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收稿日期：２０１９ １２ ０７作者简介：李 莎（１９８６—），女，硕士，讲师，研究方向为金属材料与热处理及表面技术．ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００２ １６３９ ２０２０ ０８ ００６铝合金轮毂低压铸造的热处理工艺及其性能分析李 莎（陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 ７１２０００）摘要：针对Ａ３５６ ２铝合金轮毂采取固溶措施，在此基础上通过人工时效２４ｈ、自然时效４８ｈ方式处理，展开力学性能检测，同时检测通过涂装处理后的成品。
经分析结果得知，Ｔ４（自然时效２４ｈ）热处理在屈服强度上有所下降，相较于Ｔ６热处理而言降幅约２０％～３０％，除此之外在抗拉强度与硬度两项指标上也出现下降趋势，分别为５％～１０％、１０％～２０％，较特殊的是伸长率，提升幅度达到７０％～１００％。
在采取涂装措施后，基于合金检测结果得知，伸长率有所下降，强度与硬度均有所提升。
总体上，Ｔ４热处理可行性更佳，所得合金力学性能更为良好。
关键词：Ａ３５６ ２铝合金；热处理；轮毂中图分类号：ＴＧ１５６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２ １６３９（２０２０）０８ ００２０ ０３ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＷｈｅｅｌＨｕｂＵｎｄｅｒＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｓｔｉｎｇＬＩＳｈａ（ＳｈａａｎｘｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｔａｋｅｎｆｏｒＡ３５６ ２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｈｕｂ Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡ３５６ ２ａｌｕｍｉ ｎｕｍａｌｌｏｙｗｈｅｅｌｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｂｙａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｇｉｎｇｆｏｒ２４ｈａｎｄｎａｔｕｒａｌａｇｉｎｇｆｏｒ４８ｈ，ａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＴ４（ｎａｔｕｒａｌａｇｉｎｇ２４ｈ）ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｂｙａｂｏｕｔ２０％ｔｏ３０％ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＴ６ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓａｌｓｏｓｈｏｗａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ，ｗｈｉｃｈａｒｅ５％～１０％ａｎｄ１０％～２０％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｏｎｒａｔｅｉｓ７０％～１００％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｈｅｍｏｒｅｐｅｃｕｌｉａｒｉｓｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ７０％ｔｏ１００％ Ａｆｔｅｒｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｔａｋｅｎ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｌｌｏｙｔｅｓｔｉｎｇ，ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｐｅａｋｉｎｇ，ｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＴ４ｉｓｍｏｒｅｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙａｒｅｂｅｔｔｅｒ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ａ３５６ ２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｈｕｂ 铝合金是现代工业的重要材料，兼具质量轻、成形性好等多重特点，应用于汽车工业中可以达到降低车辆自重、优化操作性等效果［１－３］。
![汽车铝合金车轮的分阶时效热处理工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/3a792aee581b6bd97e19ea7e.png)
专利名称：汽车铝合金车轮的分阶时效热处理工艺专利类型：发明专利
发明人：胡因行,李萍,管建国,李光宇,崔兰妹
申请号：CN200810234088.8
申请日：20081118
公开号：CN101638759A
公开日：
20100203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种汽车铝合金车轮的分阶时效热处理工艺，其特征在于：将热处理工艺分成固熔、初级时效、再时效即喷漆烘烤三个工序，采取的技术方案是：固熔温度540℃±5℃，固熔时间250～290分钟；初级时效温度130℃±5℃，时效时间60～90分钟；再时效中喷漆烘烤温度170℃～200℃，喷漆烘烤时间60～80分钟。
该方法将铝合金车轮原有喷漆烘烤工艺纳入热处理再时效工艺考虑并不增加生产成本，并且由于采用在固熔和初级时效阶段先提高铝合金车轮韧性，再时效阶段再提高铝合金车轮强度，避免了原热处理工艺中因固熔和一次时效就已使产品达到了强度和韧性要求，又因喷漆烘烤工序使产品强度提升而韧性降低的弊端，从而在节约能源的同时使产品的综合力学性能更优良。
申请人：江苏凯特汽车部件有限公司
地址：213133 江苏省常州市新北区罗溪镇空港工业园区旺才路29号
国籍：CN
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铝合金轮毂热处理铝合金轮毂热处理1、铝合金轮毂热处理过程及重要性热处理就是以一定的加热速度，升到某一温度下保温一定时间并以一定的速度冷却，得到某种合金组织和性能要求的一种加工方法。
其主要目的是：提高力学性能，增强耐腐性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。
铸造铝合金轮毂选用的材料是A356铝合金（美国牌号），对应的国内合金牌号为ZL101，属铝-硅系铸造合金，通常采用T6热处理工艺，含义如下表：表1 热处理状态代号、名称及特点铝合金轮毂的热处理强化的主要方法是固溶淬火加人工时效。
在Al-Si-Mg合金中，固溶处理的实质在于：将合金加热到尽可能高的温度，并在该温度下保持足够长的时间，使强化相Mg2Si充分溶入α-Al 固溶体，随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温。
温度愈高，愈接近固相线温度，则固溶处理的效果愈好。
固溶处理也会改变共晶Si的形态，随着固溶保持时间的延长，Si相有一个缓慢球化和不断粗化的过程，这种过程随固溶温度的提高而增强。
一般铝合金轮毂的固溶温度选择在535--545℃之间，时间为6小时。
固溶温度对Si相形态的影响要比保温时间的影响大得多，通过参照相关理论和试验发现，550℃保温100分钟后的Si相形态等同于540℃保温300分钟后的形态，目前中信戴卡公司热处理工序步进式连续炉，除特殊产品有明确要求外，均采用固溶550℃保温140分钟左右的热处理工艺。
当然，选择的是较高的固溶温度，对设备稳定性的要求也很高，炉膛内各部温度要均匀，否则局部温度过高，会导致部分产品过热、过烧。
