压铸Al-Si基铸造合金的热处理方法及其系统与流程

本发明涉及材料热处理技术，尤其涉及一种压铸al-si基铸造合金的热处理方法及其系统。

背景技术：

压力铸造(简称压铸)是现代工业常用的一种特种铸造方式，其工作原理是将液态金属或半固态金属在较高压力作用下以非常高的速度充填进入压铸模具型腔中，然后在压力作用下成型、冷却、凝固并最终获得铸件。压铸的优点是尺寸精度高、强度高、表面粗糙度低等，在生产中主要应用于生产形状复杂、承受中等载荷的工程构件，如汽车及摩托车轮毂、活塞、制动盘、发动机缸体等。但是其缺点也十分明显，压铸过程中液态金属或半固态金属以非常高的速度喷射进入型腔，型腔中的气体来不及排出，不可避免地卷入到金属液中，随着金属液的冷却与凝固，保留在铸件中，产生气孔缺陷。

压铸al-si基铸造合金具有较高的热处理强化效果，有良好的力学性能和抗蚀性能，其流动性、填充性能好，被广泛应用飞机、轮船及汽车上的某些高要求的复杂铸件。

压铸al-si基铸造合金在高速高压下成形，容易卷气，所以铸件内含有很多细小气孔，其中的气体在高温下受热膨胀，导致铸件表面形成大小不一的气泡，因此形状复杂、表面要求较高的压铸件无法用高温t6(固溶处理+人工时效)热处理进行强化。而在低温条件进行的t1(人工时效)热处理虽然可以提高压铸的屈服强度，但是大幅度降低了该种材料的塑性，因此在低温条件下如何提高材料强度而不显著降低材料塑性的热处理方式显得十分必要。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种压铸al-si基铸造合金的热处理方法及其系统，以解决现有技术存在的在低温下的热处理的压铸al-si基铸造合金材料的塑性大幅降低的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提出一种压铸al-si基铸造合金的热处理方法，其包括：将铝合金材料置于热处理炉中进行第一阶段热处理，其中所述第一阶段热处理的热处理温度为第一温度区间；将所述铝合金材料置于热处理炉中进行第二阶段热处理，其中所述第二阶段热处理的热处理温度为第二温度区间；其中，所述第二阶段热处理的热处理时间等于所述第一阶段热处理的热处理时间。

具体实施方案可包括下列各项中的一者或多者。在所述第一阶段热处理之后以及在所述第二阶段热处理之后，所述方法还包括：将所述铝合金材料出炉空冷至常温。所述第一温度区间为100-300℃，所述第二温度区间为100-300℃。所述第一阶段热处理的热处理时间为10分钟-500分钟，所述第二阶段热处理的热处理时间为10-500分钟小时。所述铝合金材料为压铸al-si基铸造合金材料。

根据本发明的另一方面，还提出一种压铸al-si基铸造合金的热处理方法，其包括：第一时效阶段，将铝合金材料置于热处理炉中进行第一时效处理，其中所述第一时效处理的温度为第一温度区间；第二时效阶段，将所述铝合金材料置于热处理炉中进行第二时效处理，其中所述第二时效处理的温度为第二温度区间；其中，所述第二时效处理的时效时间大于所述第一时效处理的时效时间。

根据本发明的另一方面，还提出一种压铸al-si基铸造合金的热处理系统，其包括：第一热处理炉，用于对铝合金材料进行第一阶段热处理，其中所述第一热处理炉的温度为第一温度区间；第二热处理炉，用于对所述铝合金材料进行第二阶段热处理，其中所述第二热处理炉的温度为第二温度区间；其中，所述第二阶段热处理的热处理时间等于所述第一阶段热处理的热处理时间。

具体实施方案可包括下列各项中的一者或多者。所述系统还包括：空冷装置，用于在所述第一热处理炉对所述铝合金材料进行第一阶段热处理之后以及在所述第二热处理炉对所述铝合金材料进行第二阶段热处理之后，将所述铝合金材料空冷至常温。所述第一温度区间为100-300℃，所述第二温度区间为100-300℃。所述第一阶段热处理的热处理时间为10-500分钟，所述第二阶段热处理的热处理时间为10-500分钟。

