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4032變形鋁合金熱處理制度研究

文檔作者：周霞文檔來源：西北鋁加工廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月28日
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第３８ 卷第３ 期
２０１６ 年６ 月
甘　肅　冶　金
ＧＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．，２０１６
文章編號：１６７２-４４６１（２０１６）０３-００４２-０３
４０３２ 變形鋁合金熱處理制度研究
周　霞
（西北鋁加工廠，甘肅　隴西?。罚矗福保保保?
摘　要：通過對４０３２ 高硅變形鋁合金的熱處理制度研究，獲得了４０３２ 鋁合金最佳熱處理工藝，該制度使棒材性能、
低倍組織滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)需求。
關(guān)鍵詞：４０３２ 合金；淬火；時效；
中圖分類號：ＴＧ１６６．３　　　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ　
The Deformation of ４０３２ Aluminum Alloy Heat Treatment System
ＺＨＯＵ Ｘｉａ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐｌａｎｔ，Ｌｏｎｇｘｉ ７４８１１１，Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ４０３２ ｈｉｇｈ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ， ｗｏｎ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ４０３２ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｒ， ｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ．
Key Words： ４０３２ ａｌｌｏｙ；ｈａｒｄｅｎｉｎｇ； ａｇｉｎｇ
1　引言
４０３２ 鋁合金屬于高硅鋁合金，主要應(yīng)用于內(nèi)燃
機(jī)車活塞。為了滿足市場需求，西北鋁加工廠開展
了活塞裙鍛件用４０３２ 合金棒材熱處理制度工藝研
究。Ａｌ－Ｓｉ 系合金，大多數(shù)屬于不可熱處理強(qiáng)化的
合金，雖然硅在鋁中的溶解度變化較大，但硅在鋁中
的擴(kuò)散速率極大，淬火過程中即從固溶體中直接析
出Ｓｉ 質(zhì)點，不經(jīng)過Ｇ．Ｐ 區(qū)階段，所以單純Ａｌ－Ｓｉ 合
金不可熱處理強(qiáng)化?？蔁崽幚韽?qiáng)化的Ａｌ－Ｓｉ 系合
金，均在合金中加入了鎂、銅元素，形成強(qiáng)化相Ｓ
（ＣｕＭｇ Ａｌ２）、Ｍｇ２Ｓｉ 及ＣｕＡｌ２，淬火后既可自然時效，
也可人工時效。合金中只加入Ｍｇ 時，由于強(qiáng)化相
Ｍｇ ２Ｓｉ 在室溫下析出緩慢，自然時效效果不夠大，必
須經(jīng)１４７～１７７ ℃人工時效２～１２ ｈ 后，才有高的強(qiáng)
化效果。當(dāng)合金中含Ｃｕ 量較高時，自然時效才可
以有效提高合金的強(qiáng)度。根據(jù)Ａｌ－Ｓｉ 系合金熱處理