铝合金轮毂淬火时的水温一般选择在60--80℃之间，而且水的状态对机械性能也有一定影响，这是因为轮毂淬火时水温升高，工件表面局部水气化的可能性增大，一旦气囊形成，冷速就明显降低，这会使机械性能降低，因而在工件淬火的情况下，必须要开启水循环装置（搅拌器、循环泵等），使水箱内的水处于流动状态，水温均匀，工件表面没有形成气囊的机会，保持一定的冷却速度，确保淬火效果。
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。
铝合金车轮低压铸造工艺目录铝合金车轮低压铸造工艺1 低压铸造工艺1.1 低压铸造原理1.2 低铸汽车铝合金轮的工艺特点1.3 汽车铝轮低压铸造工艺设计1.4 汽车铝轮低压铸造模具设计1.5 铝轮低压铸造工艺过程1. 模具检查2. 模具喷砂3. 模具的准备4. 模具涂料5. 涂料性能和配比6. 涂料的选择7. 模具的预热和喷涂1.6 开机前的准备工作1. 保温炉的准备2. 陶瓷升液管的准备3. 设备和工艺工装的准备1.7 铝车轮低压铸造液面加压规范1. 加压规范的几种类型2. 铝车轮低压铸造加压规范的设定3. 设计铝轮低铸加压曲线的步骤4. 铝轮低铸工艺曲线实例1.8 铸件缺陷分析，原因及解决办法1. 疏松（缩松）的形成与防止2. 缩孔的形成与防止3. 气孔的形成与防止4. 针孔的形成与防止5. 轮毂的变形原因及防止6. 漏气的产生原因及防止7. 冷隔（冷接，对接），欠铸（浇不足，轮廓不清）的形成与防止8. 凹（缩凹，缩陷）的形成与防止铝合金车轮低压铸造工艺铝合金车轮制造技术是多种多样的，而铝车轮的铸造工艺，目前主要有两种：一种是金属型重力铸造，一种是低压铸造。
我们主要是做汽车铝合金车轮，制造工艺采用的是低压铸造。
我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有针对性的，介绍的方法也是不一样的。
1 低压铸造工艺1.1 低压铸造原理低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。
如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中流入型腔。
待金属液凝固以后，将炉膛中的压缩空气释放，未凝固的金属从升液管中流回到炉中。
控制流入炉膛空气的压力、速度,就可以控制金属流入型腔中的速度和压力，并能让金属在压力下结晶凝固，压力一般不超过 1 ??/。
这种工艺特点是铸件在压力下结晶，组织致密，机械性能好；低压另一个特点就是用一个升液管将铸型直接和炉膛连通，在压力的作用下，直接浇注铸型，不用冒口，浇口也很小。
压铸铝合金时效处理工艺压铸铝合金是一种常用的铝合金制造工艺，通过将熔化的铝合金注入压铸机的模具中，经过一系列的冷却和凝固过程，最终得到所需的铝合金零件。
然而，经过压铸后的铝合金零件还需要进行时效处理，以提高其力学性能和耐腐蚀性。
时效处理是指在一定的温度和时间条件下，将铝合金零件进行热处理，使其达到理想的力学性能和耐腐蚀性。
时效处理主要包括固溶处理和时效处理两个步骤。
固溶处理是指将压铸铝合金零件加热到一定的温度，使固溶相中的溶质原子溶解到基体中，形成固溶体。
固溶处理的温度和时间是根据铝合金的成分和硬度要求来确定的。
一般来说，铝合金的固溶处理温度在460℃至500℃之间，时间在1小时至4小时之间。
固溶处理的目的是消除铝合金中的固溶相，提高铝合金的可塑性和延展性。
固溶处理后，铝合金零件需要经过时效处理。
时效处理是指将固溶处理后的铝合金零件在一定的温度和时间条件下进行二次热处理，使其获得所需的强度和硬度。
时效处理的温度和时间也是根据铝合金的成分和硬度要求来确定的。
一般来说，时效处理的温度在150℃至250℃之间，时间在2小时至10小时之间。
时效处理的目的是在保持铝合金的可塑性和延展性的同时，提高其强度和硬度。
时效处理的过程中，温度和时间是非常重要的因素。
温度过高或时间过长会导致铝合金零件过度硬化，产生过多的析出相，从而降低其可塑性和延展性。
温度过低或时间过短则无法充分析出相，无法达到理想的强度和硬度。
因此，合理控制时效处理的温度和时间是确保铝合金零件性能的关键。
时效处理还可以根据需要进行多次进行。
多次时效处理可以进一步提高铝合金零件的性能。
在多次时效处理中，每次时效处理的温度和时间可以有所不同，以实现不同的性能要求。
