哈工大姜巨福教授《JMR&T》：热处理参数优化 挤压铸造大型铝合金件力学性能显著提升

导读：采用局部加载挤压铸造成形了壁厚差大、形状复杂的ZL104铝合金飞轮壳，研究了T6热处理工艺参数对其力学性能和组织的影响。采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和光学显微镜(OM)对热处理后成形件的显微组织进行了分析。结果表明，随着固溶温度升高和时间延长，伸长率明显提高，550℃×3 h固溶处理后获得最佳力学性能。

汽车零部件的轻量化已成为发展趋势，铝合金因其密度低而广泛应用于汽车工业。为了进一步提高零件的力学性能、细化铸件组织、满足市场质量要求，对通过微合金化调节铝合金的组织形态进行了大量的研究。

通过一定的强化机制可以有效地改善铝合金的力学性能，但仍不足以满足产品性能的要求。热处理工艺可以进一步提高成形件力学性能，其可以促进二次相的析出，达到塑性与强度的平衡。

目前研究热处理参数对挤压铸造铝合金零件微观组织和力学性能的影响更着重于小型铝合金零件。通过挤压铸造成形形状复杂的大型铸件的热处理鲜有报道。通常，大尺寸挤压铸造零件的组织和性能控制更为困难。基于此背景，哈工大姜巨福教授团队研究了T6热处理参数对铝合金发动机飞轮壳局部加载区组织和力学性能的影响。设计单变量控制试验，对力学性能最佳的铸件进行拉伸和显微组织取样，分析其对组织和性能的影响，从而确定最佳固溶、时效的温度和时间。研究成果以题为“Effect of T6 heat treatment on microstructure and mechanical properties of large-weight aluminum alloy flywheel housing parts formed by localloading squeeze casting”发表于期刊《Journal of Materials Research and Technology》。

该文获得国家重点发展计划项目（2022YFB3404204）和国家自然科学基金项目（2241232）资助。

随着固溶时间的延长，材料的抗拉强度(UTS)和屈服强度(YS)均有所提高，但伸长率呈现先降低后升高的趋势。经550℃×3h固溶处理后，达到最佳力学性能(UTS：243 MPa，YS：133 MPa，伸长率：12%)。强度的提高归因于溶液的强化作用。

经T6处理后，强度明显提高，伸长率下降。延长时效时间比提高温度对强度的提高效果更显著。最大抗拉强度为312 MPa，最大屈服强度为251 MPa，伸长率在2%～6%的大范围内波动明显。时效的强化机制主要是沉淀强化和相过剩强化。

伸长率的波动主要是缺陷和组织不均匀造成的。经过T6热处理后，Si的形貌趋向球化和粗化，形成细小的Si颗粒，晶粒趋于随机分布，未发现明显的择优取向。大角度晶界的含量增加，有部分再结晶发生。