中信戴卡集團(tuán)秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司 （河北 066004） 劉宏磊

1.前言

筆者曾用質(zhì)量管理中“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的思路結(jié)合自身工作談過(guò)熱處理節(jié)能降耗問(wèn)題。從質(zhì)量管理思路中“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等角度去研究熱處理節(jié)能降耗問(wèn)題可能會(huì)使問(wèn)題分析的更全面，并能從更多角度挖掘節(jié)能降耗措施。筆者將從工藝方面著重探討鋁合金輪轂熱處理節(jié)能問(wèn)題。

2.工藝節(jié)能的探討

（1）工藝簡(jiǎn)述 鋁合金輪轂一般要經(jīng)過(guò)T6熱處理（固溶處理和人工時(shí)效處理）改變內(nèi)部組織狀態(tài)，從而改變輪轂的力學(xué)性能。固溶熱處理是將鋁合金輪轂加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，以使可溶成分有足夠的時(shí)間進(jìn)入到固溶體中，通過(guò)在淬火液中快速冷卻，使可溶成分以過(guò)飽和狀態(tài)存在于固溶體中。人工時(shí)效是在溫度較高狀態(tài)下使過(guò)飽和的合金元素迅速地由固溶體內(nèi)析出，提高鋁合金的強(qiáng)度，時(shí)效強(qiáng)化后在室溫條件下正常冷卻。

有部分鋁合金輪轂生產(chǎn)工廠認(rèn)為A356.2鑄造鋁合金輪轂的T6熱處理規(guī)范為：固溶處理（535±5）℃，保溫3～4h，淬火冷卻介質(zhì)為水，溫度60℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間小于15s；時(shí)效處理（165±5）℃，保溫時(shí)間3～4h。具體工藝視零件大小、尺寸及熱處理設(shè)備不同而做適當(dāng)調(diào)整。也有資料認(rèn)為ZAlSi7Mg（與A356.2鑄造鋁合金相同）鑄造鋁合金輪轂的T6熱處理規(guī)范為：固溶處理（530±5）℃，保溫3～8h，淬火冷卻介質(zhì)為水，溫度20～50℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間不要超過(guò)20s；時(shí)效處理（160±5）℃，保溫時(shí)間6～8h。有資料認(rèn)為6061鍛造鋁合金輪轂的T6熱處理規(guī)范為：固溶處理（516～579）℃，保溫1～6h，淬火冷卻介質(zhì)為水，溫度小于40℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間不要超過(guò)20s；時(shí)效處理為自然時(shí)效96h。這些只能作為制訂熱處理工藝的參考，不能一概而論，如果僅從熱處理達(dá)到力學(xué)性能的角度考慮，這些工藝規(guī)范完全可以拿過(guò)來(lái)參考應(yīng)用。但如果從既滿足力學(xué)性能要求又節(jié)能的角度，就應(yīng)該有更深層次的試驗(yàn)研究。

（2）固溶工藝 由于各種輪型的尺寸、規(guī)格及力學(xué)性能要求不同，甚至化學(xué)成分也不同，因此在制訂熱處理工藝前要充分了解產(chǎn)品力學(xué)性能要求、產(chǎn)品的化學(xué)成分及物理特性，甚至熱處理爐的結(jié)構(gòu)及溫控精度。譬如說(shuō)，在固溶處理時(shí)，溫度越高可溶成分進(jìn)入到固溶體的速度也越快，所需要的保溫時(shí)間也就越短，單位產(chǎn)品的耗能也就越低。ZAlSi7Mg鑄造鋁合金的凝固范圍為550～610℃，所以在確定鑄造鋁合金輪轂固溶溫度時(shí)不能超過(guò)550℃，否則就有產(chǎn)品熱處理過(guò)燒的風(fēng)險(xiǎn)，而6061鍛造鋁合金的凝固范圍下限要較ZAlSi7Mg鑄造鋁合金高，所以在確定6061鍛造鋁合金輪轂固溶溫度時(shí)就可以高一些，甚至設(shè)定570℃，也不會(huì)出現(xiàn)熱處理過(guò)燒的風(fēng)險(xiǎn)，但高溫短時(shí)間的熱處理會(huì)增加熱處理能力，降低單位產(chǎn)品的能耗。

在制訂熱處理工藝前還要考慮的因素是熱處理爐的結(jié)構(gòu)及溫控精度，如要使固溶處理和時(shí)效處理的入爐節(jié)拍相一致，爐子的加熱能力及爐膛溫度的均勻性也是制訂工藝的重要考慮因素之一。如鋁合金輪轂行業(yè)所用的熱處理爐普遍為Ⅱ級(jí)熱處理爐，熱處理的保溫精度為±5℃，控溫精度為±1.5℃，記錄儀表指示精度不低于0.5%；按規(guī)定周期每6個(gè)月對(duì)熱處理爐加熱區(qū)有效性和儀表精度進(jìn)行檢測(cè)，熱電偶用的Ⅱ級(jí)K型也應(yīng)按規(guī)定每6個(gè)月進(jìn)行檢定，而后再確定最佳工藝溫度才能更科學(xué)、更合理。就產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而言，為了使固溶體達(dá)到一定程度所需要一定的保溫時(shí)間，隨著鋁合金輪轂厚度（最后部位）的增加而增加，通過(guò)觀察金相組織和測(cè)試試樣力學(xué)性能，才能確定最短的固溶保溫時(shí)間。

