AlSi7Mg鋁合金鑄件的熱處理工藝的制作方法

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本發明涉及AlSi7Mg鋁合金鑄件的熱處理工藝。

背景技術：

車輪支架使用的鋁合金材料為AlSi7Mg0.3。隨著平臺技術的不斷進步，產品類型的不斷增多，乘客對車輛運動性和舒適性要求的不斷提高，為使鋁合金鑄件的綜合機械性能滿足底盤類零件不斷增加的高應力載荷要求，機械性能要達到：抗拉強度＞305N/mm²(單項值)，抗拉強度＞315N/mm²(平均值，n＝3)；屈服強度＞245N/mm²(單項值)，屈服強度＞255N/mm²(平均值，n＝3)；延伸率＞6％(單項值)，延伸率＞8％(平均值，n＝3)，該性能遠高于標準及國內最好的性能要求，這對于國內外車輪支架的生產廠商和整車廠商造成巨大的困難和挑戰。

技術實現要素：

本發明人經過研究認為，采用特殊的T64熱處理工藝對產品進行熱處理，才能滿足上述機械性能要求。

因此，本發明第一方面提供一種鋁合金鑄件的熱處理方法，所述方法包括固溶處理和不完全人工時效處理，其中，

固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到538～545℃后保溫5～7小時；

不完全人工時效處理包括將鋁合金鑄件加熱到165～175℃后保溫2.5～3.5小時。

在一個或多個實施方案中，固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到538～543℃。

在一個或多個實施方案中，固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到540±1℃。

在一個或多個實施方案中，固溶處理的保溫時間為5.5～6.5小時。

在一個或多個實施方案中，不完全人工時效處理包括將將鑄件加熱到168～173℃。

在一個或多個實施方案中，不完全人工時效處理包括將將鑄件加熱到170±1℃。

在一個或多個實施方案中，不完全人工時效處理的保溫時間為180±10分鐘。

在一個或多個實施方案中，所述方法還包括淬火和冷卻步驟，其中，淬火包括將固溶處理獲得的鑄件淬火，其中，淬火延遲時間≤12秒；冷卻包括將淬火所得鑄件冷卻至室溫。

在一個或多個實施方案中，淬火包括將鑄件淬入水中，使鑄件急冷。

在一個或多個實施方案中，所述方法包括：

(1)固溶處理，包括將鋁合金鑄件加熱到538～545℃，保溫5～7小時；

(2)淬火，包括將步驟(1)獲得的鑄件淬火，其中，淬火延遲時間≤12秒；

(3)冷卻，將步驟(2)所得鑄件冷卻至室溫；和

(4)不完全人工時效處理，包括將步驟(3)獲得的鑄件加熱到165～175℃，保持2.5～3.5小時；

從而完成對所述鋁合金鑄件的熱處理。

在一個或多個實施方案中，步驟(1)的固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到538～543℃。

在一個或多個實施方案中，步驟(1)的固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到540±1℃。

在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，將鑄件加熱到所示溫度后，保溫5.5～6.5小時。

在一個或多個實施方案中，步驟(2)的淬火包括將鑄件淬入水中，使鑄件急冷。

在一個或多個實施方案中，步驟(4)包括將將鑄件加熱到168～173℃。

在一個或多個實施方案中，步驟(4)包括將將鑄件加熱到170±1℃。

在一個或多個實施方案中，步驟(4)的保溫時間為180±10分鐘。

在一個或多個實施方案中，所述鋁合金鑄件為AlSi7Mg鋁合金鑄件。

在一個或多個實施方案中，所述鋁合金鑄件為AlSi7Mg0.3鋁合金鑄件。

在一個或多個實施方案中，以重量百分比計，所述鋁合金鑄件的化學成份包括：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的雜質。

在一個或多個實施方案中，Si的含量為6.80～7.20％，優選6.80～7.10％。

在一個或多個實施方案中，Mg的含量為0.30～0.45％，優選0.37～0.42％。

在一個或多個實施方案中，Ti的含量為0.100～0.180％，優選0.100～0.150％。

在一個或多個實施方案中，所述鋁合金鑄件中，Cu的含量≤0.05％；Mn的含量≤0.100％；Sr的含量≤0.050％；Fe的含量≤0.190％；Zn的含量≤0.070％；Sn的含量≤0.030％；Pb的含量≤0.030％；Cr的含量≤0.030％；Ni的含量≤0.030％；且雜質總和≤0.100％。

