鄭玲

（達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，四川達(dá)州635001）

1 引言

擠壓鑄件廣泛應(yīng)用于各種各樣的汽車、火車、飛機(jī)、摩托車、電動(dòng)車、自行車等的制造行業(yè)，大大改善了人們的交通運(yùn)輸生活。然而，熱處理在其中起到了關(guān)鍵性作用。那么，在擠壓鑄件的熱處理中我們應(yīng)注意些什么呢？本文就擠壓鑄件的熱處理展開(kāi)進(jìn)行了研究。

2 熱處理

熱處理過(guò)程中，將某些需要的金屬提高到預(yù)定的溫度，維持這個(gè)溫度不變一段時(shí)間后，以需要的速度降溫，因而其中的形狀結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)得到我們想要的物理特性、化學(xué)特征、生物特點(diǎn)、工藝需要等。

熱處理技術(shù)可以改變工具的工作性能，將每一份鑄件的材料性能發(fā)揮到極致，以此來(lái)延長(zhǎng)鑄件的壽命。工業(yè)的發(fā)展更是需要鑄件材料具有耐高溫、耐磨損、耐伸縮、耐擊打等特性，只有經(jīng)過(guò)特殊的熱處理方能得到這些材料性能。

3 擠壓鑄件的熱處理

擠壓鑄件是通過(guò)擠壓鑄造得到的優(yōu)質(zhì)機(jī)械鑄件。對(duì)澆灌成形液態(tài)金屬材料加以一定的壓力，將其從液態(tài)凝固為固態(tài)，并從中獲得大量的分子能量，就可以進(jìn)行熱處理了。下面主要介紹擠壓鑄件熱處理的研究情況。

3.1 Al-Si合金熱處理

（1）從熱處理前后的顯微比較中，會(huì)發(fā)現(xiàn)熱處理前的組織是分散不成形的，根本就沒(méi)有一個(gè)基本的形狀呈現(xiàn)，反而顯得組織粗大；但是通過(guò)熱處理之后，組織顯然是均勻分布于整個(gè)鑄件，幾乎沒(méi)有存在任何細(xì)縫。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)熱處理的Al-Si合金內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了改變，變得更加密實(shí)。

（2）從熱處理前后的斷口樣貌對(duì)比可見(jiàn)，熱處理前，疊面層較多，微觀表面不平坦，呈波浪狀，沒(méi)有韌性，很容易斷裂。經(jīng)過(guò)熱處理后，表面平坦，韌性增大，很少發(fā)生脆性斷裂情況，但是同時(shí)也存在韌性斷裂的威脅。熱處理后的擠壓鑄件可承受206.2MPa的拉力壓強(qiáng)，大大超過(guò)了未經(jīng)過(guò)熱處理的最大限度，增加了4.5%左右的能量分子，有效增大了強(qiáng)度。

（3）熱處理讓Al-Si的強(qiáng)度大大提升，穩(wěn)定度、合金塑性、延伸長(zhǎng)度等均有提升。

T6熱處理前后合金顯微組織如圖1，T6熱處理前后合金斷口形貌如圖2。

3.2 液態(tài)與半固態(tài)A380鋁合金

（1）顯微組織的對(duì)比。液態(tài)A380鋁合金呈現(xiàn)小小的樹(shù)枝晶體鋪滿整個(gè)平面，狹長(zhǎng)而纖細(xì)。而中間有些較其較大的洞孔，直徑約為10～50μm。而半固態(tài)的整個(gè)圖案就是一朵正在盛開(kāi)的薔薇花，密實(shí)的組織，狹小的空洞，就像一道厚厚的圍墻，阻止了外面氣體的進(jìn)入，起到保護(hù)及防御的作用。成功進(jìn)行熱處理后，狹小的洞孔瞬間增大，最大直徑可達(dá)200μm，最小直徑也不會(huì)低于50μm。而半固態(tài)的A380鋁合金卻還是維持著之前的桿狀形態(tài)，似乎沒(méi)有受到一點(diǎn)影響。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)?85℃的高溫處理，半固態(tài)的A380鋁合金依然還是沒(méi)有進(jìn)行材料溶解，根本沒(méi)辦法產(chǎn)生類似于液態(tài)結(jié)果中的孔洞。這也就是說(shuō)，半固態(tài)的金屬能使用熱處理，而液態(tài)的技術(shù)則還需要繼續(xù)努力。

圖1 T6熱處理前后合金顯微組織

圖2 T6熱處理前后合金斷口形貌

（2）力學(xué)特征的對(duì)比。與液態(tài)的A380鋁合金相比，同樣狀態(tài)下的半固態(tài)鑄件的最高壓力數(shù)值降低2.48%、壓力平均數(shù)值降低3.9%、延長(zhǎng)數(shù)值最長(zhǎng)降低91.5%，平均延伸長(zhǎng)度降低166.2%。液態(tài)下的物質(zhì)呈流水形存在，沒(méi)有固定的形狀，也導(dǎo)致了松散、分布不均勻的缺陷；而半固態(tài)則因?yàn)檎吵硇缘拇嬖?，容易將周圍的物質(zhì)結(jié)合，形成質(zhì)地均勻、具有一定硬度的晶體組織，從而大大增加了物體的抗壓能力。但是在熱處理之后，液態(tài)的最大（平均）抗壓能力居然下降至236MPa，最大（平均）延伸長(zhǎng)度更是降低了59.2%。而半固態(tài)的最大（平均）抗壓能力明顯上升到334MPa（與鍛鋁相同），最大（平均）延伸長(zhǎng)度雖然呈現(xiàn)下降狀態(tài)，卻沒(méi)有液態(tài)的嚴(yán)重。原因是孔洞吸收了外界的氣體，導(dǎo)致內(nèi)部空虛，從而導(dǎo)致液態(tài)A380鋁合金的力學(xué)特征發(fā)生巨大變化。

