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摘要：与钢铁材料比较，铸造铝合金兼具体积质量较小、强度较高、抗腐蚀性强、切削加工性能好等优点，很多产品为了缩减重量、提升性能，逐渐开始重视对锻造铝合金的利用，而其需要经过热处理获得所需机械性能。本文主要针对热处理过程中所造成变形及其工艺改进措施进行了简要分析。
关键词：铝合金铸件 热处理 变形
大型铝合金铸件由于尺寸较大，形状较为复杂，热处理过程有着显著的复杂性与特殊性，非常容易出现机械性能不良、变形等缺陷问题。现有机械设备与工艺条件之下，铝合金铸件经过热处理后的合格率通常较低，这也成为了影响生产效益的主要问题。怎样充分明确铸造铝合金铸件的热处理原理，并采取具有针对性的措施进行改进，值得我们深思。
1、铸造铝合金铸件热处理工艺分析
在针对铝合金铸件进行热处理加热和冷却的过程中，因为会出现热应力及组织应力，会无法避免的出现变形情况。而在现实生产中，对于热处理变形的控制主要是以确保机械加工作为基准，主要目标在于使热处理变形量被控制于预留机械加工余量的范围之内。在加工余量确定的条件下，经热处理所造成的最大变形量不应该大于加工余量，才可以确保零件机械加工过程的有序开展。为缩减大型铝合金铸件在热处理过程所产生的变形，需要针对影响变形量的各类要素进行综合分析，并利用大型铝合金时效炉和固熔炉，作具有针对性的优化处理。某厂原铸造铝合金热处理工艺规范如表一所示。
表一 铸造铝合金热处理工艺规范
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2、铸造铝合金铸件热处理工艺改进措施
2.1热处理工艺参数
与铸造铝合金有关的工艺参数主要包括保温时间、固溶温度以及时效温度等，均会直接影响到铸件的实际机械性能。如果温度越高，其中强化元素的溶解速度也就越快，实际数量越多，所获得的强化效果越好。一般情况下，针对铸造铝合金进行固溶处理加热的温度依然接近于固相线温度，其实际可调节范围较窄。如果提升温度，非常容易导致低熔点共晶融化出现过热及过烧情况；而缩减温度，会对固溶效果产生影响。所以，在保证机械性能符合要求的前提下，依然维持原工艺所设置的固溶温度，ZL111是510±5℃，ZL305是490±5℃。
针对铸造铝合金进行固溶处理所需保温时间主要决定于强化元素溶解速度，其主要影响因素包括合金种类、组成成分、组织结构、铸造方式以及铸件大小等。行业标准对保温时间范围作出了规定，但是在实际生产过程中为了缩减生产时间，通常会选取其时间下限。对大型铸件来说，选取保温时间下限显然不够，需要选取时间上限，甚至结合实际生产情况适当拉长保温时间，以保证强化元素可以充分溶解。
时效温度较低或者保温时间不够会导致欠时效，而时效温度过高或者保温时间过长则会导致过时效。通常情况下，ZL111的时效温度应为175±5℃，其保温时间为6h；而ZL305的自然时效需要超过24h。
2.2热处理工艺过程
2.2.1加热过程
在零件加热升温的过程当中，其表面升温较快，而心部升温较慢，里外存在温差从而出现热应力。加热速度越快（或零件壁厚越大），其温差也就越大，相应热应力越大。所以，可以通过缩减加热速度来降低热应力，以实现对零件加热变形的控制。对于尺寸较小、形状比较简单的零件，其加热速度对于零件变形所产生的影响并不大，工艺方面可以直接升温至规定温度，而加热速度则根据设备能力确定。但针对大型铝合金铸件，由于其尺寸较大，而且形状复杂程度较高，壁厚差较大，其加热速度对于零件变形所造成的影响非常突出，为缩减加热过程热应力，必须针对固溶处理加热过程加以控制，在处理工艺上要关注下述几点：
①等温阶段控制。通过对等温阶段的增加，可以有效缩减加热过程中零件内外的温差，继而有利于控制变形。对于ZL111，在达到固溶温度之前，需要分别于490℃和500℃处作等位；对于ZL305，要在原有435℃等温的基础之上，增加300℃和470℃等温阶段。
②升温速度控制。采取较小的温升速度对于缩减加热过程中变形具有非常显著的效果。原工艺会受到设备限制，无法依据工艺需求针对温升速度加以有效调节。采用新炉则可依据工艺需求设置每个阶段加热升温的速度。其中，在低温阶段可以快一些，而在高温阶段则应该慢一些。在对工艺进行改进之后，将低温阶段的升温速度控制于150-200/h，高温阶段控制于20-70/h。
③零件入炉温度控制。连续生产情况下，铝合金固熔炉倘若在一炉零件淬火之后，马上下一炉零件进炉，这时炉内实际温度较高（一般为400℃），这对加热速度控制不利。因此应该从工艺上精准规定入炉温度，必须在炉温下降至规定温度之后才能使零件入炉。依据零件情况，规定ZL111零件入炉温度需要低于150℃，ZL305零件入炉温度低于100℃。
2.2.2冷却过程
铸造铝合金在固溶处理淬火冷却的过程中，其冷却速度越快，则产生热应力则越大，相应零件变形量也越大。在确保冷却过程不会析出第二相的条件下，缩减冷却速度，便可有效控制零件变形。固溶处理一般应用水当作冷却介质，水的实际冷却能力会受到其自身温度较大影响，随水温升高，相应冷却能力会大幅降低。一般处理工艺方面对于水温的规定为60-100℃，温度范围相对较大，在实际操作过程中对于水温所作控制也不够严格。对大型铝合金铸件来说，由于其变形要求较高，在处理工艺方面需要充分考量水温对于冷却速度带来的影响。要在确保冷却效果的条件之下，适当提升水温，以缩减淬火冷却的速度，继而控制变形。依据零件形状及变形情况，从工艺上形成明确规定：底盘零件水温最低60℃；托架水温最低80℃。实际操作过程中一般控制于90℃以上。
2.2.3采取校正方法
校正属于减小（甚至消除）零件变形最为有效的方法之一。出于零件结构方面的限制，并不是每种零件都可以进行校正。对于可以进行校正的零件，倘若热处理变形无法满足机械加工需求，可以结合铸造铝合金固溶前后强度较低、塑性较好的特点加以校正。比如对底盘零件，在进行固溶处理之前，可以利用重物对零件进行挤压，以缩减平面翘曲程度。而对于托架零件，可以应用千斤顶顶胀方式加以校正等。
结束语
总而言之，大型铝合金铸件热处理过程变形问题较为常见，需要引起广大技术管理人员的关注，必须从工艺处理措施方面进行完善以优化铸件质量。作为一名铝合金铸件生产技术人员，应该在日常工作中积极探索，对国外的一些先进生产技术和理念加以借鉴，继而与我国工业生产的实际情况相结合，创建出一套更加符合我国国情的铝合金铸件热处理工艺体系，在实现自我价值的同时，为国家经济建设注入源源不断的活力。
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