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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：	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　７４８１１１）
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、
低倍組織滿足相應的標準需求。
關鍵詞：４０３２ 合金；淬火；時效；
中圖分類號：ＴＧ１６６．３　　　　　　　文獻標識碼：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，主要應用于內燃
機車活塞。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，大多數屬于不可熱處理強化的
合金，雖然硅在鋁中的溶解度變化較大，但硅在鋁中
的擴散速率極大，淬火過程中即從固溶體中直接析
出Ｓｉ 質點，不經過Ｇ．Ｐ 區階段，所以單純Ａｌ－Ｓｉ 合
金不可熱處理強化。可熱處理強化的Ａｌ－Ｓｉ 系合
金，均在合金中加入了鎂、銅元素，形成強化相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，由于強化相
Ｍｇ ２Ｓｉ 在室溫下析出緩慢，自然時效效果不夠大，必
須經１４７～１７７ ℃人工時效２～１２ ｈ 后，才有高的強
化效果。當合金中含Ｃｕ 量較高時，自然時效才可
以有效提高合金的強度。根據Ａｌ－Ｓｉ 系合金熱處理
的特性，我廠在試驗室鹽浴爐和生產用空氣爐中進
行了熱處理制度試驗。得到了各項指標均滿足客戶
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
根據以往生產工藝經驗，熱處理工藝優選以下
方案進行試驗， 試樣在鹽浴爐內進行固溶處理，保
溫時間為３０ ｍｉｎ，淬火為室溫水中淬火，轉移時間小
于１５ ｓ。人工時效后出爐空冷。試驗結果見表１、
表２。
表１　不同熱處理制度的棒材力學性能
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　人工時效前不進行自然時效和進行自然時效的性能結果對比
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 在強度降低５．６％的條
件下，延伸率提高了５３．６％。人工時效前先進行
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
試驗中發現４０３２ 合金Ф２００ ｍｍ 擠壓材經淬
火、時效后，機械性能變化較大。為了搞清楚影響性
能的因素，在擠壓材不同部位取樣進行熱處理制度
試驗，對生產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 內取樣
（中心樣）；分別在鹽浴爐和空氣爐進行熱處理制度
試驗。試驗結果見表３、表４。
表３　鹽浴爐淬火性能數據
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，經自然時效 ２．５ ｈ 后， 再進行人工時效
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　空氣爐淬火性能數據
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　試驗結果分析
通過對４０３２ 合金擠壓棒材的熱處理和機械性
能試驗，可以看出Φ２００ ｍｍ 擠壓棒材距外圓５０ ｍｍ
深度范圍內性能比較高，而中心Φ１００ ｍｍ 范圍內的
性能普遍偏低，這與中心部位晶粒大，樹枝狀晶發
達，形成的α晶貧Ｓｉ 區有關。Φ４８５ ｍｍ 鑄錠中心
部位原始組織晶粒較大，樹枝晶發達，而且易產生氣
第３ 期　　　　　　　　　 　　　　周　霞 ：４０３２ 變形鋁合金熱處理制度研究　　　 ４３
孔。經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，機械性
能也表現出較大差異，如表４ 所示，而且與熱處理工
藝有關。采用３-２７０ 試樣，Ｃｕ 含量在０．９６％以上，抗
拉強度、屈服強度在同一熱處理條件下往往較高，而
延伸率偏低。當采用鹽浴爐淬火方式中的制度ＩＩＩ
時，經自然時效２．５ ｈ 后，再進行人工時效，其機械
性能均較好。為了證實這一結果，對同樣材料、同樣
熱處理制度進行處理后，在人工時效前，不進行自然
時效和進行自然時效進行了對比試驗。如表２ 結果
證實，經一定時間自然時效后的材料，其延伸率均合
格，而不經自然時效淬火后直接進行人工時效的材
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
錠一般都需要進行均勻化。均勻化時應選擇適當的
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。在生產中
當以強度為重點時，一般在固溶處理后在短時間內
就進行峰值人工時效，可獲得高的強度，但延伸率較
低。當以確保韌性為重點時，多采用降低時效溫度
到１４０～１６０ ℃，低溫下保溫數小時的欠時效狀態或
者采用雙級時效（采用不同的溫度時效兩次）的處
理方式。當進一步要求韌性時，可進行二階段時效
處理也是有效果的，即在固溶處理后在室溫下放置
２～２４ ｈ 先進行自然時效，然后再加熱人工時效，雖
然強度有所降低，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　結語
經過多次熱處理試驗和工藝改進， 我廠供
４０３２Ｒ 態棒材，在某廠鍛造成鍛件毛坯，再由其它廠
方進行機械加工，鍛件要求σｂ≥３５８ ＭＰａ，δ≥５％，
ＨＢ≥１１５。我廠所供４０３２ 合金擠壓棒材經模鍛熱
處理后σｂ 可達到３９２～４００ ＭＰａ，δ 為６％～７％，１１５
ＨＢ。其組織和性能和國際水平相當，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品開發。
（上接第４１ 頁）
4　短路環鏈接片斷裂造成的后果
電機阻尼繞組短路環鏈接片斷裂，致使全阻尼
結構失去作用，電機在運轉過程中，特別是在負載狀
態下將產生功角振蕩，這種功角振蕩本身是由電機
阻尼結構抑制，但由于短路環鏈接片的斷裂轉嫁到
了由控制系統進行調整、補償，這種頻繁調整又會引
起系統擾動，這種擾動加載到勵磁系統，將使勵磁繞
組產生振動，振動將導致磁極固定元件及繞組間導
線發生松動和磨損，造成磁極繞組工作壽命縮短，穩
定性下降。其次，由于全阻尼結構不能發揮作用，在
負載狀態下電機跟隨負載的狀態將由柔性變為剛
性，增大了機械和電氣沖擊，對主電機的穩定運行
不利。
5　結語
自２０１５ 年３ 月２６ 日電機轉子阻尼繞組短路環
鏈接片斷裂至２０１５ 年４ 月７ 日，電機實時運轉電
流、電壓、轉矩、功率、溫度及負載相關狀態數據未發
現異常。監控控制系統中的矢量功角特性，功角特
性有波動，但系統能快速進行自適應調整和補償，波
動范圍５％，在可控范圍之內。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鏈接片進
行了拆除，目的是避免鏈接片脫落，掉落在電機定子
繞組上，破壞定子繞組絕緣造成事故擴大。短路環
鏈接片拆除后，電機運轉狀態與前期保持一致，未發
現其它異常。同時，監測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結構及工作原理的分
析，結論是：只要阻尼繞組短路環鏈接片再不斷裂，
保持在目前３～５ 個斷點的狀態下，電機運行狀態是
可控的，維修工作可以安排在檢修時間進行。
收稿日期：２０１５-１１-１０

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