液態(tài)壓鑄及半固態(tài)壓鑄零件的顯微組織如圖3，液態(tài)壓鑄件及固態(tài)壓鑄件熱處理后顯微組織如圖4。

圖3 液態(tài)壓鑄及半固態(tài)壓鑄零件的顯微組織

圖4 液態(tài)壓鑄件及固態(tài)壓鑄件熱處理后顯微組織

4 擠壓鑄件的熱處理后遺癥

熱處理對(duì)擠壓鑄件的應(yīng)用性能起到關(guān)鍵性的作用。但稍有不慎，就會(huì)引起起泡缺陷。

4.1 起泡的緣由

液態(tài)下的金屬材料由于孔洞的存在，容易吸入大量的氣體或容易分散的小分子雜料。就像液態(tài)下的Al-Si一樣，由于無(wú)法及時(shí)排除瞬間吸入的氣體，而導(dǎo)致孔洞膨脹，之后的熱處理更是把其外來(lái)物質(zhì)壓制在金屬里面，熱脹成一個(gè)又一個(gè)的泡。

4.2 起泡的分類

熱處理的起泡往往跟工作方式、擠壓技術(shù)、模型特點(diǎn)有關(guān)。本文主要針對(duì)直接擠壓和間接擠壓的情況來(lái)分析防止起泡的辦法。

（1）直接擠壓鑄件的起泡。也就是液態(tài)金屬?gòu)南路降南菹氯サ哪Ｐ椭袧补喽耄賹⑽镱^從上往下用力壓下來(lái)，從而提升物體內(nèi)部的壓強(qiáng)。這種辦法使得金屬物質(zhì)處于下方，其上都是斷裂的空氣。氣體比液體更易流動(dòng)，因此空氣可以從兩側(cè)的縫隙排擠出去。排氣間隙的大小是關(guān)鍵問(wèn)題，排氣間隙過(guò)小，則氣體排擠速度慢，容易造成堵塞問(wèn)題；排氣間隙過(guò)大，則氣體排擠過(guò)快，造成金屬液體也一起被排出去。因此我們必須根據(jù)氣體量來(lái)確定排氣間隙：H7/e8、H7/d8（鑄件為鋁、鎂合金），物頭由閉合處到底部的高度則為20～50mm。當(dāng)然也可以在物頭或其棒長(zhǎng)面加上一些深0.05～0.1mm、寬10～30mm的槽來(lái)增大物體內(nèi)部的排氣速度。

（2）間接擠壓鑄件的起泡。與直接擠壓鑄造的方法相比，會(huì)發(fā)現(xiàn)間接擠壓鑄造中的金屬流動(dòng)距離更長(zhǎng)，而且由于模具形狀更復(fù)雜多樣，導(dǎo)致起泡的處理難度更大。然而，直接擠壓鑄造的方法為從上面壓向下面，間接擠壓鑄造的方法為從下面壓向上面，且間接擠壓鑄造物口寬度、金屬液體流道的寬度更大，因而間接擠壓鑄造中金屬流液的速度大大提高，所以出現(xiàn)起泡缺陷的幾率大大降低。

同時(shí)，液態(tài)金屬的流線速度控制也很關(guān)鍵。當(dāng)物頭擠壓頻率過(guò)快，液態(tài)金屬流動(dòng)速度也隨之加快，則會(huì)導(dǎo)致金屬液體出現(xiàn)漩渦，將外界氣體帶入其中，引起起泡的現(xiàn)象產(chǎn)生；但是物頭擠壓頻率過(guò)慢，則會(huì)使金屬流液產(chǎn)生凝固狀態(tài)而呈現(xiàn)充不滿的現(xiàn)象。所以，對(duì)于擠壓物頭的速度應(yīng)控制在0.8m/s以下。根據(jù)實(shí)際情況，可以控制在0.1m/s的范圍內(nèi)，或者控制在0.2～0.4m/s的“高速運(yùn)動(dòng)”范圍下。

還可以在模具的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)，如增大圓角的過(guò)渡，或增加通往模具內(nèi)部的路線。

5 結(jié)論

對(duì)Al-Si合金熱處理后，合金的抗拉強(qiáng)度、塑性得到了充分提高，合金組織形貌發(fā)生了巨大改變。對(duì)半固態(tài)壓鑄件與液態(tài)壓鑄件進(jìn)行熱處理，半固態(tài)壓鑄件的抗拉強(qiáng)度增大，液態(tài)壓鑄件的抗拉強(qiáng)度減小。同時(shí)，延伸率都呈現(xiàn)下降狀態(tài)，但半固態(tài)壓鑄件的下降幅度要比液態(tài)壓鑄件的更小。直接擠壓鑄件可以使用油劑涂料，處理好排氣的問(wèn)題就可以正常進(jìn)行熱處理。間接擠壓鑄件需要合理地設(shè)計(jì)排氣道寬度，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制金屬流液速度。

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