董 浩，莊鵬程，張 壯，昝建玖，劉 軍

（1.合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽拓普勒汽車科技有限公司(原安徽福斯特鋁制品股份有限公司），安徽 安慶 246121）

A356鋁合金在工業(yè)應(yīng)用上非常廣泛，它在汽車零部件制造當(dāng)中起著不可或缺的作用[1,2]。通常在Al-7si基合金中加入0.3%～0.45%的Mg元素，再結(jié)合T6熱處理工藝使其析出納米級(jí)別彌散分布的Mg2Si顆粒，從而使得合金性能得到大幅提升[3]。目前基于此類合金的研究主要是通過多元微合金化并結(jié)合相應(yīng)的熱處理工藝來進(jìn)一步提高其性能[4]。對(duì)于此類合金在實(shí)際生產(chǎn)中所使用的T6熱處理工藝通常采用固溶540±5℃，時(shí)間6h～12h，人工時(shí)效150℃，時(shí)間6h以上。整個(gè)熱處理工序中花費(fèi)時(shí)間在12h以上，能源消耗極大，給企業(yè)產(chǎn)生大量成本。研究如何大幅度縮短固溶及時(shí)效時(shí)間同時(shí)使得合金力學(xué)性能達(dá)標(biāo)是一項(xiàng)極具研究?jī)r(jià)值的方向。因此，本工作選取某公司通過低壓鑄造生產(chǎn)的部分型號(hào)的A356.2鋁合金汽車輪轂，通過多組試驗(yàn)測(cè)試多種快速熱處理工藝對(duì)鋁合金輪轂組織及性能影響，以期獲得既能達(dá)到車用鋁合金輪轂性能標(biāo)準(zhǔn)之上同時(shí)能夠大幅度縮短熱處理工序時(shí)間的新型快速熱處理技術(shù)。

1 試驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)主要通過選取部分型號(hào)的低壓鑄造生產(chǎn)的車用A356.2鋁合金輪轂，切取輪轂上不同部位的鋁合金材料進(jìn)行多種不同的快速熱處理試驗(yàn)，切取部位包括上輪緣、下輪緣。然后將通過新型熱處理后的材料制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，每種試驗(yàn)方法上下輪緣各測(cè)試三次取平均值。用拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并用掃描電子顯微鏡觀察其斷口形貌，判斷快速熱處理的效果。主要通過以下幾組實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：切取低壓鑄造鋁合金輪轂毛坯料的上輪緣、下輪緣，每個(gè)部位切取三份。將電阻爐升溫至540℃，將切取的材料放入爐中，保溫60min，保溫時(shí)間一到立馬取出投入預(yù)先準(zhǔn)備好的75℃熱水中淬火，淬火時(shí)間保持3min以上。然后取出將表面擦干放入200℃電阻爐中，保溫時(shí)間60min。待保溫時(shí)間結(jié)束后取出樣品在室溫下放置降溫。

實(shí)驗(yàn)二：同樣選取毛坯料上下輪緣每個(gè)部位切取三份。將電阻爐升溫至540℃，將切取的材料放入電阻爐中，保溫60min，待保溫時(shí)間結(jié)束后取出立刻進(jìn)行淬火處理，3min后將試樣表面水分擦干，先放入120℃電阻爐中保溫30min，待時(shí)間結(jié)束后再放入200℃電阻爐中保溫30min。時(shí)效結(jié)束后將試樣用夾子取出在室溫下冷卻。

實(shí)驗(yàn)三：如前所述，切取毛坯輪轂不同部位各三份試樣。先在500℃電阻爐中保溫30min，然后在540℃保溫30min。人工時(shí)效工序先在120℃保溫30min，接著在200℃保溫30min。

2 結(jié)果和討論

2.1 拉伸性能

表1 上輪緣拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 下輪緣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖1 拉伸斷口SEM圖片

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出上輪緣拉伸強(qiáng)度數(shù)值整體高于下輪緣，540×60min+120×30min+200×30min實(shí)驗(yàn)結(jié)果最好，上輪緣抗拉強(qiáng)度達(dá)到290MPa，屈服強(qiáng)度240MPa，延伸率7.5%，而下輪緣強(qiáng)度數(shù)值稍低，但差距不是很大，延伸率9%，比前者高了1.5%。三種處理方法中，一和二處理方法在強(qiáng)度數(shù)值上差距不是很大，但延伸率差距比較明顯，采用第二種熱處理方法的延伸率有明顯的提升，可以達(dá)到現(xiàn)有車用輪轂指標(biāo)。而第三種熱處理方法效果不太理想，主要表現(xiàn)在延伸率較低，在實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品里會(huì)表現(xiàn)出較差的韌性。

2.2 拉伸斷口SEM微觀形貌

根據(jù)拉伸斷口掃描照片（a）（d）可以看出，固溶+人工時(shí)效為540×60min+200×60min的斷口存在明顯的小平面以及韌窩形貌，由于鋁基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此不可能是解理斷裂。T6態(tài)的鑄造鋁合金一般斷裂方式為沿晶斷裂，滑移帶斷裂，韌窩斷裂[5]。觀察到的小平面為準(zhǔn)解理平面，故該斷裂方式為韌脆混合型斷裂。根據(jù)（b）（e）圖片可以看出，采用的固溶+人工時(shí)效為540×60min+120×30min+200×30min工 藝 的 掃描斷口分布更多更為明顯的韌窩形貌特征，而準(zhǔn)解理平面較少，其中（e）圖的韌窩比（b）圖更深更明顯。這與拉伸數(shù)據(jù)是相符的。因?yàn)閳D（e）的拉伸數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了更高的延伸率。圖（c）（f）是采用500×30min+540×30min 120×30min+200×30min的熱處理工藝，該工藝下的斷口掃描圖分布著更多更廣的準(zhǔn)解理面以及撕裂棱，圖（c）還觀察到細(xì)小的微裂紋，這種工藝下斷裂機(jī)制中脆性斷裂所占的作用更大。

3 結(jié)論

本文對(duì)低壓鑄造A356.2車用輪轂輪緣部位采用了三種快速熱處理方法，闡述了三種不同快速熱處理工藝下合金的拉伸強(qiáng)度和延伸率的變化，分析了它們的掃描斷口形貌圖片。結(jié)果顯示方法一拉伸強(qiáng)度略低于方法二，差距不是很大，主要差別是方法二的延伸率明顯高出方法一。而方法三的效果較差，主要體現(xiàn)在延伸率過低。掃描斷口形貌圖也驗(yàn)證了上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方法一與方法二為韌脆混合型斷裂，方法二分布著更多更深的韌窩，而方法三分布著更廣的準(zhǔn)解理平面和撕裂棱。得出固溶+人工時(shí)效采用540×60min+120×30min+200×30min的快速熱處理方法能夠達(dá)到該合金T6熱處理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。