鋁合金鑄件熱處理操作規(guī)程

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1 定義及其目的熱處理就是選用某一熱處理規(guī)范，控制加熱速度，升到某一相應溫度下保溫一定時間以一定的速度冷卻，改變其合金組織。其主要目的是：提高力學性能，增強耐腐性能，改善加工性能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。2 熱處理工藝分類2．1 退火：2．1．1 定義：退火就是將鋁合金鑄件加熱到較高溫度（一般 300℃左右），保溫一定時間，隨爐冷卻到室溫的工藝。2．1．2 目的：消除內應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形，增大塑性。2．2 固溶處理：2．2．1 定義：固溶處理就是把鑄件加熱到盡可能高的溫度（接近于共晶的熔點），在該溫度下保持足夠長的時間，并隨后快速冷卻。2．2．2 目的：提高鑄件的強度和塑性，改善合金的耐腐蝕性能。2．3 時效處理：2．3．1 定義：時效處理就是將鑄件加熱到某一溫度，保溫一定時間后出爐，在空氣中緩慢冷卻到室溫的工藝。2．3．2 分類：2．3．2．1 不完全人工時效：它是采用比較低的時效溫度或較短的保溫時間，目的是為了獲得優(yōu)良的綜合力學性能，即比較高的強度，良好的塑性和韌性。2．3．2．2 完全人工時效 ：它是采用較高的時效溫度和較長的保溫時間。目的：獲得最大的硬度，即得到最高的抗拉強度。2．3．2．3 過時效：它是加熱到更高溫度下進行。目的：得到好的抗應力腐蝕性能或比較穩(wěn)定的組織和幾何尺寸。3 熱處理狀態(tài)代號及意義參見下表： 表 1 熱處理狀態(tài)代號、名稱及特點代號 熱處理狀態(tài)名稱 目的T1 人工時效提高硬度，改善加工性能，提高 ZL104、ZL105 等合金的強度。T2 退火消除內應力，消除機加工引起的加工硬化，提高尺寸穩(wěn)定性及增加合金的塑性。T4 固溶處理 提高強度和硬度，獲得最高的塑性及良好的抗蝕性能。T5固溶處理+不完全人工時效 用以獲得足夠高的強度，并保持有高的塑性，但抗蝕性下降。T6 固溶處理+完全人工時效 用以獲得最高的強度，但塑性及抗蝕性降低。T7 固溶處理+穩(wěn)定化回火 提高尺寸穩(wěn)定性和抗蝕性，保持較高的力學性能。T8 固溶處理和軟化回火 獲得尺寸的穩(wěn)定性，提高塑性，但強度降低。4 熱處理工藝參數參見表 2：表 2 常用鋁合金（鋁硅系）熱處理規(guī)范固溶處理 人工時效合金代號 狀態(tài) 鑄件壁 厚 mm使用設備 保溫溫度 （℃）保溫時間（t）冷卻介質及溫度（℃）使用設備保溫溫度（℃）保溫時間（t）冷卻介質T2 / / / /75 型井式爐 300±10 2~4 空冷1#75 型井式爐 503±1075 型井式爐T5 2#75 型井式爐 510±102~6 水 20~100 箱式回火爐150±10 2~4 空冷1#75 型井式爐 503±1075 型井式爐 163±10 3~5 空冷ZL101T6 2#75 型井式爐 510±102~6 水 20~100 箱式回火爐 175±10 3~5 空冷ZL102 T2 / / / / 300±10 2~4 空冷75 型井式爐 163±10 5~10 空冷T1 / / / / 箱式回火爐 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐 478±1075 型井式爐 163±10 5~10 空冷ZL104T6 2#75 型井式爐 473±102~6 水 20~100 箱式回火爐 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐 458±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷T5 ≤10 2#75 型井式爐 465±106~8 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~8 空冷1#75 型井式爐 465±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷T5 >10 2#75 型井式爐 472±106~8 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~8 空冷1#75 型井式爐 458±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷ZL107T6 ≤10 2#75 型井式爐 450±106~10 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~10 空冷1#75 型井式爐 465±1075 型井式爐 160±10 6~10 空冷T6 >10 2#75 型井式爐 460±106~10 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~10 空冷T1 / / / / 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐490±10500±102~42~4/水 60~100/175±10/3~5/空冷ZL111T6 2#75 型井式爐490±10500±102~42~4/水 60~100/175±10/3~5/空冷CF105002 T1 / / / / 175±10 5~10 空冷注：表中未注明要求的，表示可通用于任何情況。5 熱處理操作要點：5．1 熱處理用爐的準備： 5．1．1 檢查熱處理用爐及輔助設備。如供電系統(tǒng)、空氣循環(huán)用風扇，自控儀表及熱電偶插放位置是否正常、合格。5．1．2 檢查在正常工作條件下，爐膛各處溫差是否在規(guī)定范圍（±5℃）內。5．1．3 起重設備是否正常、可靠。5．2 裝爐：5．2．1 待處理的鑄件應按合金牌號、外廓尺寸、鑄件壁厚及熱處理規(guī)范進行分類。5．2．2 檢查鑄件質量的單鑄試棒，應與同爐澆注的鑄件同爐熱處理。5．2．3 中小型鑄件用專門的框架組成一批，一起裝爐。大型鑄件應單個放在專用架上裝爐。5．3 加熱及保溫：5．3．1 送電加熱時，應同時開動風扇和控溫儀表。5．3．2 加熱應當緩慢（一般為 100℃/h）。對復雜鑄件，應在較低溫度下裝爐（300℃以下），并使加熱至淬火溫度的時間為 2 小時左右。5．3．3 在保溫期間，應定時校正爐膛工作區(qū)域溫度。5．3．4 由于某種原因造成中斷保溫，在短期不能恢復工作時，應將鑄件出爐淬火。在排除故障后，再次裝爐繼續(xù)升溫進行熱處理，其總的保溫時間應稍許延長。5．4 出爐冷卻：5．4．1 保溫結束后，用吊車或其它裝置將鑄件迅速出爐，淬入規(guī)定冷卻介質中冷卻。5．4．2 淬火轉移時間是指從鑄件吊起到鑄件全部淬入介質中，總的時間最好不超過 15S。5．5 鑄件變形的校正：5．5．1 鑄件變形應在淬火后立即校正，矯正模具和工具應在淬火前事先準備。5．5．2 根據鑄件特點和變形情況選擇相應的矯正方法，矯正時用力不宜過猛，要緩慢均勻。5．6 時效操作：5．6．1 需進行人工時效的鑄件，應在淬火后盡快進行。5．6．2 裝爐時，爐溫不得超過時效溫度。5．6．3 將自動控溫儀表定溫，然后送電加熱，開動風扇。5．6．4 保溫時間到后，斷開電源。5．7 重復熱處理 ：當熱處理的鑄件力學性能不符合要求時，可進行重復熱處理，重復熱處理的保溫時間可酌情縮短，其次數不得超過兩次。