根据本发明的技术方案，通过对铝合金材料进行第一阶段热处理后再进行第二阶段热处理，在第一阶段处理的过程中形成高密度的纳米颗粒使材料变形过程中位错在铝晶粒内部发生缠结和存储，提高材料塑性变形的稳定性，进而提升材料断裂延伸率，在第二阶段热处理时，材料内部进一步析出大量的短杆状析出相，此类短杆状析出相对位错运动的阻碍作用强，产生析出相强化效应，可显著提高材料的强度。两步工艺的有效结合，可使材料在提高强度的同时塑性不变或不显著下降。例如，压铸a356铸造铝合金经过本发明的技术处理后，屈服强度150mpa，断裂延伸率9％，屈服强度比压铸态提高25％，断裂延伸率与压铸态基本一致。本发明的工艺方法通用性强，适用于大部分通过压铸方法制造的铸造铝硅合金铸件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的压铸al-si基铸造合金的热处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的热处理方法的时间及温度的示意图；

图3是根据本发明实施例的拉伸试样的示意图；

图4是根据本发明实施例的压铸al-si基铸造合金的热处理系统的结构框图；

图5是根据本发明实施例得到的高强韧的a356铝合金的金相显微组织的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

压铸工艺的一个特点是熔体冷却速度高，在此条件下合金的凝固速度高，凝固组织中的溶质过饱和度高。因此，压铸铝硅合金适合做t1处理，产生析出相强化效应。然而，析出相强化虽可提高合金的强度，但会导致合金塑性的下降。传统调节铸造铝硅合金塑性的有效方法是通过固溶处理使共晶si发生球化。然而由于压铸合金内部气孔无法避免，高温固溶处理会使铸件发生鼓泡、变形。因此，压铸合金不适合做固溶处理。因此，开发出与t1热处理合理搭配的低温热处理技术，在不显著改变塑性的同时，提高铸件的强度，对压铸铝硅基铸造合金的性能优化显得十分必要。

图1是根据本发明实施例的压铸al-si基铸造合金的热处理方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括以下二个阶段处理：

s102，将铝合金材料置于热处理炉中进行第一阶段热处理，其中所述第一阶段热处理的热处理温度为第一温度区间；

具体地，在实施例中，所述第一温度区间可以为100-300℃，所述第一阶段热处理的热处理时间可以为10分钟-500分钟。

s104，将所述铝合金材料置于热处理炉中进行第二阶段热处理，其中所述第二阶段热处理的热处理温度为第二温度区间；

具体地，在实施例中，所述第二温度区间可以为100-300℃，所述第二阶段热处理的时效时间为10分钟-500分钟。

在本申请的实施例中，所述铝合金材料可以为压铸al-si基铸造合金材料。

区别于通常的t6热处理，本申请不经过高温的固溶处理，从而防止压铸件的鼓泡、变形，直接将压铸al-si基铸造合金(a356)进行两个阶段热处理工艺。与t1热处理后的合金相比，采用本申请方法的热处理后的材料在保持屈服强度不变的情况下，大幅度提高了材料的塑性。

下面结合参考图2详细描述本申请实施例。

具体实验过程如下：

1、提供进行拉伸实验的试样，所述试样的材料为压铸al-si基铸造合金，拉伸试样为片状，具体形状如图3所示。

2、对试样进行根据本申请实施例的热处理，具体包括以下步骤：

2.1、将1号油浴炉温度调至100-300℃，2号油浴炉温度调至100-300℃，待油浴炉炉温示数稳定后，保温十五分钟；

2.2、将试样置于1号油浴炉中10分钟-500分钟，出炉空冷；

2.3、再将试样置于2号油浴炉中10分钟-500分钟，出炉空冷，得到根据本申请实施例的热处理的试样，即试样1；

3、在instron5967拉伸试验机上进行拉伸试验，拉伸试验在室温条件进行，拉伸时拉伸速率为0.3mm/min。实验中使用ccd相机进行图像采集，并通过视频引伸计进行数字图像分析来测量拉伸试验中试样的应变。

