铸造铝合金热处理工艺

技术领域

本发明涉及铝合金热处理技术领域，具体涉及一种铸造铝合金热处理工艺。

背景技术

铸造铝合金具有密度小、强度高且生产工艺简单、生产成本低廉等优点，目前已经在航空航天、航海船舶、电子器件、现代武器和城市高铁等高尖端领域大量应用，并具有举足轻重的作用，在科技的不断发展下，各个行业对铸造铝合金的要求也逐渐提高，尤其是在航空航天和城市高铁等领域，铸造铝合金的力学性能需要进一步的提高，目前，提升铸造铝合金强度的方式大多依靠添加不同的元素或者采用复杂的铸造工艺，这些方式不仅会增加经济成本，还可能会导致生产周期加长，因此，需要开发出可以进一步提高铸造铝合金力学性能的热处理工艺。

在铝合金热处理工艺过程中，淬火是最常见的工艺方法之一，申请号为CN201711134830.3的中国发明专利公开了一种铸造铝合金的热处理方法，使用水作为淬火介质进行淬火操作，水淬的方式虽然冷却速率快，但是应力大，容易造成铸件开裂的现象，而油淬冷却效果相对温和，不易对铸件造成损坏，但是淬火油在淬火过程中温度过高，会产生明火和油烟的问题，导致淬火油汽化，不仅造成淬火油的大量浪费，还对环境产生破坏，因此，减少淬火油在淬火过程中发生的明火和油烟问题十分有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造铝合金热处理工艺，解决了以下技术问题：

(1)解决了现有技术中铸造铝合金热处理工艺不当，导致铸造铝合金的力学性能不佳的问题。

(2)解决了现有技术中淬火油在淬火过程中容易产生明火和油烟的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

铸造铝合金热处理工艺，包括以下步骤：

A：将铝、铜、锰、钛、镉和锆倒入12KW的电阻炉中进行熔炼，待金属溶体温度达到780-800℃，将金属熔体搅匀，待溶体温度为700-720℃时，精炼、撇渣、浇注，得铝合金铸件；

B：控制温度为500-530℃，对铸件进行固溶处理1-2h；将温度升高至535-545℃，真空去除空气后，处理4-8h，使用淬火油对其进行一次淬火，得一次淬火铸件；

C：将经第一次淬火的铸件置于200-220℃的温度下进行保温处理2-4h，得时效铸件；

D：控制温度为500-530℃，对时效铸件进行固溶处理1-2h，将温度升高至540-550℃，固溶处理6-8h，再次使用淬火油进行二次淬火，得二次淬火铸件；

E：控制温度为-100～-120℃，对二次淬火铸件进行处理1-2h后，在140-150℃下进行保温处理2-3h，最后进行空冷，得铸造铝合金。

进一步地，所述铸造铝合金包括以下重量份的原料：铝60-80份、铜2-6份、锰0.3-0.5份、钛0.1-0.3份、镉0.1-0.2份、锆0.1-0.15份。

进一步地，所述一次淬火时，设置淬火油的温度为50-70℃，淬火时间为120-180s，所述二次淬火时，设置淬火油的温度为60-80℃，淬火时间为200-260s。

进一步地，步骤E中，所述空冷时，设置空气温度为20-40℃。

通过上述技术方案，对铝合金原料进行高温熔炼，制得铸造铝合金铸件，对铸造铝合金铸件进行高温预固溶和高温固溶处理，在固溶处理的同时，抽真空，保证固溶处理时体系中无气体存在，固溶处理结束后进行一次油淬，提高铸造铝合金的刚性，接着进行时效处理，时效处理结束后，再对铸件进行一次预固溶和固溶以及淬火处理，最后通过低温深冷处理，得铸造铝合金。

进一步地，所述淬火油的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧大豆油和2-羧乙基磷酸置于反应器中，搅拌均匀，加入催化剂，升高温度进行反应，产物冷却后碱洗、过滤，得改性大豆油；