的特性，我廠在試驗室鹽浴爐和生產(chǎn)用空氣爐中進(jìn)
行了熱處理制度試驗。得到了各項指標(biāo)均滿足客戶
需求的棒材。
2　熱處理制度試驗
2．1　取樣部位距中心位置相同時的淬火時效制度
試驗
根據(jù)以往生產(chǎn)工藝經(jīng)驗，熱處理工藝優(yōu)選以下
方案進(jìn)行試驗， 試樣在鹽浴爐內(nèi)進(jìn)行固溶處理，保
溫時間為３０ ｍｉｎ，淬火為室溫水中淬火，轉(zhuǎn)移時間小
于１５ ｓ。人工時效后出爐空冷。試驗結(jié)果見表１、
表２。
表１　不同熱處理制度的棒材力學(xué)性能
方案固溶溫度／℃ 時效溫度／℃ 時效時間／ｈ σｂ／ＭＰａ σｐ０２．／ＭＰａ δ５／％ １ ５１５ １７５ １２ ４０５ ３９６ ２．９ ２ ５１０ １６０ １．５ ３８２ ３４４ ６ ．２５ ３ ５２５ １４０ ２ ３５１ ２８４ ６．５５
表２　人工時效前不進(jìn)行自然時效和進(jìn)行自然時效的性能結(jié)果對比
熱處理方案 固溶制度 時效制度 σｂ／ＭＰａ σｐ０．２／ＭＰａ δ５／％ 淬火后直接人工時效５２０±２ ℃／３ ｈ １７０±２ ℃／１３０ ｍｉｎ ４０１～４０３ ３９８ １．７５～２．０ 人工時效前先進(jìn)行 ２．５ ｈ的自然時效 ３７７～３８３ ３６１～３７１ ４．２５～６．０ 　　從表２ 可以看出，方案２ 在強(qiáng)度降低５．６％的條
件下，延伸率提高了５３．６％。人工時效前先進(jìn)行
２．５ ｈ的自然時效可明顯提高延伸率。2．2　不同取樣部位的淬火時效制度試驗
試驗中發(fā)現(xiàn)４０３２ 合金Ф２００ ｍｍ 擠壓材經(jīng)淬
火、時效后，機(jī)械性能變化較大。為了搞清楚影響性
能的因素，在擠壓材不同部位取樣進(jìn)行熱處理制度
試驗，對生產(chǎn)中兩個熔次的棒材分別在棒材外圓５０
ｍｍ 深度范圍（邊部樣）和棒材中心１００ ｍｍ 內(nèi)取樣
（中心樣）；分別在鹽浴爐和空氣爐進(jìn)行熱處理制度
試驗。試驗結(jié)果見表３、表４。
表３　鹽浴爐淬火性能數(shù)據(jù)
方案 淬火制度 時效制度 熔次號 取樣位置 σｂ／ＭＰａ σｐ０．２／ＭＰａ δ５／％ Ⅰ ５１６～５２０ ℃／６ ｈ，淬火水溫７０℃，
淬火后升溫至７８ ℃
１６５ ℃／２ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ３７５ ３５８ ４．６ 中心樣 ３８０ ３５６ ３．５ ２-１５５ 邊部樣 ３４９ ３３９ ４．７ 中心樣 ３４２ ３３１ ５．２ Ⅱ ５１６～５２０ ℃／３ ｈ，淬火水溫５６ ℃ １６５ ℃／２ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ３６２ ３２９ ５．２ 中心樣 ３７４ ３５４ ３．２ ２-１５５ 邊部樣 ３５５ ３３５ ５．７ 中心樣 ３３９ ３２６ ４．０ ＩＩＩ ５１６～５２０ ℃／５ ｈ，淬火水溫 ２２ ℃ １７０ ℃／２ ｈ，經(jīng)自然時效 ２．５ ｈ 后， 再進(jìn)行人工時效
３-２７０ 邊部樣 ３９１ ３７２ ５．５ 中心樣 ４００ ３８３ ３．４ ２-１５５ 邊部樣 ３８５ ３６９ ５．０ 中心樣 ３６４ ３４９ ４．５ ＩＶ ５１６～５１８ ℃／６ ｈ，淬火水溫５０ ℃ １７０ ℃／４ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ４１３ ３９８ ３．０ 中心樣 ４０８ ３９９ ２．５ ２-１５５ 邊部樣 ３９４ ３８７ ３．９ 中心樣 ３８２ ３６９ ２ ．７ 表４　空氣爐淬火性能數(shù)據(jù)
