不同热处理对ADC12压铸铝合金组织和力学性能的影响

2.1 组织结构观察与分析

图 1 为 ADC12 铝合金经压力铸造所得到的板 状铸件的光学显微组织。由微观结构可看出，铝合金 的铸造组织主要由初晶树枝状 α 相结晶及共晶 α+ β 层状结构所组成。 其中粗大的 α1-Al 是熔体在压 室中受激冷形成的， 细小的 α2-Al 是金属液在模具 空腔中受高压形成的，所以较为细小[6]。 压力铸造是 在高温高压下进行的， 金属液在极短的时间内填充 整个模具型腔， 凝固成型过程中熔体具有较大的过 冷度。 因此，相对具有较为细密的结构组织。

压铸铝合金在热处理过程中（高温时）常常会产 生鼓泡现象，此时材料强度大幅度下降，铸件内近表 面层的压缩气孔得以自由膨胀， 从而形成缺陷。 因 此， 分析 ADC12 铝合金在热处理过程中表面鼓泡 的温度与时间极其重要。 图 2 为 ADC12 压铸铝合 金在 460～560℃高温固溶 1h 处理后的宏观表面形 貌，圆圈标记为压铸件发生表面鼓泡现象的位置。 由图 可知， 压铸件经 460℃/1h 热处理后并无表面鼓泡现 象，而 490℃以上温度固溶 1 h 后，则观察到表面鼓 泡现象。 进一步观察比较压铸件在 460～560℃不同 固溶后的近表层位置金相组织，如图 3 所示。从图中 可看出，在 490℃以上固溶处理 1 h，均可观察到压 铸件表面有鼓泡产生，并伴随有鼓胀气孔，当固溶温度越高时，其表面鼓泡现象越明显，膨胀孔洞越大。 当热处理条件为 460℃/1h， 则试片表面不会起泡， 内部也不会出现膨胀的孔洞组织。

2.2 不同工艺热处理的合金硬度分析

由于压铸铝合金在热处理过程中常常产生鼓泡 现象， 因此本文通过加入额外的 2%与 4%Cu 元素 进行成分微调（形成 Al2CuMg 析出相），在不降低材 料的力学性能的前提下，探究不同热处理工艺下的组 织性能特点以及是否有助于避免鼓泡现象的产生。

图 4 为不含 Cu 的 ADC12 铝合金经不 同固溶 （460℃/1 h、480℃/1 h、490℃/1 h 及 520℃/1 h）处理 后 175℃时效处理的硬度曲线图。从图可知，ADC12 铝合金在约 10h 达到峰时效。 以 520℃/1h 固溶的 硬度升高作为比较基准，则 490℃/1 h、480℃/1 h 及 460 ℃/1h 固 溶 处 理 的 峰 值 硬 度 升 高 分 别 为 72%、 39%及 10%。 此结果表示在 460～520℃，随固溶处 理温度下降， ADC12 铝合金的固溶效果也会降低。

固溶处理温度过高产生鼓泡现象，处理温度过低，材 料力学性能较差。因此，合理的热处理工艺和合金成 分对于提升压铸铝合金的性能显得尤为重要。

图 5 为 ADC12 铝合金添加 2%Cu 后经不同固 溶（460℃/1 h、480℃/1 h、490℃/1 h 及 520℃/1 h）处 理后的 175℃时效硬度曲线。 从图中可得出在 175 ℃时效下 ADC12+2%Cu 铝合金约在 12h 达到峰时 效。 以 520℃/1h 固溶的峰值硬度升高作为比较基 准， 则 490℃/1 h、480℃/1 h 及 460℃/1 h 的固溶处 理的硬度分别升高 83%、82%及 66%。 在 460～520 ℃，随固溶处理温度下降，ADC12+2% Cu 铝合金的 固溶效果与后续析出硬化能力缓慢减小。 添加 4% Cu 后的 ADC12 铝合金经不同固溶（460℃/1 h、480 ℃/1h、490℃/1h 及 520℃/1h）处理后 175℃时效硬度曲线如图 6 所示。同样以 520℃/1h 固溶的峰值硬 度升高作为 比较基准， 则 490 ℃/1 h、480 ℃/1 h 及 460℃/1h 的固溶处理的硬度升高分别为 85%、79% 及 68%。 此效果与 ADC12+2%Cu铝合金相似。

