韓輝輝1  曹韓學2  賈從波2  梁鵬2

 （1．重慶工業職業技術學院；2．重慶大學材料科學與工程學—院）

摘  要  對真空壓鑄試樣進行500℃×0.5 h+150℃×5h、500℃×2 h+150℃×5h的T5熱處理后，結合鑄態試樣的力學性能，研究了T5熱處理對真空壓鑄試樣力學性能的影響。結果表明，經過500 ℃×0.5 h+150℃×5h熱處理后的試樣抗拉強度最高，而且抗拉強度和伸長率穩定性最好；固溶處理時間越長，微型氣孔缺陷對試樣的力學性能影響越大。

 關鍵詞  真空壓鑄；T5熱處理；力學性能

 中圖分類號  TG166.3；TG249.2+1  DOI:10. 15980lj．tzzz. 2016. 06. 017

 為了減少壓鑄件內部氣孔等缺陷，真空壓鑄技術越來越受到重視。在Al-Si合金中，Si相的尺寸和分布形態對合金性能影響較大，有研究者認為，影響甚至超過晶粒尺寸的作用，共晶Si的形態除了在熔煉過程中進行變質處理改變形貌外，還可以在熱處理過程中改變其形貌分布。Cu可以提高Al-Si合金的抗拉強度和疲勞強度，而且Cu在a-Al中有較高的固溶度。θ-Al2 Cu是Al-Si-Cu合金中重要的強化相，在鋁中有較大的溶解度，在固溶處理時可以溶人a-Al中，在時效時以過飽和固溶體-GP-GP（θ）-θ’-θ-Al2Cu的順序析出，達到強化的作用。

 前期工作，試驗研究了固溶處理時間對真空壓鑄Al-Si-Cu合金表面起泡的影響以及對Si、Cu分布等的影響，但未就T5熱處理對真空壓鑄試樣力學性能的影響開展研究，而且相關的報道也較少。

 筆者對T5熱處理的真空壓鑄試樣的抗拉強度、伸長率及其穩定的影響進行了試驗研究分析，旨在為真空壓鑄件的熱處理提供參考。

1  試驗材料及方法

 試驗用真空壓鑄合金主要成分見表1。主要真空壓鑄工藝參數：模具預熱溫度為150℃，澆注溫度為650℃，壓室長度為1 200 mm，沖頭直徑為140 mm，慢壓射速度為0. 25 m/s，快壓射速度為4.5 m/s，真空度為50%。

 由于缸套部位力學性能要求較高，力學性能試樣毛坯均取自不同真空度的壓鑄件的相同部位，取樣位置見圖1中線框。

真空壓鑄試樣無法進行長時間固溶處理，所以只取2組熱處理工藝參數進行試驗，見表2。固溶處理采用箱式固溶處理爐，控溫精度為±5℃，試樣對應參數的固溶處理完成后，在5s內轉移至60℃的水中進行冷卻，之后放置在時效爐中進行時效處理。 

力學性能試樣根據GB/T228-2002制作，板狀力學性能試樣尺寸見圖2，每組取9個拉伸試樣。

2試驗結果及分析

2.1  T5熱處理對試樣抗拉強度的影響

 為了了解熱處理前試樣內部大型氣孔分布狀況，對試樣毛坯進行X光拍照，見圖3�？梢钥闯�，熱處理前試樣內部沒有檢測到大型孔洞的存在。

 對不同固溶時間的試樣進行拉伸試驗，得到的抗拉強度見圖4。從圖4可以看出，在500℃固溶處理0.5h后，抗拉強度相對于鑄態試樣有所提高，提高約為2.8%，在500℃固溶處理2h后抗拉強度相對于固溶處理0.5 h的試樣反而下降了1.3%左右，而且抗拉強度比鑄態試樣的更低。未固溶處理的試樣的抗拉強度的最大值約為267 M Pa，抗拉強度的最小值約為236

 M Pa。由此可見，雖然真空壓鑄工藝可以減少壓鑄件內部氣孔缺陷，但是真空壓鑄試樣內部缺陷存在的不確定性較大，從而帶來了力學性能表現的差異較大。為了衡

強度的方差，方差、標準差越小，表示各個試樣抗拉強度之間的差距越小，抗拉強度值的波動范圍越小，可以減少試樣差異對熱處理效果實際穩定性判定帶來的影響。保留抗拉強度的最大值與最小值，可以了解這種熱處理參數條件下，抗拉強度能夠達到的最大值以及較差的抗拉強度的表現。