(2)将40-50份改性大豆油置于搅拌机中，升高温度至40-50℃，加入0.5-1份石油磺酸钠，设置搅拌速度为180-200rpm，搅拌1-2h，得预混油①；

(3)将预混油①的温度升高至50-60℃，加入0.2-0.5份油酸酰胺，设置搅拌机的转速为200-220rpm，搅拌30-60min，得预混油②；

(4)将预混油②的温度升高至60-70℃，继续加入5-10份聚异丁烯，设置搅拌机的转速为240-250rpm，搅拌2-4h，得淬火油。

进一步地，步骤(1)中，使用的环氧大豆油与2-羧乙基磷酸质量比为1:0.05-0.1。

进一步地，步骤(1)中，所述的催化剂为三苯基膦，且三苯基膦加入的质量为环氧大豆油和2-羧乙基磷酸总质量的2-6％。

进一步地，所述反应的温度为110-130℃，在氮气保护下反应4-12h。

通过上述技术方案，在催化剂三苯基膦的作用下，环氧大豆油结构中的环氧基团可以与2-羧乙基磷酸结构中的羧基发生开环酯化反应，从而在环氧大豆油结构中引入含磷阻燃剂，生成改性大豆油，以改性大豆油为基础油，以石油磺酸钠为表面活性剂、油酸酰胺为光亮剂、聚异丁烯为催冷剂，相互混合，制得淬火油。

本发明的有益效果：

(1)本发明在固溶处理时使用真空处理，铸造铝合金固溶时产生的氢原子逐渐扩散到铝合金逐渐表面，并形成氢气，被真空抽除，可以有效防止氢原子在热处理过程中扩散至晶格，导致晶界发生弱化，进而对铝合金铸件的力学性能产生负面影响，同时采用两次预固溶和固溶处理的方式，进一步降低铸造铝合金基体中的氢原子，使得铝合金逐渐的力学性能得到进一步的提升，此外，在第一次油淬处理结束后的时效处理过程中，析出相可以相对充分、均匀的析出，在第二次固溶处理时，这些均匀析出的析出相可以重新均匀的回溶至基体中，有利于铸造铝合金中各相的均与分布，进而在第二次油淬过程中，可以促使铸造铝合金内部因压力产生微量变形，在微量变形的过程中，大量的残余应力被释放，并且均匀分布的各相可以促使铸造铝合金内部更加密实，整体结构更加可靠，力学性能更加优异。

(2)本发明采用含磷阻燃剂改性的大豆油为基础油，复配石油磺酸钠表面活性剂、油酸酰胺光亮剂、聚异丁烯催冷剂，制备淬火油，基础油结构中的含磷阻燃剂在铸造铝合金的高温条件下，会发生分解，一方面能够阻止淬火油的汽化，另一方面也能够缩短淬火油处于蒸气阶段的时间，从而阻止基体油的燃烧，减少淬火时的油烟现象，还能一定程度上降低淬火油的汽化消耗，此外，含磷阻燃剂经化学反应后，可以紧密连接在大豆油分子链中，有效避免了基体油在长期使用过程中，含磷阻燃剂发生析出，导致阻燃抑烟效果变差的问题。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

淬火油的制备

(1)将2份环氧大豆油和0.12份2-羧乙基磷酸置于反应器中，搅拌均匀，加入0.01份三苯基膦，升高温度至120℃，在氮气保护下反应8h，产物冷却后碱洗、过滤，得改性大豆油；

(2)将45份改性大豆油置于搅拌机中，升高温度至45℃，加入0.6份石油磺酸钠，设置搅拌速度为180rpm，搅拌1.5h，得预混油①；

(3)将预混油①的温度升高至55℃，加入0.4份油酸酰胺，设置搅拌机的转速为210rpm，搅拌40min，得预混油②；

(4)将预混油②的温度升高至65℃，继续加入6份聚异丁烯，设置搅拌机的转速为245rpm，搅拌3h，得淬火油，对淬火油进行性能测试，测试结果见下表：

由上表可知，以改性大豆油为基础油制备的淬火油具有更高的闪点，代表淬火油发生着火的可能性更低，同时，制备的淬火油油水分离时间短，易实现油水分离，有利于铸造铝合金铸件的清洗，此外，制备的淬火油最大冷却速度和最大冷却温度优异，更加有利于实现铸造铝合金铸件的淬火处理，保证铸造铝合金铸件的硬度和淬火层深度。

二、铸造铝合金的制备

A：将60份铝、2份铜、0.3份锰、0.1份钛、0.1份镉和0.1份锆倒入12KW的电阻炉中进行熔炼，待金属溶体温度达到780℃，将金属熔体搅匀，待溶体温度为700℃时，精炼、撇渣、浇注，得铝合金铸件；