总的来说，时效处理是压铸铝合金制造工艺中不可或缺的一步。
通过合理控制固溶处理和时效处理的温度和时间，可以使铝合金零件获得理想的力学性能和耐腐蚀性。
时效处理的工艺参数需要根据具体的铝合金成分和要求来确定，以保证产品的质量和性能。
铸造铝合金热处理工艺规程1.目的与适用范围本规程规定了铝合金热处理的方法及目的。
铸造铝合金的淬火过程，实质上是强化相或强化组元固溶处理的过程。
时效的过程是过饱和的固溶体分解脱溶，为亚稳定相析出创造条件。
2. 铝铸件通常的热处理种类及目的2.1人工时效（T1）目的：2.1.1稳定铸态零件组织，稳定工件在高于室温条件下的工作形态和尺寸，提高零件抗拉强度，消除部分应力。
2.1.2改善铸态零件切削加工性，提高表面粗糙度等级。
2.1.3淬火工件经过时效处理，使之达到零件热处理技术要求并稳定其组织和尺寸。
2.2退火（T2）目的：2.2.1消除铸造应力和机械加工过程中引起的加工硬化情况。
2.2.2提高塑性2.3淬火+自然时效（T4）目的：2.3.1获得介稳定的过饱和固溶体，为人工时效或自然时效强化作组织准备。
2.3.2提高在铸态下使用的零件塑性，并相应提高零件的抗拉强度和耐腐蚀性能。
2.4淬火+不完全人工时效（T5）目的：为获得足够高的强度，并保持高的塑性。
2.5淬火+稳定化回火（T7）目的：2.5.1获得足够高的强度。
2.5.2稳定组织和尺寸3. 淬火、时效、退火前对铸件的要求：3.1所有铸件均应清理干净，需要焊补者，应先进行焊补，而后进行固熔处理及校正，然后进行时效或退火，以消除残余应力和强化。
3.2待整零件的化学成分应符合GB1173-95标准规定。
3.3零件表面不允许有冷隔、裂纹、穿透性缺陷、机械损伤等存在，尺寸符合铸件毛坯规定及GB6414-86要求。
4. 装炉4.1每次装入的铸件应力求壁厚、结构较为近似，重量、大小相近，以便采用合适的工艺规范。
4.2铸件的排列应满足4.2.1淬火时，零件在筐中彼此间隙大于30mm，而层间的间隙大于100mm，以防压出皱纹。
4.2.2单铸的试棒需与同炉浇注的铸件进行同炉热处理，时效亦然。
4.2.3大型铸铝件为避免在淬火过程中，因自重或压力作用下发生变形，一般最大支距不应超过300mm；分层装载时，各层之间的垫铁或耐火砖不得错开。
铝压铸件时效处理温度一、铝压铸件的时效处理是个什么鬼？铝压铸件，听起来是不是有点复杂？其实啊，简单来说，就是铝合金通过压铸工艺制作成各种形状的零部件，然后经过一些处理，让它们变得更强韧、更耐用。
就像我们做菜，最重要的不是食材本身，而是怎么调味、怎么烹饪，才能让菜肴更美味。
铝压铸件也是这样，经过时效处理后，它们的性能就能大大提升。
说到时效处理，很多人可能会一脸懵，时效处理到底是啥？怎么做？别急，慢慢给你讲。
时效处理就是让铝合金在一定的温度下放个“假”，也就是通过热处理让材料在加热的过程中发生一系列反应，达到强化的效果。
说白了，就是给铝压铸件“补充能量”，让它更结实、更耐磨。
时效处理的温度很讲究，太高或太低都不好。
就好比煮饭，火候不对，米饭就会夹生或者煮成粥。
铝压铸件的时效处理温度一般在150℃到200℃之间，也有些特殊合金需要更高的温度。
别看这个温度不高，实际操作起来可得心细如尘。
二、时效温度有啥讲究？那么问题来了，铝压铸件时效处理到底该选啥温度呢？好吧，咱们先从实际情况说起。
一般情况下，铝合金压铸件要在160℃到180℃这个温度区间进行时效处理。
为啥呢？这个温度能帮助铝合金内部的析出相均匀分布，强化材料的强度和硬度。
温度太低的话，强化效果不明显，根本发挥不了铝合金的潜力；而温度太高的话，又容易导致铝合金过度软化，强度反而下降。
所以，找到一个合适的温度真的是“黄金中庸”。
你要是想知道更具体的情况，那就得看所用铝合金的成分和特点。
比如，常见的ADC12铝合金，时效温度大约是175℃左右，这个温度能让它达到最佳的强度和硬度。
如果是铝硅铜合金，那可能就要稍微高点的温度，比如180℃，这样才能充分激活铝合金中的合金元素。
不管怎样，温度的控制都需要非常精准。
如果设备或者操作不当，可能就会导致铝合金“浪费”掉最佳的性能。
三、时效处理怎么做才最有效？说了这么多，大家肯定会问，时效处理到底怎么做才最有效呢？时效处理不仅仅是把铝压铸件扔进热炉里就完事。