由上述实验结果可知， 当 ADC12 铝合金内 Cu 含量增加时， 其在 460～520℃固溶处理的硬度增 加。 为了分析固溶处理参数中的时间对后续时效硬 化效果的影响，对 ADC12、ADC12+2% Cu、ADC12+ 4%Cu 三种铝合金于 460℃和 490℃两种温度进行 长短不同时间的固溶处理，以比较其对后续时效硬化 效果的影响。 所采用的固溶处理工艺为：460℃/0.25 h、460℃/1h、490℃/0.25h 及 490℃/1h。 三种铝合金 经上述固溶 处理后 175 ℃ 时 效曲线分别 如图 7 所 示。 从图中可得出，在相同的固溶温度下进行 0.25h 与 1h 的固溶处理，两者的时效行为非常相似，其时 效曲线也近乎重叠。由此可知，此三种铝合金在固溶 时间为 0.25h 与 1h 时的硬化效果是基本相同的。因 此，将固溶时间由 1 h 缩短至 0.25 h，仍可达到相同 的后续时效硬化效果。

2.3 强度分析

压铸铝合金在高温处理时所发生的表面鼓泡现 象与压铸件的材料高温强度有密切关系。 为了了解 铝合金材料在鼓泡时的强度与热处理工艺之间的关 系， 对 ADC12、ADC12+2% Cu、ADC12+4%Cu 三种 铝 合 金 经 过 490 ℃/0.25 h、490 ℃/1 h、520 ℃/0.25 h 及 520℃/1h 热处理后的试样进行拉伸实验，以获得 固溶处理时材料的高温强度数据，结果如图 8 所示。

从图可得出，三种合金的强度均随固溶温度与时间的 增加而呈现下降趋势。 当固溶条件相同时，随着合金内 Cu 含量的增加，其高温强度也会降低，这主要是因为 含 铜 铝 合 金 内 Al-Mg2Si 的 共 晶 温 度 为 595℃ ， 而 Al-Cu 的共晶温度 为 548 ℃，由 于 Al2Cu（Mg）相 回 溶温度较低， 材料因原子扩散造成软化的温度也较 低，因此造成含 Cu 铝合金高温抗拉强度的下降。 将 ADC12 铝合金的高温强度与压铸件鼓泡现象进行 对比可发现， 当铝合金的高温强度大于 12.54 MPa 时， 不会发生表面鼓泡缺陷 ， 但当高温 强度低于 12.54MPa 时，材料发生表面鼓泡现象。因此，只要固溶处理时材料的高温强度大于 12.54MPa，就可避免 表面鼓泡现象的发生。

3 结论

（1） 避免 ADC12 压铸铝合金在高温热处理时 发生表面鼓泡缺陷的温度与时间上限为 490℃/0.25 h， 在更高温度或更长的时间条件下进行热处理，则 会产生表面鼓泡现象。

（2） 在 ADC12 压铸铝合金内添加 Cu 元素，并 在 460～490℃进行热处理会使得铝合金的硬度大 幅度提升，可改善由于温度过高而引起的鼓泡缺陷， 但其强度会随着 Cu 含量的增加而下降。

（3） 压铸铝合金 ADC12 在固溶处理时， 其高 温强度会随固溶温度与时间的增加而呈下降趋势。 ADC12 铝 合 金 固 溶 处 理 时 材 料 的 高 温 强 度 大 于 12.54MPa，就可避免表面鼓泡现象的发生。

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