本發明第二方面提供一種AlSi7Mg鋁合金鑄件，以重量百分比計，所述鋁合金鑄件的化學成份包括：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的雜質；

其中，所述鋁合金鑄件具有以下機械性能：

抗拉強度單項值＞305N/mm²，抗拉強度平均值＞315N/mm²(n≥3)；

屈服強度單項值＞245N/mm²，屈服強度平均值＞255N/mm²(n≥3)；和

延伸率單項值＞6％，延伸率平均值＞8％(n≥3)。

在一個或多個實施方案中，所述AlSi7Mg鋁合金鑄件具有以下機械性能：

抗拉強度單項值＞320N/mm²，抗拉強度平均值＞330N/mm²(n≥3)；

屈服強度單項值＞255N/mm²，屈服強度平均值＞265N/mm²(n≥3)；和

延伸率單項值＞7％，延伸率平均值＞9％(n≥3)。

在一個或多個實施方案中，Si的含量為6.80～7.20％，優選6.80～7.10％。

在一個或多個實施方案中，Mg的含量為0.30～0.45％，優選0.37～0.42％。

在一個或多個實施方案中，Ti的含量為0.100～0.180％，優選0.100～0.150％。

在一個或多個實施方案中，所述鋁合金鑄件為AlSi7Mg0.3鋁合金鑄件。

在一個或多個實施方案中，所述鋁合金鑄件經本文所述的T64熱處理工藝處理而制備得到。

本發明還提供一種改進的T64熱處理方法，所述方法包括固溶處理和不完全人工時效處理，其中，

固溶處理為在538～545℃保溫5～7小時；和

不完全人工時效處理為在165～175℃保溫2.5～3.5小時。

在一個或多個實施方案中，所述方法還包括：固溶處理后淬火延遲時間≤12秒的淬火處理，以及淬火處理后冷卻至室溫的處理。

在一個或多個實施方案中，固溶處理為在538～543℃保溫5.5～6.5小時，不完全人工時效處理為在168～173℃保溫180±15分鐘。

在一個或多個實施方案中，固溶處理為在540±1℃保溫360±10分鐘，不完全人工時效處理為在170±1℃保溫180±10分鐘。

本發明還提供本文所述的鋁合金鑄件的熱處理方法或改進的T64熱處理方法在制備AlSi7Mg鋁合金鑄件中的應用，或在提高AlSi7Mg鋁合金鑄件抗拉強度、屈服強度和延伸率中的至少一項機械性能中的應用。

本發明還提供一種鋁合金部件，采用本發明所述的鋁合金鑄件制備得到。

在一個或多個實施方案中，所述部件為車輪支架、轉向節或副車架。

附圖說明

圖1顯示測試樣棒的形狀。

圖2顯示測試位置。1為1#拉伸試樣；2為2#拉伸試樣。

具體實施方式

本發明涉及一種改進的T64熱處理方法，所述方法中，固溶處理為在538～545℃保溫5～7小時；和不完全人工時效處理為在165～175℃保溫2.5～3.5小時。

在某些實施方案中，固溶處理為在538～543℃保溫5.5～6.5小時，例如在540±1℃保溫360±10分鐘。

在某些實施方案中，不完全人工時效處理為168～173℃保溫180±15分鐘，例如在170±1℃保溫180±10分鐘。

因此，在某些實施方案中，固溶處理為在538～543℃保溫5.5～6.5小時，不完全人工時效處理為168～173℃保溫180±15分鐘。更進一步的，固溶處理為在540±1℃保溫360±10分鐘，和不完全人工時效處理為在170±1℃保溫180±10分鐘。