ZL101A铝合金车轮热处理工艺的优化实验摘要: 汽车车轮是车辆承载的重要安全部件。
铝合金以其优异的比强度和比刚度，成为汽车轻量化的首选材料，使用比例逐年提高。
本文以某公司现有较为成熟的ZL101A铝合金车轮T6热处理工艺为基础，参照国内外热处理经验，通过调整热处理工艺参数，合理安排工艺，确保铝合金车轮原有性能不变或有所提高。
通过实验确定较为合适的固溶加热温度为535℃～540℃，在535℃、540℃固溶时，分别保温6h、5h可获得更高的力学性能；最适宜的时效温度是130℃、140℃，最佳时效保温时间为3.5h、4h。
关键词：ZL101A铝合金车轮；T6热处理工艺；固溶；时效Abstract:Wheel is an important safety component of vehicles. Aluminum alloy with its excellent specific strength and stiffness has been selected to use widely by cars as a lightweight material.Taking a more mature T6 heat treatment for ZL101A alloy wheels reference from a company, based on experience at home and abroad about the heat treatment process, by adjusting the heat treatment parameters, a reasonable arrangement process, to ensure that the performance of the original aluminum alloy wheels maintained or improved .Experimental results showed that a more appropriate solution to determine the heating temperature is 535～540 ℃. at 535 ℃, 540 ℃solution, respectively, insulation 6h, 5h obtain higher mechanical properties; and the most appropriate in this aging temperature is 130 ℃, 140 ℃;the optimum holding time is 3.5h and 4h.Key words: ZL101A aluminum alloy wheels; T6 heat treatment; solution; aging目录1 绪论 (1)1.1 铝合金车轮概述 (1)1.2 国内外铝合金车轮制造业现状 (1)1.2.1 国外铝合金车轮制造业现状 (1)1.2.2 国内铝合金车轮制造业现状 (2)1.3 铝车轮热处理工艺的研究背景及意义 (2)2. ZL101A铝合金车轮的生产工艺概况 (3)2.1 熔炼 (3)2.2 变质 (4)2.2.1 变质方法 (4)2.2.2 孪晶凹谷机制变质机理 (4)2.3 晶粒细化 (5)2.3.1 细化方法 (5)2.3.2 晶粒细化的机理 (5)2.4 铸造 (5)2.4.1 低压铸造的基本原理 (6)2.4.2 低压铸造的工艺流程 (6)3. ZL101A力学性能的主要影响因素 (7)3.1 合金元素的影响 (7)3.2 微观组织的影响 (8)3.3 熔体处理及热处理的影响 (8)4 ZL101A常见的冶金缺陷分析 (8)4.1缩孔 (8)4.2疏松 (9)4.3裂纹 (9)4.4偏析 (10)4.5夹杂 (11)4.6淬火加热过烧 (11)4.7针孔 (11)4.8气孔（气泡） (12)4.9固溶强化相溶解不完全 (13)4.10变质处理不足和变质过度（过变质） (13)5. ZL101A铝合金车轮热处理工艺的优化实验 (13)5.1 铝合金热处理工艺概述 (13)5.2 铝车轮热处理工艺优化试验方案的设计 (15)5.3 实验材料的制备 (16)5.4 实验设备的校验 (17)5.5优化试验工艺参数的确定 (19)5.6 实验制度的确定 (20)5.6.1 固溶制度的确定 (20)5.6.2 时效制度的确定 (21)5.7 实验结果分析 (23)5.7.1固溶实验结论与分析 (23)5.7.2时效实验结论与分析 (23)5.7.3综合实验结论与分析 (23)6.优化实验工艺与原试验工艺比较 (24)6.1化学成分的测定 (24)6.2力学性能的测定 (24)6.3金相组织检验 (25)7.结论与展望 (26)参考文献 (27)1 绪论1.1 铝合金车轮概述汽车车轮是车辆承载的重要安全部件。