（3）淬火工藝 對(duì)于淬火環(huán)節(jié)，鋁合金輪轂行業(yè)所用的淬火冷卻介質(zhì)是自來(lái)水，不同溫度下自來(lái)水的冷卻特性如附表所示。

不同溫度下自來(lái)水，靜止及攪拌時(shí)的冷卻特性

由上表可以看出，隨著水溫的提高最大冷卻速度所在溫度和最大冷卻速度逐漸下降，而300℃冷卻速度變化并不明顯，增加攪拌能有效提高冷卻速度和最大冷卻速度所在溫度。也就是說(shuō)，水溫越低，帶來(lái)的固溶效果越好，但過(guò)低的水溫會(huì)造成輪轂變形嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生裂紋。筆者也做過(guò)鑄造鋁合金輪轂應(yīng)力集中部位裂紋的研究，對(duì)于造型存在嚴(yán)重應(yīng)力集中的輪轂，淬火水溫的升高對(duì)應(yīng)力集中部位裂紋的產(chǎn)生有所改善。因此，在實(shí)際生產(chǎn)制訂工藝時(shí)綜合考慮固溶溫度、自來(lái)水的冷卻特性及鋁合金輪轂淬火變形及裂紋情況，一般水溫設(shè)定在60～75℃，并增加攪拌。

（4）時(shí)效工藝 筆者曾對(duì)低壓鑄造A356.2輪轂進(jìn)行多次人工時(shí)效研究，隨人工時(shí)效次數(shù)的增多，低壓鑄造A356.2鋁合金輪轂的力學(xué)性能變化幅度不斷減小，經(jīng)三次人工時(shí)效后力學(xué)性能變化幅度就不十分明顯。由于A356.2鋁合金隨人工時(shí)效次數(shù)的增多，組織狀態(tài)趨于穩(wěn)定。筆者也曾對(duì)低壓鑄造A356.2輪轂進(jìn)行自然時(shí)效（T4熱處理）進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)低壓鑄造A356.2鋁合金輪轂進(jìn)行固溶處理后分別進(jìn)行人工時(shí)效、自然時(shí)效24h、自然時(shí)效48h后各部位進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，再分別對(duì)經(jīng)過(guò)涂裝后的成品的力學(xué)性能檢測(cè)和對(duì)比分析。試驗(yàn)表明，T4（自然時(shí)效48h）熱處理后比T6熱處理后屈服強(qiáng)度降低了20%～30%、抗拉強(qiáng)度降低了5%～10%、硬度降低了10%～20%，伸長(zhǎng)率提高了70%～100%，但經(jīng)過(guò)涂裝烘箱烘烤后合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度均有所提高，伸長(zhǎng)率有所下降。就滿足客戶的力學(xué)性能要求而言，T4（自然時(shí)效24h）熱處理后比T6熱處理更能滿足客戶的要求；但在機(jī)加工工序出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象。

筆者在研究鍛造6061鋁合金輪轂時(shí)效工藝時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)效工藝處理對(duì)輪轂力學(xué)性能均有不同程度改善。在實(shí)際工作中也多次對(duì)鍛造6061鋁合金大巴車輪轂進(jìn)行工藝研究和試驗(yàn)，以確定最佳效果。對(duì)于較大輪型，時(shí)效處理采用較長(zhǎng)時(shí)間和較低的溫度以改善力學(xué)性能，提高性能的均勻性；對(duì)于較小輪型，時(shí)效處理可以較短時(shí)間、成比例的較高溫度下進(jìn)行處理。就目前鋁合金輪轂行業(yè)熱處理而言，筆者認(rèn)為由于涂裝烘烤的影響，更接近于T5（固溶+不完全人工時(shí)效）熱處理工藝，而非多數(shù)資料所述的T6（固溶+完全人工時(shí)效）熱處理工藝。

3.節(jié)能效果

筆者在長(zhǎng)期從事鋁合金輪轂熱處理技術(shù)工作的過(guò)程中，不斷探索提高產(chǎn)品熱處理質(zhì)量和節(jié)約熱處理能耗的途徑。通過(guò)對(duì)熱處理過(guò)程每個(gè)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)研究，不斷優(yōu)化熱處理工藝，2011年對(duì)熱理工藝改進(jìn)及熱處理料架優(yōu)化設(shè)計(jì)后，對(duì)于我公司大批量連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)帶來(lái)的能耗進(jìn)行對(duì)比分析，全年能為公司節(jié)約能耗費(fèi)用100多萬(wàn)元，相關(guān)設(shè)計(jì)并已申報(bào)專利。2012年通過(guò)熱處理工藝優(yōu)化，不斷降低了熱處理能耗，我公司由2011年的熱處理電耗0.21元/kg降低到0.19元/kg，按目前我公司每日處理量約80t計(jì)算，全年可節(jié)約電耗費(fèi)用約60萬(wàn)元，或許這就是科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，對(duì)于能源日益緊張、日益關(guān)注碳排放量的今天，通過(guò)工藝的改進(jìn)有效地節(jié)約能耗，減少碳排放量，這也是科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力帶來(lái)的巨大社會(huì)效益。

（20121214）