在fttp://www.CSIRO.au/science/psifi.htm上登載了澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)輕金屬旗艦機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出提高鋁合金部件強度的熱處理新技術(shù)文章，該技術(shù)可以使汽車制造廠生產(chǎn)重量更輕、燃料效率更高的汽車。研究人員開發(fā)的替代傳統(tǒng)高壓壓鑄件的熱處理工藝技術(shù)，不需要減少氣隙，還可以消除氣隙，最終改善材料性能，其目的是開發(fā)一個和壓鑄室相容的在線熱處理系統(tǒng)。
高壓壓鑄件的熱處理
其它鑄造和可鍛鋁合金部件可以通過熱處理來改善機械性能，但鋁合金高壓壓鑄件(Highpressurediecastings，簡稱HPDC)熱處理一直是不可能的，因為它有氣隙(氣孔)，氣隙大會造成部件表面起泡和尺寸變化，導(dǎo)致部件無法使用。
最近的研究工作展示了一種可以采用的熱處理方法，使適合于時效硬化的這些鋁合金的性能有明顯改善。通過熱處理，鋁合金的抗拉性能、抗疲勞性能、抗斷裂性能和熱傳導(dǎo)性能都會得到改善。高壓鑄件，對于接近最終形狀的復(fù)雜鋁合金部件大批量生產(chǎn)，是成本利用最有效的工藝技術(shù)。一般來講，每分鐘可以生產(chǎn)20個小型部件，這些部件大多用于汽車上。當然，這一工藝技術(shù)對于工業(yè)其它方面也是重要的。
之前曾經(jīng)嘗試對高壓壓鑄件進行熱處理來除去鑄件中的氣隙，但這些努力都被證明成本太高和浪費時間。新熱處理工藝技術(shù)不依賴于孔隙減少，且能夠消除起泡并最終改進材料性能。目標是開發(fā)一種能和壓鑄室相容的在線熱處理系統(tǒng)。新工藝技術(shù)可以使壓鑄生產(chǎn)廠加工制造發(fā)動機體復(fù)雜高壓壓鑄件和傳動變速箱外殼等部件時，可節(jié)省30%的鋁合金材料，卻達到同樣的性能。
除了降低加工成本外，對鋁合金材料需求較少，也能減輕汽車重量，從而降低燃料消耗和減少溫室氣體排放。新熱處理工藝技術(shù)還可以使高壓壓鑄件取代強度要求更嚴格和更昂貴的鑄件以及可鍛件在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。新熱處理工藝技術(shù)可以使兩種鋁合金材料加工的高壓壓鑄件強度增加一倍，這兩種鋁合金占到全球鋁合金壓鑄件總量80%還多一些。
新熱處理方法為高壓壓鑄件提供了抗拉機械性能的主意改進，并且強化了其它的材料性能，預(yù)計高壓壓鑄件可能會在對負載和安全性有要求的方面應(yīng)用更加廣泛。在使用如連續(xù)皮帶式裝料爐和專門用于快速流態(tài)化爐系統(tǒng)等現(xiàn)有處理設(shè)備上，很容易采用這種新熱處理工藝技術(shù)。每個高壓壓鑄件的成本會有明顯降低的潛力，研究人員發(fā)現(xiàn)一些高壓壓鑄件的鋁合金品種，它們都具有快速強化機理，具有在加工上的成本和能源優(yōu)勢。這些合金可以在僅僅30分鐘的整個熱處理周期里達到高強度水平，是比傳統(tǒng)鋁鑄造合金需要熱處理周期最多達24小時的更優(yōu)異性能的鋁合金熱處理工藝技術(shù)。
改善了的抗拉強度性能
傳統(tǒng)溶液處理(500攝氏度，8小時)鋁合金高壓壓鑄件使孔隙擴大造成不能接受的表面氣孔，導(dǎo)致扭曲和較低的機械性能，所以CSIRO“輕金屬旗艦”項目最近的研究工作已經(jīng)找到一種避免這些鋁合金高壓壓鑄件問題的熱處理周期，效果是明顯的。和傳統(tǒng)的鑄態(tài)狀況相比，抗拉強度性能也有很大改善。一般來講，和傳統(tǒng)的鑄態(tài)狀況相比，0.2%的屈服應(yīng)力會增加近一倍，盡管實際性能取決于合金種類部件幾何形狀、壁厚、合金質(zhì)量和所采用的準確工藝操作步驟。
下面概要介紹對傳統(tǒng)高壓壓鑄件鋁合金成功進行熱處理所需要的操作步驟，避免了和傳統(tǒng)熱處理相比所產(chǎn)生的起泡尺寸的不穩(wěn)定性。這些操作步驟包括了相當嚴格的縮短時間的溶液處理階段，并在低于標準溫度下進行處理(避免起泡)和多次微觀組織改變，這些改變的獨有的微觀組織，這些步驟足可以獲得至少合金化元素的部分固溶體來促進熱處理的強度強化。CSIRO已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些合金熱處理的最佳步驟如表2所示。
表2合金熱處理最佳步驟
合金種類 最佳溶液處理 淬火 T6回火時效 T4回火時效
所有合金 480~505攝氏度，注意熱水或冷水 150攝氏度16~24小時 720攝氏度
在420攝氏度和最高溫(沒有檢測 最佳180攝氏度2.5~4 最少4天(穩(wěn)
度之間的最理想時間不出來淬火能 小時，用于某些鋁合金 定化狀態(tài))
應(yīng)超過10分鐘(即總浸感性)
沒時間為15分鐘)
請注意∶熱處理不應(yīng)用作含有嚴重鑄造缺陷的品質(zhì)低劣鑄件的補救措施，除了上述T4和T6回火外，另一個選擇方案是T7回火，其平均溫度為180攝氏度6小時或200攝氏度2~4小時，這一狀態(tài)也許會提高溫度條件下獲得最佳熱穩(wěn)定性，但是和T6回火相比抗拉性能會下降。還一種替代方案是T64回火，合金在此狀態(tài)下會有部分T6回火情況(即6小時，150攝氏度)和T6回火峰值相比，峰值硬度和強度性能稍許下降，但是抗斷裂性能一般要高得多。
高壓壓鑄合金的強度
總體而言，高壓壓鑄鋁合金的抗拉性能和硬度為線性相關(guān)的關(guān)系，但對于許多產(chǎn)品來講這是不可能的，也不是成本有效的。通常采用鑄件來加工抗拉性能試樣，利用硬度來作為測試性能的一種手段是更合適的。
魯姆雷博士認為，當鋁合金高壓壓鑄技術(shù)在全球汽車工業(yè)為主要應(yīng)用之時，其它工業(yè)也可以采用這一新技術(shù)。只要有對相當復(fù)雜高強度鋁合金鑄件的成本有效的大批量生產(chǎn)需求就可以采用這一新技術(shù)。從理論上講，新熱處理工藝技術(shù)是使生產(chǎn)高強度部件成本減半的一種方法，而過去這類部件只能采用可替代但成本更高的加工工藝來制造。