5．8 技術安全及其它：5．8．1 進行熱處理操作時，操作者不得離開現場，切實注意觀察溫度和設備運轉情況，穿戴好防護用品，做好原始記錄。5．8．2 在裝爐和出爐前，必須切斷電源。6 熱處理質量檢查：6．1 檢查方法及項目：6．1．1 目視檢查：觀察工件的表面狀況，目的在于發(fā)現是否有共晶體的析出物引起的表面起泡、氧化變黑以及翹曲變形和裂紋等。6．1．2 尺寸檢查：檢查鑄件的變形程度，尺寸是否符合規(guī)定的精度等級。6．1．3 熒光檢查：表面裂紋、鑄造缺陷：氣孔、縮孔、夾渣和疏松等。6．1．4 力學性能檢查：檢查單鑄試棒或鑄件本體的抗拉強度、伸長率或硬度是否符合技術標準 >標準要求。6．1．5 金相檢查：取試樣，檢查是否過燒和強化相是否溶解完全等。6．2 熱處理缺陷及消除方法：6．2．1 熱處理缺陷分類：力學性能不合格、淬火不均勻、變形、裂紋及過燒。6．2．2 熱處理缺陷產生的原因及消除方法見表 4：表 4 熱處理缺陷及其消除方法缺陷類型 形成原因 消除方法力學性能不合格：表現為退火狀態(tài)δ5 偏低；固溶處理狀態(tài) бb 和 δ51.鑄件退火時，退火溫度偏低或保溫時間不足，或冷卻速度太快；2.固溶處理時，溫度過低或保溫時間不夠或淬火轉移時間過長或淬火水溫1.再次退火，提高溫度，或者延長保溫時間，或嚴格隨爐冷卻；2.將固溶溫度提高到上限范圍，或延長保溫時間，盡量縮短淬火轉移時間，或在保證淬不合格；時效后的 бb 和 δ5 不合格。過高；3.不完全人工時效和完全人工時效溫度偏高或時間過長而造成 бb 高而 δ5不合格，溫度低而時間短使 бb 低而δ5 偏高；4.合金化學成分的偏差，如主要成分偏上限。火不變形不開裂的情況下降低淬火水溫，或更換淬火介質，用“CL-1”有機淬火介質；3.再次固溶處理后調整時效的溫度和時間；4.根據具體化學成分，重復熱處理時調整熱處理規(guī)范，并對下批鑄件調整化分成分。淬火不均勻：表現在鑄件厚大部位拉伸性能低，硬度低，甚至不合格。鑄件局部加熱和冷卻不均，如厚大部位和薄小的部位加熱和冷卻不一，厚、大部位熱透慢，冷卻慢。1.重新進行熱處理，使厚大部位處于爐內的高溫區(qū)，或延長保溫時間；2.使厚大部位先下水冷卻；3.更換淬火介質，改用有機淬火介質。4.鑄件上涂涂料，使得均勻加熱和冷卻。變形：表現在熱處理及隨后的機械加工中鑄件出現的形狀和尺寸變化。1.加熱速度過快；2.冷卻太激烈；3.壁厚差大；4.裝料方法不當，下水方式不對。1.降低升溫速度；2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火；3.壁厚或壁薄部位涂涂料；4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向；5.選擇最合適的化學成分。裂紋：表現在經熱處理后的鑄件上出現裂紋，或者肉眼可見，或者熒光檢驗發(fā)現。1.加熱速度過快；2.淬火冷卻太激烈；3.壁厚差大；4.裝料方法不對；5.化學成分不正確，如 ZL205A 合金 Cd含量偏高。1.降低升溫速度；2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火；3.壁厚或壁薄部位涂涂料；4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向；5.選擇最合適的化學成分。過燒：表現為鑄件局部熔化產生表面結瘤；力學性能,特別是 δ5下降；金相組織中出現復熔物等。1.低熔點雜質元素含量偏高，如 Al-Cu系合金中的 Si 和 Mg 偏高；2.不均勻地加熱和加熱過快，使工件局部加熱溫度超過過燒溫度；3.工件區(qū)的溫度局部超過過燒溫度；4.測量和控溫儀表失靈，使爐內溫度過高。1.選用合格爐料；2.