所述改進的T64熱處理方法還包括固溶處理后淬火延遲時間≤12秒的淬火處理，以及淬火處理后冷卻至室溫的處理。可采用常規的方法淬火，例如，將固溶處理獲得的鑄件投入水中，使鑄件急冷。冷卻通常可采用自然冷卻的方式，使淬火后的鑄件的溫度自然冷卻到室溫。

本發明改進的T64熱處理方法適用于常用T64熱處理方法進行處理的對象，包括但不限于鋁合金鑄件，尤其是AlSi7Mg鋁合金鑄件。本發明改進的T64熱處理方法還適用于期望提高鑄件，尤其是鋁合金鑄件，更具體是AlSi7Mg鋁合金鑄件，抗拉強度(單個鑄件或多個(n≥3的平均值)、屈服強度(單個鑄件或多個(n≥3的平均值)和延伸率(單個鑄件或多個(n≥3的平均值)中的一項或幾項機械性能的情形。

在一個具體的方面，本發明將本文所述的改進的T64熱處理方法用于具有以下化學成份和含量(以重量百分比計)的鋁合金鑄件：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的雜質。

Si的含量優選為6.80～7.20％，更優選6.80～7.10％。Mg的含量為優選為0.30～0.45％，更優選0.37～0.42％。Ti的含量優選為0.100～0.180％，更優選0.100～0.150％。

以重量百分比計，所述鋁合金鑄件若包括其它化學成份，則這些化學成份及其含量為：

Cu，其含量≤0.05％；

Mn，其含量≤0.100％；

Sr，其含量≤0.050％；

Fe，其含量≤0.190％；

Zn，其含量≤0.070％；

Sn，其含量≤0.030％；

Pb，其含量≤0.030％；

Cr，其含量≤0.030％；

Ni，其含量≤0.030％；且

雜質總和≤0.100％。

本文中，雜質指除上述列出的成份之外的其它成份。

在某些實施方案中，Cu的含量≤0.03％，優選≤0.01％，例如在0.0030～0.0055％之間。在某些實施方案中，Mn的含量≤0.050％，優選≤0.010％，例如在0.0030～0.010％之間。在某些實施方案中，Sr的含量≤0.030％，例如在0.010～0.030％之間。在某些實施方案中，Fe的含量優選≤0.150％，例如在0.080～0.130％之間，或者在0.100～0.115％之間。在某些實施方案中，Zn的含量優選≤0.05％，更優選≤0.03％，例如在0.010～0.025％之間或在0.015～0.020％之間。在某些實施方案中，所述鋁合金不含有Sn、Pb、Cr和Ni。在某些實施方案中，所述鋁合金不含有雜質。在某些實施方案中，所述鋁合金不含有Sn、Pb、Cr和Ni，以及雜質。

在某些實施方案中，所述鋁合金鑄件含有以下組分或由以下組分組成：

Si，6.8～7.1％；

Mg，0.37～0.42％；

Ti，0.100～0.150％；

Cu，0.0030～0.0055％；

Mn，0.0030～0.010％；

Sr，0.010～0.030％；

Fe，0.080～0.130％；

Zn，0.010～0.025％；和

余量的Al。

在某些實施方案中，所述鋁合金鑄件為AlSi7Mg0.3鋁合金鑄件。

在某些實施方案中，所述鋁合金鑄件的化學成份滿足EN1706標準。

適合用本文所述的T64方法進行熱處理的鋁合金鑄件可以是采用本領域各種方法制備得到的鋁合金鑄件，這類鋁合金鑄件包括但不限于采用CPC差壓鑄造成形的鋁合金鑄件。

因此，本文鋁合金鑄件的熱處理方法包括固溶處理和不完全人工時效處理，其中，固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到538～545℃后保溫5～7小時；不完全人工時效處理包括將鋁合金鑄件加熱到165～175℃后保溫2.5～3.5小時。

