在fttp://www.CSIRO.au/science/psifi.htm上登載了澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)輕金屬旗艦機(jī)構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出提高鋁合金部件強(qiáng)度的熱處理新技術(shù)文章，該技術(shù)可以使汽車制造廠生產(chǎn)重量更輕、燃料效率更高的汽車。研究人員開發(fā)的替代傳統(tǒng)高壓壓鑄件的熱處理工藝技術(shù)，不需要減少氣隙，還可以消除氣隙，最終改善材料性能，其目的是開發(fā)一個(gè)和壓鑄室相容的在線熱處理系統(tǒng)。
高壓壓鑄件的熱處理
其它鑄造和可鍛鋁合金部件可以通過熱處理來改善機(jī)械性能，但鋁合金高壓壓鑄件(Highpressurediecastings，簡稱HPDC)熱處理一直是不可能的，因?yàn)樗袣庀?氣孔)，氣隙大會(huì)造成部件表面起泡和尺寸變化，導(dǎo)致部件無法使用。
最近的研究工作展示了一種可以采用的熱處理方法，使適合于時(shí)效硬化的這些鋁合金的性能有明顯改善。通過熱處理，鋁合金的抗拉性能、抗疲勞性能、抗斷裂性能和熱傳導(dǎo)性能都會(huì)得到改善。高壓鑄件，對于接近最終形狀的復(fù)雜鋁合金部件大批量生產(chǎn)，是成本利用最有效的工藝技術(shù)。一般來講，每分鐘可以生產(chǎn)20個(gè)小型部件，這些部件大多用于汽車上。當(dāng)然，這一工藝技術(shù)對于工業(yè)其它方面也是重要的。
之前曾經(jīng)嘗試對高壓壓鑄件進(jìn)行熱處理來除去鑄件中的氣隙，但這些努力都被證明成本太高和浪費(fèi)時(shí)間。新熱處理工藝技術(shù)不依賴于孔隙減少，且能夠消除起泡并最終改進(jìn)材料性能。目標(biāo)是開發(fā)一種能和壓鑄室相容的在線熱處理系統(tǒng)。新工藝技術(shù)可以使壓鑄生產(chǎn)廠加工制造發(fā)動(dòng)機(jī)體復(fù)雜高壓壓鑄件和傳動(dòng)變速箱外殼等部件時(shí)，可節(jié)省30%的鋁合金材料，卻達(dá)到同樣的性能。
除了降低加工成本外，對鋁合金材料需求較少，也能減輕汽車重量，從而降低燃料消耗和減少溫室氣體排放。新熱處理工藝技術(shù)還可以使高壓壓鑄件取代強(qiáng)度要求更嚴(yán)格和更昂貴的鑄件以及可鍛件在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。新熱處理工藝技術(shù)可以使兩種鋁合金材料加工的高壓壓鑄件強(qiáng)度增加一倍，這兩種鋁合金占到全球鋁合金壓鑄件總量80%還多一些。
新熱處理方法為高壓壓鑄件提供了抗拉機(jī)械性能的主意改進(jìn)，并且強(qiáng)化了其它的材料性能，預(yù)計(jì)高壓壓鑄件可能會(huì)在對負(fù)載和安全性有要求的方面應(yīng)用更加廣泛。在使用如連續(xù)皮帶式裝料爐和專門用于快速流態(tài)化爐系統(tǒng)等現(xiàn)有處理設(shè)備上，很容易采用這種新熱處理工藝技術(shù)。每個(gè)高壓壓鑄件的成本會(huì)有明顯降低的潛力，研究人員發(fā)現(xiàn)一些高壓壓鑄件的鋁合金品種，它們都具有快速強(qiáng)化機(jī)理，具有在加工上的成本和能源優(yōu)勢。這些合金可以在僅僅30分鐘的整個(gè)熱處理周期里達(dá)到高強(qiáng)度水平，是比傳統(tǒng)鋁鑄造合金需要熱處理周期最多達(dá)24小時(shí)的更優(yōu)異性能的鋁合金熱處理工藝技術(shù)。