選用合理的升溫速度；3.分段加熱；4.定期校測爐內各加熱區(qū)的溫度，使之不大于±5℃，個別偏高的部位不予裝料；5.定期校正儀表，保證測溫和控溫準確無誤。7 相關記錄7．1 《熱處理操作原始記錄》2010-004-011 定義及其目的熱處理就是選用某一熱處理規(guī)范，控制加熱速度，升到某一相應溫度下保溫一定時間以一定的速度冷卻，改變其合金組織。其主要目的是：提高力學性能，增強耐腐性能，改善加工性能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。2 熱處理工藝分類2．1 退火：2．1．1 定義：退火就是將鋁合金鑄件加熱到較高溫度（一般 300℃左右），保溫一定時間，隨爐冷卻到室溫的工藝。2．1．2 目的：消除內應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形，增大塑性。2．2 固溶處理：2．2．1 定義：固溶處理就是把鑄件加熱到盡可能高的溫度（接近于共晶的熔點），在該溫度下保持足夠長的時間，并隨后快速冷卻。2．2．2 目的：提高鑄件的強度和塑性，改善合金的耐腐蝕性能。2．3 時效處理：2．3．1 定義：時效處理就是將鑄件加熱到某一溫度，保溫一定時間后出爐，在空氣中緩慢冷卻到室溫的工藝。2．3．2 分類：2．3．2．1 不完全人工時效：它是采用比較低的時效溫度或較短的保溫時間，目的是為了獲得優(yōu)良的綜合力學性能，即比較高的強度，良好的塑性和韌性。2．3．2．2 完全人工時效 ：它是采用較高的時效溫度和較長的保溫時間。目的：獲得最大的硬度，即得到最高的抗拉強度。2．3．2．3 過時效：它是加熱到更高溫度下進行。目的：得到好的抗應力腐蝕性能或比較穩(wěn)定的組織和幾何尺寸。3 熱處理狀態(tài)代號及意義參見下表： 表 1 熱處理狀態(tài)代號、名稱及特點代號 熱處理狀態(tài)名稱 目的T1 人工時效提高硬度，改善加工性能，提高 ZL104、ZL105 等合金的強度。T2 退火消除內應力，消除機加工引起的加工硬化，提高尺寸穩(wěn)定性及增加合金的塑性。T4 固溶處理 提高強度和硬度，獲得最高的塑性及良好的抗蝕性能。T5固溶處理+不完全人工時效 用以獲得足夠高的強度，并保持有高的塑性，但抗蝕性下降。T6 固溶處理+完全人工時效 用以獲得最高的強度，但塑性及抗蝕性降低。T7 固溶處理+穩(wěn)定化回火 提高尺寸穩(wěn)定性和抗蝕性，保持較高的力學性能。T8 固溶處理和軟化回火 獲得尺寸的穩(wěn)定性，提高塑性，但強度降低。4 熱處理工藝參數參見表 2：表 2 常用鋁合金（鋁硅系）熱處理規(guī)范固溶處理 人工時效合金代號 狀態(tài) 鑄件壁 厚 mm使用設備 保溫溫度 （℃） 保溫時間 （t） 冷卻介質及溫度（℃） 使用設備 保溫溫度 （℃） 保溫時間 （t） 冷卻介質T2 / / / /75 型井式爐 300±10 2~4 空冷ZL101T5 1#75 型井式爐 503±10 2~6 水 20~10075 型井式爐 150±10 2~4 空冷2#75 型井式爐 510±10箱式回火爐1#75 型井式爐 503±1075 型井式爐 163±10 3~5 空冷T6 2#75 型井式爐 510±102~6 水 20~100 箱式回火爐 175±10 3~5 空冷ZL102 T2 / / / / 300±10 2~4 空冷75 型井式爐 163±10 5~10 空冷T1 / / / / 箱式回火爐 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐 478±1075 型井式爐 163±10 5~10 空冷ZL104T6 2#75 型井式爐 473±102~6 水 20~100 箱式回火爐 