and temperature of aging treatment depend on the alloy composition and desired mechanical properties.3. Stress Relief AnnealingDuring the casting and subsequent processing, residual stresses can develop in the alloy. To relieve these stresses, stress relief annealing is performed. The alloy is heated to a temperature below the recrystallization temperature, held for a period, and then cooled slowly. This process reduces internal stresses without significantly altering the mechanical properties.ConclusionThe heat treatment of casting aluminum alloys involves multiple steps, each designed to optimize specific properties. Solution heat treatment homogenizes the alloy, aging treatmentenhances mechanical strength, and stress relief annealing mitigates residual stresses. By carefully controlling these processes, manufacturers can achieve aluminum alloys with consistent and reliable performance.中文版铸造合金：铝合金热处理工艺流程铝合金因其轻质、耐腐蚀和高强度重量比而在各种工业应用中广泛使用。
铝合金高压铸造中的热处理工艺优化
铝合金高压铸造中的热处理工艺优化摘要：铝合金高压铸造是一项重要的制造工艺，在汽车、航空航天、电子等众多领域广泛应用。
热处理工艺在铝合金高压铸造中起着至关重要的作用，直接影响铸件的性能和质量。
探讨了铝合金高压铸造中的热处理工艺优化方法，以提高铸件的性能和降低生产成本。
本研究的结果表明，合理的热处理工艺可以显著改善铝合金高压铸造件的力学性能、抗腐蚀性能和尺寸稳定性。
热处理工艺优化对于提高铝合金高压铸造的质量和竞争力具有重要意义。
关键词：铝合金、高压铸造、热处理工艺、优化、性能。
一、引言铝合金高压铸造是一种关键的金属加工技术，广泛应用于众多工业领域，如汽车制造、航空航天、电子设备等。
在这些领域中，要求铝合金铸件具备高强度、轻量化、优异的耐腐蚀性以及良好的机械性能。
为了满足这些要求，热处理工艺在铝合金高压铸造中起着至关重要的作用。
通过热处理，可以调整铝合金的组织和性能，从而实现对铸件性能的优化。
热处理工艺的优化对于提高铝合金高压铸造件的性能和质量具有重要意义。
二、热处理工艺的基本原理热处理是一种通过控制温度、时间和冷却速度来改变材料的微观结构和性能的工艺。
在铝合金高压铸造中，热处理工艺的基本原理是通过精确的热处理参数控制，来调整铸件的晶粒结构和组织，以达到优化性能的目标。
以下是热处理工艺的基本原理：1.固溶处理（Solutionizing）：固溶处理是铝合金高压铸造中的第一步热处理工艺。
在这个过程中，铝合金铸件被加热到合金中的溶解温度，以将合金中的固溶元素（通常是硅、镁、铜等）溶解到铝的晶格中。
这可以改善合金的强度和硬度，也有助于去除合金中的内部应力和缺陷。
固溶温度和保温时间的选择对于合金性能的调控至关重要。
2.淬火（Quenching）：在固溶处理完成后，铸件需要迅速冷却到室温，这个过程称为淬火。
淬火可以实现合金元素的均匀分布，并防止它们重新析出。
冷却速度的选择对于铸件的最终性能有着重要的影响，通常采用水、空气或油等介质进行淬火，以实现所需的硬化效果。
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A354铝合金铸造缸盖热处理印小松;刘宏庆;史翔;孙丰鹏【摘要】对A354铝合金铸造缸盖进行热处理试验,研究了固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时间等参数对试样硬度、机械性能、金相的影响,得到了缸盖的最佳热处理工艺:530±5℃,6h固溶;60～80℃水淬;175:±5℃、6h、空冷.