方案 淬火制度 時效制度 熔次號 取樣位置 σｂ ／ＭＰａ σｐ０．２、／ＭＰａ δ５／％ Ⅰ ５１６～５２０ ℃／６ ｈ，淬火水溫７０ ℃，淬火后升溫至７８ ℃ １６５ ℃／２ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ３７５ ３５８ ４．６ 中心樣 ３８０ ３５６ ３．５ ２-１５５ 邊部樣 ３４９ ３３９ ４．７ 中心樣 ３４２ ３３１ ５．３ Ⅱ ５１６～５２０ ℃／３ ｈ，淬火水溫５６ ℃ １６５ ℃／２ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ３６２ ３２９ ５．３ 中心樣 ３７４ ３５４ ３．３ ２-１５５ 邊部樣 ３５５ ３３５ ５．７ 中心樣 ３３９ ３２６ ４．０ Ⅲ ５１５～５２０ ℃／５ ｈ，淬火水溫２２ ℃ １７０ ℃／２ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ３９１ ３７２ ５．５ 中心樣 ４００ ３８３ ３．４ ２-１５５ 邊部樣 ３８５ ３６９ ５．０ 中心樣 ３６４ ３４９ ４．５ Ⅳ ５１５～５１８ ℃／６ ｈ ，淬火水溫５０ ℃ １７０ ℃／４ ｈ ３-２７０ 邊部樣 ４１３ ３９８ ３．０ 中心樣 ４０８ ３９９ ２．５ ２-１５５ 邊部樣 ３９４ ３８７ ３．９ 中心樣 ３８２ ３６９ ２．７ 3　試驗結(jié)果分析
通過對４０３２ 合金擠壓棒材的熱處理和機(jī)械性
能試驗，可以看出Φ２００ ｍｍ 擠壓棒材距外圓５０ ｍｍ
深度范圍內(nèi)性能比較高，而中心Φ１００ ｍｍ 范圍內(nèi)的
性能普遍偏低，這與中心部位晶粒大，樹枝狀晶發(fā)
達(dá)，形成的α晶貧Ｓｉ 區(qū)有關(guān)。Φ４８５ ｍｍ 鑄錠中心
部位原始組織晶粒較大，樹枝晶發(fā)達(dá)，而且易產(chǎn)生氣
第３ 期　　　　　　　　　 　　　　周　霞 ：４０３２ 變形鋁合金熱處理制度研究　　　 ４３
孔。經(jīng)過擠壓仍顯示出了鑄錠的遺傳性。用３-２７０、
２-１５５ 兩爐試樣做了試驗，由于成分的差異，機(jī)械性
能也表現(xiàn)出較大差異，如表４ 所示，而且與熱處理工
藝有關(guān)。采用３-２７０ 試樣，Ｃｕ 含量在０．９６％以上，抗
拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度在同一熱處理條件下往往較高，而
延伸率偏低。當(dāng)采用鹽浴爐淬火方式中的制度ＩＩＩ
時，經(jīng)自然時效２．５ ｈ 后，再進(jìn)行人工時效，其機(jī)械
性能均較好。為了證實這一結(jié)果，對同樣材料、同樣
熱處理制度進(jìn)行處理后，在人工時效前，不進(jìn)行自然
時效和進(jìn)行自然時效進(jìn)行了對比試驗。如表２ 結(jié)果
證實，經(jīng)一定時間自然時效后的材料，其延伸率均合
格，而不經(jīng)自然時效淬火后直接進(jìn)行人工時效的材
料，其延伸率不合格，即δ＜３．５％。時效時間往往影
響４０３２ 合金淬火后的性能，時效時間稍長則σｂ、
σ０．２ 提高，δ％降低，有時幾分鐘都會對機(jī)械性能有
較大影響。
對于合金化程度較高的Ａｌ－Ｓｉ 系４０３２ 合金，鑄
錠一般都需要進(jìn)行均勻化。均勻化時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)?