改善了的抗拉強(qiáng)度性能
傳統(tǒng)溶液處理(500攝氏度，8小時(shí))鋁合金高壓壓鑄件使孔隙擴(kuò)大造成不能接受的表面氣孔，導(dǎo)致扭曲和較低的機(jī)械性能，所以CSIRO“輕金屬旗艦”項(xiàng)目最近的研究工作已經(jīng)找到一種避免這些鋁合金高壓壓鑄件問題的熱處理周期，效果是明顯的。和傳統(tǒng)的鑄態(tài)狀況相比，抗拉強(qiáng)度性能也有很大改善。一般來講，和傳統(tǒng)的鑄態(tài)狀況相比，0.2%的屈服應(yīng)力會(huì)增加近一倍，盡管實(shí)際性能取決于合金種類部件幾何形狀、壁厚、合金質(zhì)量和所采用的準(zhǔn)確工藝操作步驟。
下面概要介紹對傳統(tǒng)高壓壓鑄件鋁合金成功進(jìn)行熱處理所需要的操作步驟，避免了和傳統(tǒng)熱處理相比所產(chǎn)生的起泡尺寸的不穩(wěn)定性。這些操作步驟包括了相當(dāng)嚴(yán)格的縮短時(shí)間的溶液處理階段，并在低于標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行處理(避免起泡)和多次微觀組織改變，這些改變的獨(dú)有的微觀組織，這些步驟足可以獲得至少合金化元素的部分固溶體來促進(jìn)熱處理的強(qiáng)度強(qiáng)化。CSIRO已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些合金熱處理的最佳步驟如表2所示。
表2合金熱處理最佳步驟
合金種類 最佳溶液處理 淬火 T6回火時(shí)效 T4回火時(shí)效
所有合金 480~505攝氏度，注意熱水或冷水 150攝氏度16~24小時(shí) 720攝氏度
在420攝氏度和最高溫(沒有檢測 最佳180攝氏度2.5~4 最少4天(穩(wěn)
度之間的最理想時(shí)間不出來淬火能 小時(shí)，用于某些鋁合金 定化狀態(tài))
應(yīng)超過10分鐘(即總浸感性)
沒時(shí)間為15分鐘)
請注意∶熱處理不應(yīng)用作含有嚴(yán)重鑄造缺陷的品質(zhì)低劣鑄件的補(bǔ)救措施，除了上述T4和T6回火外，另一個(gè)選擇方案是T7回火，其平均溫度為180攝氏度6小時(shí)或200攝氏度2~4小時(shí)，這一狀態(tài)也許會(huì)提高溫度條件下獲得最佳熱穩(wěn)定性，但是和T6回火相比抗拉性能會(huì)下降。還一種替代方案是T64回火，合金在此狀態(tài)下會(huì)有部分T6回火情況(即6小時(shí)，150攝氏度)和T6回火峰值相比，峰值硬度和強(qiáng)度性能稍許下降，但是抗斷裂性能一般要高得多。
高壓壓鑄合金的強(qiáng)度
總體而言，高壓壓鑄鋁合金的抗拉性能和硬度為線性相關(guān)的關(guān)系，但對于許多產(chǎn)品來講這是不可能的，也不是成本有效的。通常采用鑄件來加工抗拉性能試樣，利用硬度來作為測試性能的一種手段是更合適的。
魯姆雷博士認(rèn)為，當(dāng)鋁合金高壓壓鑄技術(shù)在全球汽車工業(yè)為主要應(yīng)用之時(shí)，其它工業(yè)也可以采用這一新技術(shù)。只要有對相當(dāng)復(fù)雜高強(qiáng)度鋁合金鑄件的成本有效的大批量生產(chǎn)需求就可以采用這一新技術(shù)。從理論上講，新熱處理工藝技術(shù)是使生產(chǎn)高強(qiáng)度部件成本減半的一種方法，而過去這類部件只能采用可替代但成本更高的加工工藝來制造。