铝合金轮毂热处理工艺
铝合金轮毂以其质量轻、散热快、减震性好、轮胎寿命长、外观美丽、图案丰富多彩、尺寸精确、平衡性好、操作轻快等优点，作为钢制轮毂的良好替代品,已广泛应用于轿车和客车上。
纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件，向铝中加入适量的合金元素，可以制成较高强度的铝合金。
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好。
如再经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。
铝合金的热处理工艺由固溶处理和时效处理组成。
1. 固溶处理：是将铝合金加热到高温单相区恒温保持，随后迅速水冷使过剩相充分溶解到固溶体中，以得到过饱和固溶体。
固溶处理可以提高铝合金的强度和塑性，使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。
2. 时效处理：经固溶处理后的铝合金组织不稳定，过饱和固溶体有分解出强化相达到稳定状态的倾向。
将工件在室温下放置一定时间或加热到一定温度保温一定时间后，强度和硬度会明显提高，这种现象称为时效。
自然时效时间较长，实际生产中采用加热到一定温度并较短时间进行时效的人工时效处理。
时效处理后可获得机械性能稳定，尺寸形状精度高的产品。
通过热处理工艺，可明显改善合金的组织结构，提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。
第20卷第4期2014年8月江苏理工学院学报Vol．20，No．4Aug．，2014收稿日期：2014－03－10基金项目：江苏理工学院研究生科技创新创业训练项目（YJSK13010）作者简介：于小健（1988－），男，江苏宿迁人，硕士研究生，主要从事铸造铝合金的研究；卢雅琳（1967－），女，陕西宝鸡人，教授，博士，主要从事铸造、半固态成形等技术研究。
低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺于小健1，卢雅琳1，胡因行2，李萍2（1．江苏理工学院，江苏常州213001；2．江苏凯特汽车部件有限公司，江苏常州213001）摘要：针对目前传统热处理工艺产品高消耗、高成本、且力学性能较差等问题，并考虑低压铸造ZL101铝合金车轮经过机械加工后的表面处理工序（喷漆和烘烤），探索出一种新的铝合金车轮分级时效热处理工艺。
将热处理工艺分为固熔、初级时效、再时效即喷漆烘烤三个工序。
固熔温度540ʃ5ħ，固熔时间250 290min ；初级时效温度130ʃ5ħ，时效时间60 90min ；喷漆烘烤温度170 200ħ，喷漆烘烤时间60 80min 。
结果表明，将铝合金车轮表面喷漆烘烤作为热处理再时效工艺，不仅降低了能耗和生产成本，同时铝车轮强度和韧性达到理想的状态，抗拉强度、屈服强度、延伸率明显提高。
关键词：低压铸造；ZL101铝合金；分级时效热处理中图分类号：TG166．3文献标识码：A文章编号：2095－7394（2014）04－0022－050引言随着汽车工业的发展，对汽车轻量化的要求越来越高，使得铝合金轮毂的应用也越来越多［1－4］。
车轮是车辆行驶中重要的安全部件，要求有较高强度、优良的冲击韧性和良好的耐疲劳性，因此对其生产提出了较高的要求［5］。
目前ZL101铝合金材料是制造汽车铝车轮的主要材料，该合金的铸造性能优良，流动性好，线收缩小，热裂倾向低，气密性好，稍有产生气孔和缩孔的倾向［6－7］。