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐 458±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷T5 ≤10 2#75 型井式爐 465±106~8 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~8 空冷1#75 型井式爐 465±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷T5 >10 2#75 型井式爐 472±106~8 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~8 空冷1#75 型井式爐 458±1075 型井式爐 160±10 6~8 空冷T6 ≤10 2#75 型井式爐 450±106~10 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~10 空冷1#75 型井式爐 465±1075 型井式爐 160±10 6~10 空冷ZL107T6 >10 2#75 型井式爐 460±106~10 水 20~100 箱式回火爐 175±10 6~10 空冷T1 / / / / 175±10 5~10 空冷1#75 型井式爐490±10500±102~42~4/水 60~100/175±10/3~5/空冷ZL111T6 2#75 型井式爐490±10500±102~42~4/水 60~100/175±10/3~5/空冷CF105002 T1 / / / / 175±10 5~10 空冷注：表中未注明要求的，表示可通用于任何情況。5 熱處理操作要點：5．1 熱處理用爐的準備： 5．1．1 檢查熱處理用爐及輔助設備。如供電系統(tǒng)、空氣循環(huán)用風扇，自控儀表及熱電偶插放位置是否正常、合格。5．1．2 檢查在正常工作條件下，爐膛各處溫差是否在規(guī)定范圍（±5℃）內。5．1．3 起重設備是否正常、可靠。5．2 裝爐：5．2．1 待處理的鑄件應按合金牌號、外廓尺寸、鑄件壁厚及熱處理規(guī)范進行分類。5．2．2 檢查鑄件質量的單鑄試棒，應與同爐澆注的鑄件同爐熱處理。5．2．3 中小型鑄件用專門的框架組成一批，一起裝爐。大型鑄件應單個放在專用架上裝爐。5．3 加熱及保溫：5．3．1 送電加熱時，應同時開動風扇和控溫儀表。5．3．2 加熱應當緩慢（一般為 100℃/h）。對復雜鑄件，應在較低溫度下裝爐（300℃以下），并使加熱至淬火溫度的時間為 2 小時左右。5．3．3 在保溫期間，應定時校正爐膛工作區(qū)域溫度。5．3．4 由于某種原因造成中斷保溫，在短期不能恢復工作時，應將鑄件出爐淬火。在排除故障后，再次裝爐繼續(xù)升溫進行熱處理，其總的保溫時間應稍許延長。5．4 出爐冷卻：5．4．1 保溫結束后，用吊車或其它裝置將鑄件迅速出爐，淬入規(guī)定冷卻介質中冷卻。5．4．2 淬火轉移時間是指從鑄件吊起到鑄件全部淬入介質中，總的時間最好不超過 15S。5．5 鑄件變形的校正：5．5．1 鑄件變形應在淬火后立即校正，矯正模具和工具應在淬火前事先準備。5．5．2 根據鑄件特點和變形情況選擇相應的矯正方法，矯正時用力不宜過猛，要緩慢均勻。5．6 時效操作：5．6．1 需進行人工時效的鑄件，應在淬火后盡快進行。5．6．2 裝爐時，爐溫不得超過時效溫度。5．6．3 將自動控溫儀表定溫，然后送電加熱，開動風扇。5．6．4 保溫時間到后，斷開電源。5．7 重復熱處理 ：當熱處理的鑄件力學性能不符合要求時，可進行重復熱處理，重復熱處理的保溫時間可酌情縮短，其次數不得超過兩次。5．8 技術安全及其它：5．8．