%The heat treatment experiments have been carried out to the A354 aluminum alloy cylinder head castings.The influence of solution temperature,solution time,aging temperature and aging time parameters on thehardness,mechanical properties and micro-structure has been investigated.The optimum heat treatment process of cylinder head has been obtained:solution:530± 5℃ for 6h;water quenching:60-80 ℃;aging:175± 5℃,6h,air cooling.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2018(053)002【总页数】4页(P57-60)【关键词】A354;热处理;缸盖【作者】印小松;刘宏庆;史翔;孙丰鹏【作者单位】重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247【正文语种】中文【中图分类】TG166.3为了获得高强度的缸盖，匹配发动机的更大动力，预采用美国标准A354铝合金材料制造缸盖，A354铝合金属于Al-Si系合金，由于在合金中加入了强化元素Cu、Mg等，使得热处理后能获得更高的强度。
根据相关资料[1～3]，A354铝合金与我国ZL111铝合金(GB/T 1173-1995)类似，ZL111合金固相线温度为538℃，液相线温度为596℃；ZL111铝合金热处理工艺为：（1）分级固溶：505±5℃，4～6h；520±5℃，6～8h；（2）淬火：60～100℃水淬；（3）时效：175±5℃，5～8h，空冷。
由于之前我公司没有使用过A354铝合金，其化学成分与ZL111铝合金也略有不同，相关资料中的参数在生产操作中有一定的难度，为了满足生产，同时发挥该材料的最大优势，对A354铝合金材料特性及A354合金缸盖热处理工艺展开研究。
1 试验材料铝合金：A354，参照ASTM B108铝合金铸件美国标准，主要化学成分如表1所示。
表1 试验合金化学成分ωB/%化学成分Si Cu Mg Mn Ti Fe Al标准8.6～9.4 1.6～2.0 0.4～0.6 ≤0.10≤0.20≤0.20剩余2 试验过程在铸态缸盖上取合适试样做DSC分析；在缸盖上同一位置取尺寸约为15mm×15mm×100mm待热处理试样；将热处理后的试样检测硬度，然后将试样加工标距ø5mm的圆棒拉力试样（参照GB/T228-2002）；最后将断后的拉力试棒制成金相试样观察金相。
3 试验方法试验设备：德国耐驰1100LFDSC分析仪、T6热处理炉、布氏硬度计HBE-3000A、万能试验机WA-3000KD、金相显微镜GX-51。
先对铸态试样做DSC分析（室温到600℃）。
为了研究固溶温度对A354合金组织和力学性能的影响，在T6热处理炉中对试样热处理，选择500℃、515℃、530℃和545℃温度固溶，加热 1、2、3、4、5、6、7、8h 后水淬（固熔时间过长影响生产效率），水温 60～80℃,淬火转移时间小于 30s；淬火后都在175℃保温6h时效处理，时效后空冷至室温，检测硬度、机械性能、显微组织。
为了研究时效温度对A354合金组织和力学性能的影响，在T6热处理炉对试样热处理，选择530℃固溶，加热6h后水淬，水温60～80℃,淬火转移时间小于30s，分别在155℃、165℃、175℃、185℃下保温 0、1、2、3、4、5、6、7、8h （时效时间过长影响生产效率），时效后空冷至室温，检测硬度、机械性能、显微组织。
4 试验结果和分析4.1 DSC分析将铸态试样以10℃/min的速率由室温加热到600℃，DSC分析曲线结果如图1所示。
图1 A354铸态铝合金DSC分析从DSC分析曲线可知，在510℃左右出现了一个小熔化峰，在540℃出现较大的熔化峰，575℃为最大的熔化峰峰值温度，该合金加热过程中在以上三个温度点对应着不同相变。
图2 在不同温度和时间固溶后硬度图3 试样显微组织4.2 固溶处理试验在四种加热温度下固溶和同一温度下时效处理后，硬度曲线见图2，固溶温度500℃、515℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间延长，硬度不断增加；固溶温度530℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间延长，硬度在1～6h不断增加，在6～8h硬度变化不大；固溶温度545℃的试样在试验时间范围内，随固溶时间延长，硬度先增加后快速减小。
这是因为在固溶加热过程中，Al2Cu、Mg2Si溶解于α（Al）基体中，淬火后形成过饱和固溶体，时效后强化相析出，均匀分布在合金中，造成晶格畸变，起钉扎作用，引起强化；同时，合金中的第二相Si经历了熔断、钝化和粒化，使力学性能提高；随着固溶温度和时间合适范围内增加，Al2Cu、Mg2Si等强化相溶解增加，共晶硅相熔断、钝化和粒化更加充分。
但固溶温度过高和固溶时间过长，545℃和530℃固溶显微组织见图3，545℃的Si相较粗大，Si扩散作用加强和不断聚集长大，造成合金过热，545℃固熔测得枝晶（38.44、48.63、42.61μm）比530℃的枝晶（35.14、28.43、27.11μm）大，硬度和力学性能下降。
