铝合金材料的强化处理

杭州轻工技工学校     杨 俭

铝合金材料具有重量轻,耐腐蚀,易成形加工等优点,因此,广泛地用于日用品的加工制造业。在生产实践中,该种材料的强度往往制约了产品功能的实现。为了解决铝合金材料适用性,除了产品结构设计的合理,提高材料的机械强度成了发挥优点的关键。我们在教学实验中,结合工厂生产的实际情况,选择了模锻成形的山地自行车铝合金制动悬臂为研究对象,采取热处理的方法,增强材料的硬度,经反复试验,达到了明显的效果:试件的表面硬度得到了大幅度提高,而且经研磨,铝合金试件表面的粗糙度随着其硬度的增强而显著提高。

一、材料分析与强化处理

山地自行车制动悬臂是经挤压成形、切削加工、表面处理等工艺流程制成的。其抽样检验要求:承受弯矩75N·M不失效,表面硬度应在HV:90-110的范围内,方为合格。为了提高零件的承载能力,除了合理的结构设计之外,还须有效地提高材料本身的机械强度。采用热处理的方法,将试件经固溶、人工时效后,使得零件符合产品质量的要求。由于材料的性能稳定,使得检验合格率也大幅度的提高。

我们在实验过程中,随机选取若干组成形的悬臂作为试件,将其加热到固相线温度以下保温一段时间,然后将其迅速洋入水中冷却,使得材料的金相组织成为单相的过饱和G固熔体。这种过饱和固熔体是不稳定的,此时的悬臂强度和表面硬度并没有明显的增强,塑性却显著提高,这是由于第二相〈金属间的化合物〉消失的缘故。为了将第二相析出,使之强化,必须作时效处理。将零件低温加热后,保温一定的时间,材料强度明显提高。经处理的试件,不但具有足够的机械强度,而且还可以改善其切削加工性能。

二、工艺与操作方法

铝合金的热处理不同于碳钢,其熔点低,易过热过烧,加热温度的偏差范围小,对温度仪的精度要求高。若加热保温过于偏差,则可能达不到强化的目的。因此,对于锻铝合金的加热炉温度的控制是整个热处理过程的关键。根据试验结果分析:人工时效温度的高低与时间的长短有很大关系。较高的时效温度,可以缩短保温时间:较低的时效温度则需要延长保温的时间。用前者方法处理,同一炉试件检出的硬度数据,离散性较大,批量生产难以把握产品的质量,而后者受试件的合格率较高,能够保证强化工艺的质量要求,但工艺成本显著增加。在这两者之间,必然有一个比较合理的可行区间。经多次反复试验,我们找到如下的加热温度和时间的关系,这对锻铝试件的强化处理较为适合。

掌握了热处理工艺,并不等于说锻铝合金的强化问题已经解决,若操作不当,同样会导致失败。在处理的过程中应注意以下几点:

1、被加热的工件在炉腔内须排列整齐,且阳温使之受热均匀。

2、温度的调整与受试件的形状及其实体尺寸也有一定的关系；

淬火转移的时间尽可能短,一般时间t<6秒；

3、要求力热炉的温控仪完好，性能稳定，同时也要避免炉腔余温的热惯性引起的温度偏差。这就要求我们及时监控、调整加热的温度。如此,就可以满足工件的强化质量要求。

三、实践小结

将实验室的试验成果移植到生产车间实施批量生产,操作人员同样需要熟悉设备,熟练工艺步骤等适应过程。该项成果经过一年多的实际应用,日趋成熟,在日常生产中,抽检合格率在96%以上。

从技术进步的角度入手,把学校的教学科研活动直接与工厂的生产实际相结合，充分发挥各自的优势，实践证明效果良好。厂校间采取多种形式开展技术协作活动，为推动社会工业品生产的发展具有一定的实际意义。■