快速熱處理對低壓鑄造A356.2輪轂性能的影響

董 浩，莊鵬程，張 壯，昝建玖，劉 軍

（1.合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽拓普勒汽車科技有限公司(原安徽福斯特鋁制品股份有限公司），安徽 安慶 246121）

A356鋁合金在工業(yè)應(yīng)用上非常廣泛，它在汽車零部件制造當(dāng)中起著不可或缺的作用[1,2]。通常在Al-7si基合金中加入0.3%～0.45%的Mg元素，再結(jié)合T6熱處理工藝使其析出納米級別彌散分布的Mg2Si顆粒，從而使得合金性能得到大幅提升[3]。目前基于此類合金的研究主要是通過多元微合金化并結(jié)合相應(yīng)的熱處理工藝來進一步提高其性能[4]。對于此類合金在實際生產(chǎn)中所使用的T6熱處理工藝通常采用固溶540±5℃，時間6h～12h，人工時效150℃，時間6h以上。整個熱處理工序中花費時間在12h以上，能源消耗極大，給企業(yè)產(chǎn)生大量成本。研究如何大幅度縮短固溶及時效時間同時使得合金力學(xué)性能達標(biāo)是一項極具研究價值的方向。因此，本工作選取某公司通過低壓鑄造生產(chǎn)的部分型號的A356.2鋁合金汽車輪轂，通過多組試驗測試多種快速熱處理工藝對鋁合金輪轂組織及性能影響，以期獲得既能達到車用鋁合金輪轂性能標(biāo)準(zhǔn)之上同時能夠大幅度縮短熱處理工序時間的新型快速熱處理技術(shù)。

1 試驗過程

本實驗主要通過選取部分型號的低壓鑄造生產(chǎn)的車用A356.2鋁合金輪轂，切取輪轂上不同部位的鋁合金材料進行多種不同的快速熱處理試驗，切取部位包括上輪緣、下輪緣。然后將通過新型熱處理后的材料制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，每種試驗方法上下輪緣各測試三次取平均值。用拉伸試驗機進行拉伸試驗，并用掃描電子顯微鏡觀察其斷口形貌，判斷快速熱處理的效果。主要通過以下幾組實驗。

實驗一：切取低壓鑄造鋁合金輪轂毛坯料的上輪緣、下輪緣，每個部位切取三份。將電阻爐升溫至540℃，將切取的材料放入爐中，保溫60min，保溫時間一到立馬取出投入預(yù)先準(zhǔn)備好的75℃熱水中淬火，淬火時間保持3min以上。然后取出將表面擦干放入200℃電阻爐中，保溫時間60min。待保溫時間結(jié)束后取出樣品在室溫下放置降溫。

實驗二：同樣選取毛坯料上下輪緣每個部位切取三份。將電阻爐升溫至540℃，將切取的材料放入電阻爐中，保溫60min，待保溫時間結(jié)束后取出立刻進行淬火處理，3min后將試樣表面水分擦干，先放入120℃電阻爐中保溫30min，待時間結(jié)束后再放入200℃電阻爐中保溫30min。時效結(jié)束后將試樣用夾子取出在室溫下冷卻。

實驗三：如前所述，切取毛坯輪轂不同部位各三份試樣。先在500℃電阻爐中保溫30min，然后在540℃保溫30min。人工時效工序先在120℃保溫30min，接著在200℃保溫30min。

2 結(jié)果和討論

2.1 拉伸性能

表1 上輪緣拉伸實驗結(jié)果

表2 下輪緣拉伸試驗結(jié)果

圖1 拉伸斷口SEM圖片

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出上輪緣拉伸強度數(shù)值整體高于下輪緣，540×60min+120×30min+200×30min實驗結(jié)果最好，上輪緣抗拉強度達到290MPa，屈服強度240MPa，延伸率7.5%，而下輪緣強度數(shù)值稍低，但差距不是很大，延伸率9%，比前者高了1.5%。三種處理方法中，一和二處理方法在強度數(shù)值上差距不是很大，但延伸率差距比較明顯，采用第二種熱處理方法的延伸率有明顯的提升，可以達到現(xiàn)有車用輪轂指標(biāo)。而第三種熱處理方法效果不太理想，主要表現(xiàn)在延伸率較低，在實際生產(chǎn)的產(chǎn)品里會表現(xiàn)出較差的韌性。

2.2 拉伸斷口SEM微觀形貌

根據(jù)拉伸斷口掃描照片（a）（d）可以看出，固溶+人工時效為540×60min+200×60min的斷口存在明顯的小平面以及韌窩形貌，由于鋁基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此不可能是解理斷裂。T6態(tài)的鑄造鋁合金一般斷裂方式為沿晶斷裂，滑移帶斷裂，韌窩斷裂[5]。觀察到的小平面為準(zhǔn)解理平面，故該斷裂方式為韌脆混合型斷裂。根據(jù)（b）（e）圖片可以看出，采用的固溶+人工時效為540×60min+120×30min+200×30min工 藝 的 掃描斷口分布更多更為明顯的韌窩形貌特征，而準(zhǔn)解理平面較少，其中（e）圖的韌窩比（b）圖更深更明顯。這與拉伸數(shù)據(jù)是相符的。因為圖（e）的拉伸數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了更高的延伸率。圖（c）（f）是采用500×30min+540×30min 120×30min+200×30min的熱處理工藝，該工藝下的斷口掃描圖分布著更多更廣的準(zhǔn)解理面以及撕裂棱，圖（c）還觀察到細小的微裂紋，這種工藝下斷裂機制中脆性斷裂所占的作用更大。

3 結(jié)論

本文對低壓鑄造A356.2車用輪轂輪緣部位采用了三種快速熱處理方法，闡述了三種不同快速熱處理工藝下合金的拉伸強度和延伸率的變化，分析了它們的掃描斷口形貌圖片。結(jié)果顯示方法一拉伸強度略低于方法二，差距不是很大，主要差別是方法二的延伸率明顯高出方法一。而方法三的效果較差，主要體現(xiàn)在延伸率過低。掃描斷口形貌圖也驗證了上述實驗數(shù)據(jù)，方法一與方法二為韌脆混合型斷裂，方法二分布著更多更深的韌窩，而方法三分布著更廣的準(zhǔn)解理平面和撕裂棱。得出固溶+人工時效采用540×60min+120×30min+200×30min的快速熱處理方法能夠達到該合金T6熱處理國家標(biāo)準(zhǔn)。