優選的，本發明鋁合金鑄件的熱處理方法包括：

(1)固溶處理，包括將鋁合金鑄件加熱到538～545℃，保溫5～7小時；

(2)淬火，包括將步驟(1)獲得的鑄件淬火，其中，淬火延遲時間≤12秒；

(3)冷卻，將步驟(2)所得鑄件冷卻至室溫；和

(4)不完全人工時效處理，包括將步驟(3)獲得的鑄件加熱到165～175℃，保持2.5～3.5小時；

從而完成對所述鋁合金鑄件的熱處理。

在優選的實施方案中，固溶處理包括將鋁合金鑄件加熱到538～543℃，優選540±1℃。通常，將鑄件加熱到538～545℃、優選538～543℃、更優選540±1℃后，在該溫度保持5.5～6.5小時，優選6～6.5小時。然后將鑄件投入水中進行淬火。淬火時間通常≤12秒。取出鑄件后允許其自然冷卻至室溫，然后進行不完全人工時效處理。不完全人工時效處理包括將冷卻到室溫的鑄件加熱到例如168～173℃，優選170±1℃，并在該溫度保持例如3～3.5小時，優選180±15分鐘，例如180±10分鐘。之后，允許鑄件自然冷卻，由此可獲得本發明的鋁合金鑄件。

本文通過將鑄件加熱到較高的溫度538～545℃，保溫5～7小時，使得合金材料內的可溶相充分溶解。然后，急速淬入的水中，鑄件急冷，使溶解到基體內的強化組元在合金中最大限度固定、保存到室溫。之后將冷卻至室溫的鑄件加熱一定的溫度(165～175℃)，保溫較短的時間(2.5～3.5)，以獲得彌散析出的強化相，并避免強化相的長大而削弱強化效果，從而獲得較高的強度與較好的塑性、韌性的綜合力學性能。

因此，本發明也提供一種鋁合金鑄件，其具有前文所述的化學成份，并具有以下機械性能：

抗拉強度單項值＞305N/mm²，抗拉強度平均值＞315N/mm²(n≥3)；

屈服強度單項值＞245N/mm²，屈服強度平均值＞255N/mm²(n≥3)；和

延伸率單項值＞6％，延伸率平均值＞8％(n≥3)。

優選的是，所述鋁合金鑄件具有以下機械性能：

抗拉強度單項值＞320N/mm²，抗拉強度平均值＞330N/mm²(n≥3)；

屈服強度單項值＞255N/mm²，屈服強度平均值＞265N/mm²(n≥3)；和

延伸率單項值＞7％，延伸率平均值＞9％(n≥3)。

本發明還提供一種鋁合金部件，該部件采用本發明所述的鋁合金鑄件制備得到。所述部件可以是，例如車輪支架、轉向節或副車架。

本發明可適用于汽車行業鋁合金鑄件的熱處理(例如車輪支架、轉向節、副車架等)，還廣泛應用于航空、航天、船舶、機械等行業。

下文將以具體實施例的方式闡述本發明。應理解，這些實施例僅僅是闡述性的，并不限制本發明的保護范圍。實施例中所采用的方法和工藝參數，除非另有說明，否則為本領域的常規方法和工藝參數。此外，應理解的是，雖然本文未一一列舉，但本文針對各方面所描述的各特征可任意地組合。舉例而言，鋁合金鑄件中Si、Mg、Ti等各成分的各含量范圍可任意地組合，熱處理工藝中不同的不同溫度、時間條件也可任意地組合。

實施例

對下表2中具有所示化學成份的試樣編號1－5以及表3中具有所示化學成份的試樣編號1－5(均為PQ46車輪支架，材料均為AlSi7Mg0.3鋁合金)分別進行保加利亞CPC差壓鑄造研究所的T64熱處理(“保加利亞T64”)和本發明的T64熱處理。

兩種T64熱處理的工藝參數如下表1所示：

表1

具體測試步驟和方法如下：

1、按圖2所標的機械性能取樣位置切取試棒材料，試棒標準DIN50125(見圖1)；

2、用0.025％/s至0.67％/s的拉伸速率進行試驗，直至試樣斷裂。

3、使用標距25mm的引伸計直接測得斷后試樣的延伸率結果，試驗標準DINEN10002。

試驗設備為拉伸儀。

結果顯示在表2和3中。

從表2和3的數據可得出：

1、從表2的數據看，保加利亞T64熱處理工藝所生產的車輪支架機械性能：抗拉強度和屈服強度全部合格；延伸率單值合格，但平均值不合格。