加熱溫度與保溫時間。溫度過高及均勻化時間過
長，由于Ｓｉ 相的長大，會改變最終擠壓材淬火、時效
后的性能。Ａｌ－Ｓｉ 系合金特別重視韌性。在生產(chǎn)中
當(dāng)以強(qiáng)度為重點時，一般在固溶處理后在短時間內(nèi)
就進(jìn)行峰值人工時效，可獲得高的強(qiáng)度，但延伸率較
低。當(dāng)以確保韌性為重點時，多采用降低時效溫度
到１４０～１６０ ℃，低溫下保溫數(shù)小時的欠時效狀態(tài)或
者采用雙級時效（采用不同的溫度時效兩次）的處
理方式。當(dāng)進(jìn)一步要求韌性時，可進(jìn)行二階段時效
處理也是有效果的，即在固溶處理后在室溫下放置
２～２４ ｈ 先進(jìn)行自然時效，然后再加熱人工時效，雖
然強(qiáng)度有所降低，但可獲得較高的延伸率。對同一
擠壓棒材取樣，試驗結(jié)果如表２。必須指出：含Ｃｕ
量較高的合金采用以上方法效果較差。
4　結(jié)語
經(jīng)過多次熱處理試驗和工藝改進(jìn)， 我廠供
４０３２Ｒ 態(tài)棒材，在某廠鍛造成鍛件毛坯，再由其它廠
方進(jìn)行機(jī)械加工，鍛件要求σｂ≥３５８ ＭＰａ，δ≥５％，
ＨＢ≥１１５。我廠所供４０３２ 合金擠壓棒材經(jīng)模鍛熱
處理后σｂ 可達(dá)到３９２～４００ ＭＰａ，δ 為６％～７％，１１５
ＨＢ。其組織和性能和國際水平相當(dāng)，完全能滿足客
戶需求。其主要的熱處理工藝為：
⑴鑄錠均勻化處理溫度為５００ ～５１５ ℃，保溫
１６ ｈ，并隨爐冷卻至２５０ ℃以下出爐。
⑵試樣熱處理制度：淬火為５１５＋２ ℃／４０ ｍｉｎ，
自然時效２．５ ｈ 后，１６５＋５ ℃／３ ｈ 人工時效。
收稿日期：２０１６-０４-１５
作者簡介：周　霞（１９７１-）， 女，大學(xué)本科，高級工程師，碩士。主要從
事鋁及鋁合金加工工藝及新產(chǎn)品開發(fā)。
（上接第４１ 頁）
4　短路環(huán)鏈接片斷裂造成的后果
電機(jī)阻尼繞組短路環(huán)鏈接片斷裂，致使全阻尼
結(jié)構(gòu)失去作用，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，特別是在負(fù)載狀
態(tài)下將產(chǎn)生功角振蕩，這種功角振蕩本身是由電機(jī)
阻尼結(jié)構(gòu)抑制，但由于短路環(huán)鏈接片的斷裂轉(zhuǎn)嫁到
了由控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，這種頻繁調(diào)整又會引
起系統(tǒng)擾動，這種擾動加載到勵磁系統(tǒng)，將使勵磁繞
組產(chǎn)生振動，振動將導(dǎo)致磁極固定元件及繞組間導(dǎo)
線發(fā)生松動和磨損，造成磁極繞組工作壽命縮短，穩(wěn)
定性下降。其次，由于全阻尼結(jié)構(gòu)不能發(fā)揮作用，在
負(fù)載狀態(tài)下電機(jī)跟隨負(fù)載的狀態(tài)將由柔性變?yōu)閯?
性，增大了機(jī)械和電氣沖擊，對主電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行
不利。
5　結(jié)語
自２０１５ 年３ 月２６ 日電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼繞組短路環(huán)
鏈接片斷裂至２０１５ 年４ 月７ 日，電機(jī)實時運(yùn)轉(zhuǎn)電
流、電壓、轉(zhuǎn)矩、功率、溫度及負(fù)載相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)未發(fā)
現(xiàn)異常。監(jiān)控控制系統(tǒng)中的矢量功角特性，功角特
性有波動，但系統(tǒng)能快速進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整和補(bǔ)償，波
動范圍５％，在可控范圍之內(nèi)。２０１５ 年４ 月８ 日定
修又對２ 處斷裂但還未完全脫落的短路環(huán)鏈接片進(jìn)
行了拆除，目的是避免鏈接片脫落，掉落在電機(jī)定子
繞組上，破壞定子繞組絕緣造成事故擴(kuò)大。短路環(huán)
鏈接片拆除后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與前期保持一致，未發(fā)
現(xiàn)其它異常。同時，監(jiān)測１２ 個磁極鐵心溫度，各磁
極之間溫度無明顯差異。
通過對隱患的跟蹤和電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理的分
析，結(jié)論是：只要阻尼繞組短路環(huán)鏈接片再不斷裂，
保持在目前３～５ 個斷點的狀態(tài)下，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是
可控的，維修工作可以安排在檢修時間進(jìn)行。
收稿日期：２０１５-１１-１０

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