涂佳才
重庆隆鑫压铸有限公司

摘 要：研究了不同的时效温度和时效时间对 ADC12 铝合金硬度的影响，并对 ADCl2 合金时效硬化机理进行了理论分析和探讨。结果表明，在最佳工艺条件下，合金的布氏硬度提高 15%以上。
关键词：铝合金 时效 硬度
引言
ADC12 铝合金属 Al-Si-Cu 合金，就普通压铸而言，在压铸过程中，压铸型腔内的气体在很短的充型时间内投有机会逸出，几乎全部被卷入铸件内，其压力有时可达 40～150 MPa
，这些气体在随后的热处理过程中受热膨胀，使铸件产生鼓包和变形，因此，压铸合金一般被认为不能通过热处理强化, 传统时效处理的主要目的是消除铸造应力，减少机加后变形，用传统的时效方法很难满足产品硬度 HB90-110；另一方面，由于压铸模的快速冷却作用，使压铸铝合金中的固溶体中的 Si，Cu 等元素呈过饱和状态，这又为压铸铝合金的热处理奠定了基础。
试验方法:
试验采用的是用 ADC12 铝合金压铸出来1P65 缸头，合金成分如表 1 所示。

 
试验条件：入炉产品 1P65 缸头，试验采用 2种不同的时效制度，分别如下：(1) 高温时效: 230℃分别时效 2h、3h、4h、6h
(2) 低温时效: 175℃分别时效 2h、4h、6h、7h、8h、9h
型材硬度在 HB-3000B 硬度试验机上进行，取样为每一层取 10 件产品。
结论：满足产品硬度 HB90-110 要求的最佳时效工艺是 175 ℃ ×7h。

                                                                                        表2   ADC12铝合金不同时效制度的硬度

产品的硬度值与时效工艺的关系如图 1 所示：从图 1 可以看出，在 230℃时效温度下，时效时间不同，硬度增加缓慢，且提高幅度不大。175℃时效时，产品的硬度随时问增加而增加，在 6H 后硬度增加迅速，增加幅度大。175 ℃×8h时硬度达到最大，到 9 h 以后开始下降； 说明传统时效处理主要作用是消除铸造应力，减少机加后变形，对提高产品的硬度作用不大，而低温时效对产品的性能具有强化作用。
1 合金时效后的组织扫描观察

合金在 175℃时效不同时间后的扫描图片，如图 2 所示。
从图 2 可以看出，由于压铸模的快速冷却作用，使 ADCl2 压铸铝合金中 a 固溶体中的 Si、Cu 等元素呈过饱和状态，相当于进行了固溶处理，但是图中仍然可以看到浅色骨骼状的组织，这种组织为 AlFeMnSi 相，这种组织在固溶处理过程中没有溶解。进过不同时间的人工时效后，在铝基体上析出了细小而弥散的 Al2Cu 相和Mg2Si 相，提高了产品的硬度。

  2 低温时效强化机理
由上面扫描组织图可知，在 ADC12 合金中主要起作用的是 Cu，低温时效处理时 Cu 元素沉淀的四个阶段：（T：时效温度；t：时效时间）
第一阶段：形成溶质原子偏聚区 GP(I)区.
时效初期，T 低 t 短，Cu 原子在铝基体的一些晶面上聚集，形成 G•P（Ⅰ）区。GP（I）区与基体 α 保持共格关系，即共格应变区。共格应变区可引起点阵严重畸变，阻碍错位运动，因此材料强度、硬度提高。
第二阶段：G•P（Ⅰ）区有序化——形成 G•P（Ⅱ）区
随着温度的提高，时间延长，继续偏聚并有序化，形成 G•P（Ⅱ）区。G•P（Ⅱ）区与基体 α仍保持共格关系，尺寸比 G•P（Ⅰ）区大，畸变更大，错位运动阻碍更大，此相为 θ＂中间过渡相。θ＂相析出时效强化作用最大，合金达到最大强化阶段，硬度达到强化最大值。
第三阶段：形成 θ/ 过渡相
随着温度的继续提高，时间继续延长，原子活动能力加快，G•P（Ⅱ）区继续偏聚到 Cu 原子：Al 原子=1:2 时，形成 θ/ 过渡相。此时，基体的共格关系被破坏，由完全共格变局部共格，共格畸变减弱，错位阻碍运动减小。表现为材料硬度开始下降。
第四阶段：形成稳定的 θ 相
随着温度的继续提高，时间继续延长，θ/过渡相从 α 固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的的独立的稳定相 Al2Cu,即 θ 相。θ 相与基体的共格关系完全破坏，畸变消失，有独立的晶格。#p#分页标题#e#
随着 T 提高，t 延长，θ 相质点长大，形成合金软化，即称为“过时效处理”。
3 结论（实验室试验结果）
（1）压铸模的快速激冷作用，使 ADCl2 压铸铝合金中 a 固溶体中的 Si、Cu 等元素呈过饱和状态，因而可直接对铸件进行低温时效处理，铝合金压铸件得到强化。
（2）低温时效工艺使压铸件硬度提高了 15％，平均硬度达到了 105HB，同时较好地消除了
零件铸造应力。满足产品硬度 HB90-110 要求的最佳时效工艺是 175 ℃ ×7h。