拉伸试样包括三种状态，分别是根据本申请实施例的热处理得到的试样1、根据现有技术的压铸态的试样2以及根据现有技术的t1热处理态的试样3，平均每个状态下的实验至少进行三次，所得实验值为其平均值。具体的试样的抗拉强度(σb)、屈服强度(σ0.2)、伸长率(δ)分别如表1所示。

表1

通过表1清楚表明，根据本申请的热处理得到的合金材料与压铸态的合金相比，屈服强度提高了大约25％，而抗拉强度和断裂延伸率基本保持不变；与t1热处理后的合金相比，屈服强度基本不变，但是断裂延伸率提高大约63.6％，大幅度提高了材料的塑性。

图4是根据本申请实施例的压铸al-si基铸造合金的热处理系统的结构框图，如图4所示，所述热处理系统包括：

第一热处理炉41，用于对铝合金材料进行第一阶段热处理，其中所述第一热处理炉的温度为第一温度区间；

第二热处理炉42，用于对所述铝合金材料进行第二阶段热处理，其中所述第二热处理炉的温度为第二温度区间；

其中，所述第二阶段热处理的热处理时间等于所述第一阶段热处理的热处理时间。

继续参考图4，所述热处理系统还包括：

空冷装置43，用于在所述第一热处理炉41对所述铝合金材料进行第一阶段热处理之后，将所述铝合金材料空冷至常温；以及在所述第二热处理炉42对所述铝合金材料进行第二阶段热处理之后，将所述铝合金材料空冷至常温。其中，所述空冷装置可为现有技术中的空冷器，其结构此处不再赘述。

在本申请的一个或多个实施例中，所述第一温度区间为100-300℃，所述第二温度区间为100-300℃。所述第一阶段热处理的热处理时间为10分钟-500分钟，所述第二阶段热处理的热处理时间为10分钟-500分钟。所述铝合金材料为压铸al-si基铸造合金材料。

图5为本发明的实施例金相显微组织图。从图5可以看处，经过双级热处理后，铝基体上析出了大量纳米尺度的颗粒，这些基体内部的纳米颗粒可以阻碍位错的运动，提升了塑性变形的稳定性，提高了材料的塑性，少量针状析出相的产生导致材料的强度上升。

根据本发明实施例，还提出一种压铸al-si基铸造合金的热处理方法，其包括：第一时效阶段，将铝合金材料置于热处理炉中进行第一时效处理，其中所述第一时效处理的温度为第一温度区间；第二时效阶段，将所述铝合金材料置于热处理炉中进行第二时效处理，其中所述第二时效处理的温度为第二温度区间；其中，所述第二时效处理的时效时间大于所述第一时效处理的时效时间。

本发明的方法的操作步骤与系统的结构特征对应，可以相互参照，不再一一赘述。

根据本发明的技术方案，通过对铝合金材料进行第一阶段热处理后再进行第二阶段热处理，在第一阶段处理的过程中形成高密度的纳米颗粒使材料变形过程中位错在铝晶粒内部发生缠结和存储，提高材料塑性变形的稳定性，进而提升材料断裂延伸率，在第二阶段热处理时，材料内部进一步析出大量的短杆状析出相，此类短杆状析出相对位错运动的阻碍作用强，产生析出相强化效应，可显著提高材料的强度。两步工艺的有效结合，可使材料在提高强度的同时塑性不变或不显著下降。例如，压铸a356铸造铝合金经过本发明的技术处理后，屈服强度150mpa，断裂延伸率9％，屈服强度比压铸态提高25％，断裂延伸率与压铸态基本一致。本发明的工艺方法通用性强，适用于大部分通过压铸方法制造的铸造铝硅合金铸件。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。