ZL101合金材料一般要经过熔化、精炼并添加镁、锶、钛等元素经变质细化处理，再经热处理才能达到铝车轮的强度和韧性的要求［8－10］。
目前，我国铝车轮行业在变质细化方面已达到较高的水平，但热处理仍然采用传统工艺，即采用固熔和时效两个工序，固熔温度530ʃ5ħ，时间360 420min ；时效温度150ʃ155ħ，时间240 300min 。
这种方法不仅能耗高、成本高，而且未考虑铝合金车轮经过机械加工后的表面处理过程，因为铝合金车轮在表面处理过程会因喷漆烘烤使产品强度提高、韧性下降，因此传统的热处理工艺不仅能耗和成本高，而且产品的力学性能差。
本实验对传统热处理工艺进行优化，考虑了喷漆烘烤工艺对材料力学性能的影响，提供一种低能耗，高工效，可替代传统工艺的短时热处理工艺，并确保合金的微观组织，室温拉伸力学性能达到国家标准规定的T6处理工艺水平，旨在缩短生产周期，降低成本，对企业生产具有一定的指导意义。
1实验1．1实验材料本实验用料由江苏凯特汽车部件有限公司提供，批量生产的锶变质的ZL101铸态铝合金轮毂，光谱第4期于小健卢雅琳胡因行等：低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺分析材料成分如表1所示。
表1ZL101铝合金的化学成分（质量分数W%）化学成分Si Mg Mn Fe Ti B Sr AlW%7．20000．3000＜0．00500．13830．1255＜0．05000．0135其余1．2实验方法及设备将批量生产的合格的铸态铝合金轮毂试样，置于SX2－4－10电阻炉中进行固溶时效处理，炉温波动控制在ʃ3ħ；产品经机械加工后进行喷漆烘烤即再时效处理；然后做13ʎ冲击实验；按GB/T228－2002《金属材料室温拉伸试验方法》线切割加工成矩形标准试样，试样在WDW电子万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度3mm/min；将拉伸过后的试样边缘制成金相试样，进行清洗以去除污垢、油膜，用0．5% HF酸水溶液在室温下浸蚀20s，采用GY－5000金相显微镜对各处理试样的显微组织进行观察；再将金相试样在维氏硬度计测试硬度，载荷为10Kgf，保持时间为30s，每个试样测三点，取其平均值和分析。
1．3工艺方案实验工艺流程：上料→进固熔炉→固熔处理→出固熔炉→淬火→进时效炉→初级时效处理→出时效炉→机加工→再时效处理即喷漆烘烤→粉体烘烤→底漆与罩光漆烘烤→出炉。
本实验分级时效热处理工艺如表2所示，具体为：产品上料后首先进固熔炉进行固熔处理；固熔处理分为升温和保温，固熔时间250 290min，其中固熔升温时间为40 50min，固熔保温时间为210 240min，固熔保温温度540ʃ5ħ，固熔过程中循环风速12m3/s以上；出固熔炉淬火处理，淬火转移时间小于15s，淬火水温55ħ 65ħ，淬火时间为3 3．5min；产品经整形后进时效炉，进行初级时效处理，初级时效时间60 90min，其中初级时效升温时间20 30min，初级时效保温时间40 60min，初级时效温度130ʃ5ħ；出时效炉；产品经机械加工后进入表面处理工序，进行喷漆烘烤即再时效处理；在喷漆烘烤中温度为170 200ħ，喷漆烘烤时间60 80min，其中粉体烘烤温度为190 200ħ，烘烤时间为30 40min ；底漆与罩光漆烘烤温度170 180ħ，烘烤时间为30 40min，然后出炉冷却。
作为对比试验，传统热处理工艺即采用固熔和时效两个程序，工艺为固熔温度530 535ħ，固熔时间360 420min；淬火转移时间小于15s，淬火水温55ħ 65ħ；时效温度150 155ħ，时效时间240 300min。
表2ZL101铝合金车轮分级时效热处理工艺固溶处理淬火时效处理再时效处理（喷漆烘烤）温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min 540ʃ5250 29055 653 3．5130ʃ560 90170 20060 802结果与分析2．1力学性能测试结果与分析在轮毂不同位置取样，分别进行传统时效和分级时效热处理，处理后的材料力学性能对比如表3所示。