B：控制温度为500℃，对铸件进行固溶处理1h；将温度升高至535℃，真空去除空气后，处理4h，在50℃下，使用淬火油对其进行一次淬火120s，得一次淬火铸件；

C：将经第一次淬火的铸件置于200℃的温度下进行保温处理2h，得时效铸件；

D：控制温度为500℃，对时效铸件进行固溶处理1h，将温度升高至540℃，固溶处理6h，在60℃下，使用淬火油进行二次淬火200s，得二次淬火铸件；

E：控制温度为-100℃，对二次淬火铸件进行处理1h后，在140℃下进行保温处理2h，在20℃的空气温度下进行空冷，得铸造铝合金。

实施例2

铸造铝合金的制备

A：将70份铝、4份铜、0.4份锰、0.2份钛、0.15份镉和0.12份锆倒入12KW的电阻炉中进行熔炼，待金属溶体温度达到790℃，将金属熔体搅匀，待溶体温度为710℃时，精炼、撇渣、浇注，得铝合金铸件；

B：控制温度为520℃，对铸件进行固溶处理1.5h；将温度升高至540℃，真空去除空气后，处理6h，在60℃下，使用淬火油对其进行一次淬火160s，得一次淬火铸件；

C：将经第一次淬火的铸件置于210℃的温度下进行保温处理3h，得时效铸件；

D：控制温度为520℃，对时效铸件进行固溶处理1.5h，将温度升高至545℃，固溶处理7h，在70℃下，使用淬火油进行二次淬火240s，得二次淬火铸件；

E：控制温度为-110℃，对二次淬火铸件进行处理1.5h后，在145℃下进行保温处理3h，在30℃的空气温度下进行空冷，得铸造铝合金。

淬火油的制备方法同实施例1。

实施例3

铸造铝合金的制备

A：将80份铝、6份铜、0.5份锰、0.3份钛、0.2份镉和0.15份锆倒入12KW的电阻炉中进行熔炼，待金属溶体温度达到800℃，将金属熔体搅匀，待溶体温度为720℃时，精炼、撇渣、浇注，得铝合金铸件；

B：控制温度为530℃，对铸件进行固溶处理2h；将温度升高至545℃，真空去除空气后，处理8h，在70℃下，使用淬火油对其进行一次淬火180s，得一次淬火铸件；

C：将经第一次淬火的铸件置于220℃的温度下进行保温处理4h，得时效铸件；

D：控制温度为530℃，对时效铸件进行固溶处理2h，将温度升高至550℃，固溶处理8h，在80℃下，使用淬火油进行二次淬火260s，得二次淬火铸件；

E：控制温度为-120℃，对二次淬火铸件进行处理2h后，在150℃下进行保温处理3h，在40℃的空气温度下进行空冷，得铸造铝合金。

淬火油的制备方法同实施例1。

对比例1

铸造铝合金的制备

A：将70份铝、4份铜、0.4份锰、0.2份钛、0.15份镉和0.12份锆倒入12KW的电阻炉中进行熔炼，待金属溶体温度达到790℃，将金属熔体搅匀，待溶体温度为710℃时，精炼、撇渣、浇注，得铝合金铸件；

B：控制温度为520℃，对铸件进行固溶处理1.5h；将温度升高至540℃，真空去除空气后，处理6h，在60℃下，将其置于水中进行一次淬火160s，得一次淬火铸件；

C：将经第一次淬火的铸件置于210℃的温度下进行保温处理3h，得时效铸件；

D：控制温度为520℃，对时效铸件进行固溶处理1.5h，将温度升高至545℃，固溶处理7h，在70℃下，将其置于水中进行二次淬火240s，得二次淬火铸件；

E：控制温度为-110℃，对二次淬火铸件进行处理1.5h后，在145℃下进行保温处理3h，在30℃的空气温度下进行空冷，得铸造铝合金。

性能检测：

将本发明实施例1-实施例3以及对比例1制备的铸造铝合金加工成1cm×10cm的试样，使用TH-8100S型拉伸试验机，在室温下对实验进行拉伸实验，测试试样的抗拉强度和延伸率，使用HB-3000E型布氏硬度计测试试件的硬度，测试结果见下表：

由上表可知，本发明实施例1-实施例3制备的铸造铝合金试样的抗拉强度、延伸率和硬度表现十分优异，而对比例1使用水作为淬火介质，性能相对较差，推测是因为淬火时冷却速率过快导致试件开裂，造成试件性能相对较差。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。