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T7空气淬火在铝合金气缸盖生产中的应用 上海交通大学 （200233） 王跃威 铸造铝合金由于密度小，易于铸造成形的优 点，被广泛应用于各个行业。现在的乘用车发动机 缸盖全部是用铝合金铸造的。 目前有多种铝合金用于乘用车发动机缸盖的铸 造，材料牌号不尽一致，GB、ISO、EN等应用都 比较普遍，但是还有一些整车工厂使用其内部牌 号。目前量产应用最广泛的是 AlSi7Cu3Mg，这种 铝合金不需要热处理（只需要自然时效即可），成 本低。 但是随着环保法规要求越来越严格，汽车厂在 设计整车时，轻量化是提高燃油效率最直接的方 法，汽车发动机缩小尺寸是普遍趋势，因此，现在 很多主机厂都把排气管或正时罩盖集成在缸盖上。 这样做既可以减小缸盖尺寸，又可以采用增压的方 式提高发动机的效率，这就使缸盖的服役条件越来 越苛刻，缸盖必须能承受汽油燃烧时高温冲击所产 生的热冲击疲劳，所以需要有一种新的铝合金来满 足性能要求。这种合金必须同时具有保持较高的组 织稳定性和尺寸稳定性的能力，AlSi7Cu0.5Mg0.3 就是在这种要求下所开发出来的。因为有耐热疲劳 性能的要求，这种合金需要做固溶处理和过时效处 理，但是由于这种缸盖的结构设计比较复杂，如果 固溶处理是用传统的水作为淬火冷却介质，由于冷 却速度快，缸盖会产生很大的内应力导致其变形甚 至开裂，所以淬火冷却介质要既能达到固溶处理的 效果，又能降低缸盖的内应力，空气就是适合这种 要求的介质，不会有过高的冷却速度，但是普通的 空冷，由于冷速过慢（简易的风扇冷却）不能起到 固溶的作用，所以空气淬火必须达到一定的冷却速 度，但是冷却速度又不能过大，T7空气淬火就可以 满足这种要求。 1. T7空气淬火工艺 T7空气淬火工艺是缸盖先经过固溶处理（空气 淬火），然后进行过时效处理，来达到力学性能要 求。 温度时间图 温度 时间 图 1 要实现T7空气淬火工艺，只需要将传统的水淬 火工位改成空气淬火即可，但是要实现工艺所要求 的曲线（淬火冷却速度），空气淬火室设计非常重 要，既要满足冷却速度要求，又要达到批量生产的 节拍。根据目前的资料，欧洲的主流设计是隧道式 热处理线，这种线易于设计，又可以满足大批量生 产的要求，缺点是占用空间大；国内还有回转式T7 空气淬火线，优点是占地少，但产能受限。 因此，我们的项目选用隧道式热处理线，热处 理线布局如图2所示，淬火后的零件由转运小车转 运到时效炉中。 382014年 第3期 热处理/锻压/铸造 38 HYPERLINK /  热加工 Quenching Process Q  淬火工艺 温度/℃时间/s图 2 温度/℃ 时间/s 2. T7空气淬火温度曲线测量 缸盖T7空气淬火的具体工艺要求是在530～ 540℃保温5h进行固溶处理，空气淬火冷却速度 小于4℃/s， 然后在195～205℃保温5h进行时效处 理。 缸盖经过热处理后力学性能要达到以下要求： R m≥240MPa， R p0.2≥190MPa，A ≥4%， 硬度 （火力面）≥85HBW，拉伸试棒在缸盖本体燃烧 室处取样。 为了使热处理工艺过程稳定，在热处理线交付使 用之前需要对整条热处理线的炉温进行测量，确认是 否整个热处理过程炉温波动不超过工艺要求。 温度曲线测量采用炉温测量仪进行全程测量， 同时测量时还要保证零件按照设计要求装满整个热 处理炉，这样才能使测量结果可靠。 图 3热处理时缸盖竖直放置在热处理筐中，将每个 筐中装满缸盖，测量时在缸盖的燃烧室上安装热电 偶，并在热处理筐中选3个位置来测试，如图3所 图 3 第一次测量结果，测量曲线如图4所示。 经过仔细分析各个阶段的温度波动，固溶  图 4 炉内的部分区域超过了固溶处理工艺的上限温度 540℃，需要调整，固溶时间超过了工艺要求的 温度/℃时间/s 温度/℃ 时间/s 图 5 温度/℃时间/s图 温度/℃ 时间/s 图 6 时效温度大部分区域超过了温度上限205℃， 需要调整，时效时间超过了工艺要求的5h，符合工 艺要求，如图7所示。 根据温度曲线的偏差，设备厂家调整了相关的 设备参数，并进行了多次的温度测量，目前所有的 温度曲线波动均匀，并且在工艺规范之内。 最近一次的温度曲线测量结果如图8所示，炉 39热处理/锻压/铸造 2014年 第3期 39 热加工 HYPERLINK / Quenching Process Q  淬火工艺 温度/℃时间/s图 7温曲线波动平稳，基本达到了了设计要求。 温度/℃ 时间/s 图 7 温曲线波动平稳，基本达到了了设计要求。 温度/℃ 时间/s 图 8 温度/℃ 时间/s 图 10 温度/℃ 时间/s 图 11 固溶处理阶段