表3分级时效与传统时效工艺下材料的力学性能工艺类型取样位置抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率%硬度/HBS评判分级时效热处理工艺轮缘281．9222．311．976轮辐265．6197．14．280符合标准要求传统热处理工艺轮缘284．3190．27．396轮辐262．4179．93．5104符合标准要求从表3中可以看出，不论是轮缘还是轮辐，采用分级时效热处理工艺后，材料屈服强度和延伸率大幅32江苏理工学院学报第20卷提高。
轮缘区域材料的屈服强度提高了16．8%，延伸率提高了63%，轮辐区域材料的屈服强度提高了近10%，延伸率提高了86%，整个轮毂的塑性明显改善。
屈服强度的提高意味着材料在服役过程中不易发生变形，因此该工艺有利于提高铝合金车轮的安全特性。
2．2金相组织分析轮毂传统热处理与分级时效热处理工艺后的组织照片如图1所示。
（a ）传统热处理工艺下的微观组织（b ）传统热处理工艺下晶界处放大组织（c ）分级时效热处理工艺下的微观组织（d ）分级时效热处理工艺晶界处放大组织图1分级热处理工艺与传统热处理工艺下的微观组织图1中白色椭圆形树枝状组织为α－Al 固溶体，晶界处黑色颗粒为共晶硅。
采用传统热处理时（如图1（a ）所示），α－Al 固溶体晶粒粗大，树枝晶粗大，部分呈蔷薇状，组织均匀性较差。
从图1（c ）中可以看出，采用分级时效后，粗大的枝晶组织被打断，蔷薇状组织减少，α－Al 固溶体由枝晶组织向椭圆形、球状转化，微观组织趋于细小均匀化。
图1（b ）为传统热处理下晶界处的共晶硅组织，硅颗粒明显粗大，大小不一，部分呈片状、纤维状，且分散不均匀。
纤维状颗粒对基体具有割裂作用，从而使合金的力学性能下降。
而图1（d ）为分级时效热处理后晶界处的共晶硅组织，可以看出：共晶硅颗粒已达到良好的球化而且较弥散均匀分布，硅相颗粒由纤维状向球状转化，从而改善合金的性能。
由以上分析可知，合金的组织决定了其性能的好坏。
2．3安全性能试验汽车轮毂安全性能试验包括冲击试验、弯曲疲劳试验和径向疲劳试验，是汽车轮毂开发过程中必需检验的三大项目。
目前，汽车轮毂耐冲击试验国际标准要求是要进行13ʎ冲击实验。
试验参数，标准要求及测试结果如表4所示。
试验时，冲击重量比标准要求大50kg 、弯曲疲劳实验比标准要求实验转数多5．0万转、径向疲劳实验比标准要求实验转数多30万转。
试验结果：轮毂冲击后背腔轮辐与轮缘连接处未出现开裂及裂纹，同时其他各项安全性能检测合格，实验结果符合标准要求。
42第4期于小健卢雅琳胡因行等：低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺表4轮毂安全性能试验实验项目实验参数标准要求实验结果判定13ʎ冲击实验a．冲锤重量：650KGb．下落高度：230ʃ2mmc．使用轮胎：205/40Ｒ17d．充气压力：200ʃ10KPae．冲击位置：0ʎ与180ʎa．冲击实验结束后，车轮应无穿透性裂纹b．轮辋不能在车轮上分离或漏气发生满足标准要求，合格弯曲疲劳实验a．载荷：3290N．Mb．转数：2．5ˑ106c．转速：600ʃ10r/mina．车轮的任何部位无可见性疲劳裂纹b．车轮承受载荷至要求的循环次数c．达到要求的循环次数之前，加载点的偏移量不能超过初始全加载偏移量的10%满足标准要求，合格径向疲劳实验a．弯矩：16500Nb．实验里程：80万转c．使用轮胎：265/65Ｒ17d．充气压力：450ʃ10KPaa．车轮的任何部位无可见性疲劳裂纹b．车轮承受载荷至要求的循环次数c．螺母不得有异常松动满足标准要求，合格3结论（1）分级时效热处理工艺处理的产品和传统热处理工艺相比，轮毂的力学性能显著提高。
微观组织均匀，共晶硅边角圆滑，溶质相分布均匀。
（2）新工艺不仅使固熔和初级时效的时间缩短，减少了能源使用，降低了生产成本，而且再时效工艺借助于原有的粉底烘烤和底漆与罩光漆烘烤过程，不再单独进行热处理再时效，节省了能源和生产成本。
该方法可有效避免传统热处理工艺中经过固熔和一次时效虽使产品强度和韧性达到合格标准，但又在粉底烘烤和底漆与罩光漆烘烤环节使产品韧性下降的弊端。
因此，和传统的热处理工艺相比，该工艺不仅可以节约成本，而且可以提高产品性能。
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