1 進行熱處理操作時，操作者不得離開現場，切實注意觀察溫度和設備運轉情況，穿戴好防護用品，做好原始記錄。5．8．2 在裝爐和出爐前，必須切斷電源。6 熱處理質量檢查：6．1 檢查方法及項目：6．1．1 目視檢查：觀察工件的表面狀況，目的在于發(fā)現是否有共晶體的析出物引起的表面起泡、氧化變黑以及翹曲變形和裂紋等。6．1．2 尺寸檢查：檢查鑄件的變形程度，尺寸是否符合規(guī)定的精度等級。6．1．3 熒光檢查：表面裂紋、鑄造缺陷：氣孔、縮孔、夾渣和疏松等。6．1．4 力學性能檢查：檢查單鑄試棒或鑄件本體的抗拉強度、伸長率或硬度是否符合技術標準 >標準要求。6．1．5 金相檢查：取試樣，檢查是否過燒和強化相是否溶解完全等。6．2 熱處理缺陷及消除方法：6．2．1 熱處理缺陷分類：力學性能不合格、淬火不均勻、變形、裂紋及過燒。6．2．2 熱處理缺陷產生的原因及消除方法見表 4：表 4 熱處理缺陷及其消除方法缺陷類型 形成原因 消除方法力學性能不合格：表現為退火狀態(tài)δ5 偏低；固溶處理狀態(tài) бb 和 δ5不合格；時效后的бb 和 δ5 不合格。1.鑄件退火時，退火溫度偏低或保溫時間不足，或冷卻速度太快；2.固溶處理時，溫度過低或保溫時間不夠或淬火轉移時間過長或淬火水溫過高；3.不完全人工時效和完全人工時效溫度偏高或時間過長而造成 бb 高而 δ5 不合格，溫度低而時間短使 бb 低而 δ5偏高；4.合金化學成分的偏差，如主要成分偏上限。1.再次退火，提高溫度，或者延長保溫時間，或嚴格隨爐冷卻；2.將固溶溫度提高到上限范圍，或延長保溫時間，盡量縮短淬火轉移時間，或在保證淬火不變形不開裂的情況下降低淬火水溫，或更換淬火介質，用“CL-1”有機淬火介質；3.再次固溶處理后調整時效的溫度和時間；4.根據具體化學成分，重復熱處理時調整熱處理規(guī)范，并對下批鑄件調整化分成分。淬火不均勻：表現在鑄件厚大部位拉伸性能低，硬度低，甚至不合格。鑄件局部加熱和冷卻不均，如厚大部位和薄小的部位加熱和冷卻不一，厚、大部位熱透慢，冷卻慢。1.重新進行熱處理，使厚大部位處于爐內的高溫區(qū)，或延長保溫時間；2.使厚大部位先下水冷卻；3.更換淬火介質，改用有機淬火介質。4.鑄件上涂涂料，使得均勻加熱和冷卻。變形：表現在熱處理及隨后的機械加工中鑄件出現的形狀和尺寸變化。1.加熱速度過快；2.冷卻太激烈；3.壁厚差大；4.裝料方法不當，下水方式不對。1.降低升溫速度；2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火；3.壁厚或壁薄部位涂涂料；4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向；5.選擇最合適的化學成分。裂紋：表現在經熱處理后的鑄件上出現裂紋，或者肉眼可見，或者熒光檢驗發(fā)現。1.加熱速度過快；2.淬火冷卻太激烈；3.壁厚差大；4.裝料方法不對；5.化學成分不正確，如 ZL205A 合金 Cd含量偏高。1.降低升溫速度；2.更換冷卻介質，或提高介質溫度或采用等溫淬火；3.壁厚或壁薄部位涂涂料；4.采用適當夾具，選擇正確的下水方向；5.選擇最合適的化學成分。過燒：表現為鑄件局部熔化產生表面結瘤；力學性能,1.低熔點雜質元素含量偏高，如 Al-Cu系合金中的 Si 和 Mg 偏高；2.不均勻地加熱和加熱過快，使工件局1.選用合格爐料；2.選用合理的升溫速度；3.分段加熱；特別是 δ5 下降；金相組織中出現復熔物等。部加熱溫度超過過燒溫度；3.工件區(qū)的溫度局部超過過燒溫度；4.測量和控溫儀表失靈，使爐內溫度過高。4.定期校測爐內各加熱區(qū)的溫度，使之不大于±5℃，個別偏高的部位不予裝料；5.定期校正儀表，保證測溫和控溫準確無誤。7 相關記錄7．1 《熱處理操作原始記錄》2010-004-01