 通過計算，鑄態試樣的抗拉強度的方差值為163左右，因此標準差為12.8左右，在試驗范圍未熱處理試樣的抗拉強度可以表達為：253±12.8 M Pa;在500℃固溶處理0.5 h后的試樣中出現的抗拉強度的最大值約為265 M Pa，抗拉強度的最小值約為253 M Pa，計算得方差約為23.9左右，標準差為4.9左右，在試驗范圍該組試樣的抗拉強度可以表達為：260±4.9 M Pa;在500℃固溶處理2h后的試樣中出現的抗拉強度的最大值約為293 M Pa，抗拉強度的最小值約為216 M Pa，計算得方差約為1 023.8左右，標準差為32左右，在試驗范圍該組試樣的抗拉強度可以表達為：250土32 M Pa。由此可見，鑄態試樣的抗拉強度存在一定的不均勻性；在500℃固溶處理0.5 h后，抗拉強度的穩定性有了一定的提高，標準差僅為4.9左右；在500℃固溶處理2h后，抗拉強度的標準差變得非常大，比鑄態試樣抗拉強度的標準差還要高出許多，說明此時內部缺陷的發展差異較大，嚴重影響了試樣的抗拉強度表現的均勻性，如果該種工藝參數下的真空壓鑄件進行了500℃×2 h+150℃×5h的熱處理，雖然有的部位可能出現抗拉強度提升較大的現象，但是，也有很大的可能性出現工件局部性能非常低的現象，這種熱處理工藝對于該種工藝參數的真空壓鑄件來說，具有十分大的風險。

2.2 T5熱處理對伸長率的影響

 拉伸試樣伸長率見圖5。從整體上看，在500℃下，隨著固溶處理時間的增加，伸長率呈現下降趨勢。真空壓鑄試樣在500℃固溶處理0.5 h后，相對于鑄態試樣，伸長率略微出現下降，從1. 9%降至1.85%，降幅約為2.6%；在500℃固溶處理2 h后，伸長率進一步下

降至1. 84%。未固溶處理的試樣中出現的伸長率的最大值約為2. 11%，伸長率的最小值約為1.71%。在500℃固溶0.5 h后伸長率最大值約為1.96%，最小值約為1.74%；在500℃固溶處理2 h后的試樣中出現的伸長率最大值約為2.19%，最小值約為1.43%。

 伸長率的標準差與抗拉強度的標準差類似，在500℃固溶處理0.5 h后，伸長率的標準差最小，固溶處理2 h后標準差最大，并且大于未固溶處理時試樣伸長率的標準差。

 在500℃固溶處理2h對真空壓鑄試樣的抗拉強度及伸長率帶來的風險較大，可以推測，長時間固溶處理會帶來更大的風險。結合前期研究結果可知，在500℃固溶4h，共晶形貌分布的優化程度與固溶處理時間呈正相關關系，有可能使抗拉強度得到提升，但是抗拉強度還取決于內部缺陷的分布，尤其是氣孔等缺陷的分布。真空壓鑄件內部的氣孔缺陷分布位置具有不確定，所以很難預測壓鑄件在T5熱處理過程中實際力學性能的變化情況。在前期試驗中，觀察到真空壓鑄發動機缸體的缸套位置很少有大于20μm的氣孔，但是存在微細氣孔，這些微細氣孔在固溶處理過程中的長大可能導致抗拉強度降低，甚至造成鑄件報廢。

 試驗結果表明，真空壓鑄試樣在500℃固溶0.5 h，相對于鑄態，可以得到較好的綜合力學性能，雖然會稍微降低伸長率，但是試樣抗拉強度的穩定性和伸長率的穩定性都得到提升，對真空壓鑄件進行熱處理時，需要平衡Si相、Cu元素等優化帶來的正影響與內部缺陷擴大帶來的負影響，不同的真空壓鑄工藝對應的熱處理工藝會有所不同。

3  結  論

 (1)真空壓鑄件經過500℃×0.5 h+150℃×5hT5處理后的試樣抗拉強度有小幅提高，伸長率略有降低。

 (2)真空壓鑄件內部缺陷，尤其是氣孔等缺陷的分布，對試樣熱處理后的力學性能有較大的影響，隨著固溶處理時間延長，影響將會越大。