固溶温度是固溶处理最重要的因素，为了加快固溶，减少固溶时间，保证强化元素能充分固溶于Al基体中，在合金不过热的前提下我们尽量的提高固溶温度。
但温度过高，低熔点共晶体熔化，产生过热，因此固熔温度必须低于共晶温度（过热温度），高于合金溶解度曲线温度，一般情况下，固溶温度低于合金共晶温度5～10℃。
DSC分析A354材料加热510℃左右时，此时应为五元共晶产物（AlxMg5Si4Cu、α、共晶 Si、Al2Cu、Mg2Si）开始熔化，540℃左右应为三元共晶产物（α、共晶Si、Al2Cu或Mg2Si）开始熔化，575℃应为二元共晶产物（α+Si）开始熔化[4]。
为了使含强化元素Cu和Mg的三元共晶产物充分溶于铝基体中且保证三元共晶产物不熔化，固溶温度应低于三元共晶产物（α、共晶 Si、Al2Cu或 Mg2Si）共晶温度（约540℃)5～10℃,与国内铝合金 ZL111(GB/T 1173-1995)固相线温度538℃相近，530℃低于以上共晶温度10℃，因此530℃是合适的固溶温度。
图4 四种温度下不同时间时效后硬度和机械性能4.3 时效处理试验530℃、6h固溶工艺处理后，分别在四种温度、不同时间时效后硬度以及机械性能如图4所示。
155℃、165℃时效时在试验时间范围内，随时效时间延长，硬度不断增加；175℃、185℃时效时在试验时间范围内，随时效时间延长，硬度先增加后减小，175℃时效硬度转折点在5h，185℃时效硬度转折点在3h；但185℃时效最高硬度小于175℃时效最大硬度；各种温度下在试验时间范围内随时间延长延伸率逐渐降低。
固溶处理后合金中Mg和Mn由于其原子数量较少，且Si的固溶强化作用可忽略不计，合金的固溶强化主要来源于富Cu相的溶解。
175℃、185℃随时效时间延长，在试验时间内硬度先增加后减小，155℃、165℃随时效时间延长在试验时间内逐渐增加。
经研究表明Al-Cu的时效过程分为四个阶段：（1）形成溶质原子富集区（GP区），淬火后形成的过饱和固溶体，时效初期铜原子在铝基体上偏聚形成铜原子富集区，铜原子比铝原子小约11%，使共格界面附近的晶格产生畸变，使强度和硬度增加；（2）GP区有序化形成GPⅡ，当增加时效时间和升高时效温度时，Cu、Al原子按一定的次序排列，形成有序化的正方晶体结构，形成Al-Cu合金中间过渡相θ″，θ″的尺寸比GP区增大，它的弹性应变也比GP区明显增加，强度和硬度进一步增大；（3）形成过渡相θ’，θ″进一步时效形成θ’，θ’的成分与稳定相θ(Al2Cu)接近，与基体保持部分共格，θ’周围的弹性应变减弱，强度和硬度开始降低；（4）形成稳定相θ，继续时效将形成稳定相θ（Al2Cu），稳定相θ也具有正方结构，但晶格常数与铝基体相差很大，完全失去了共格联系，弹性应变能完全消失，强度和硬度下降到较低水平。
根据以上时效过程规律变化，175℃、185℃时效出现了过渡相和少量稳定相，硬度出现下降；155℃、165℃时效试验还在GPⅡ阶段，硬度在不断增加。
GP区的分布密度是合金强化的关键，时效温度升高基体中的空位浓度也提高了，因此加快了溶质原子和空位的扩散，得到的GP区尺寸较大且分布密度减小，当时效温度较高时，GP区由针状转变为棒状，长度也增加，硬化速度快，达到峰值的时间短，硬度峰值也较低[5]；因此造成185℃时效最高硬度小于175℃时效最大硬度。
抗拉强度的变化规律基本与硬度相同，但不同步；各种温度下随时间延长延伸率逐渐降低。
为了使该缸盖在使用过程中硬度和力学性能维持相对稳定状态，保证热处理后产品处于轻微过时效状态，具有较高的硬度、强度和延伸率且生产效率较高，选用530℃、6h固溶，175℃、6h时效热处理A354发动机缸盖。
5 结论（1）固溶温度增加和固溶时间延长能提高材料固溶效果，但温度过高或时间过长，会产生过热，Si相和强化相聚集长大，使硬度和机械性能严重降低。
（2）时效温度增加和时效时间延长能促进固溶处理后过饱和固溶体强化相的析出，但温度过高或时间过长，发生过时效，产生过渡相和稳定相，弹性应变减弱，使硬度和机械性能降低。
（3）对于A354铝合金缸盖，选用530℃、6h固溶，60～80℃水淬，175℃、6h 时效热处理，能使缸盖热处理后处于轻微过时效状态，不仅满足了缸盖的较高硬度、机械性能要求，也保证了在使用过程中的稳定性，而且热处理生产效率较高。
[1] 机械工程协会铸造分会.铸造手册第三卷，铸造非铁合金（2版）[M].北京：机械工业出版社，2001:98-100.[2] 柳白成，黄天佑.中国材料工程大典第18卷，材料铸造成型工程[M].北京：化学工业出版社，2005:263-279.[13 黄天佑.中国材料工程大典第4卷,有色金属材料工程[M].北京:化学工业出版社,2005:158.[4] 李润霞，李荣德,吕伟,等.固溶处理对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响[J].中国有色金属学报,2007,17（2）:193-198.[5] 李润霞,李荣德,杨秀英,等.高强度铸造Al-Si-Cu-Mg时效特性的研究[J].铸造,2003,52（6）:393.。