2024年4月6日发(作者：盍宛秋)
第４卷第４期 精密成形工程
铸锻复合成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
万元元 ，贾俞军。，李强。，高小荣。，罗守靖。
（１．中国兵器工业第五九研究所，重庆４０００３９；２．哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１；
３．中国航空工业空气动力研究院，哈尔滨１５０００１）
摘要：采用不同固溶和时效热处理工艺对液态铸锻双控成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体进行了热处理
实验。结果表明：样品经过Ｔ４（４１５℃ｘ ９ ｈ，６０℃水淬）处理后，合金的抗拉强度和延伸率最大，其值分别
为２３９．７ ＭＰａ，１．５８ ，较未热处理提高幅度分别为４１．６ ，７９．９ 。经Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０℃水淬＋２０５
℃×１６ ｈ，空冷）处理后，样品显微组织中的第二相得到均化，在一定程度上强化了合金。未处理态、Ｔ４、Ｔ６
状态下的拉伸试样断口形貌中均存在较多的韧窝，表明铸锻双控成形制件的塑性较好。Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０
℃水淬）热处理后的拉伸试样断口形貌中韧窝最多，塑性最好。
关键词：液态铸锻双控成形；ＡＺ９ｌＤ镁合金；热处理；显微组织；力学性能
中图分类号：ＴＧ１４６．２２ 文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４—６４５７（２０１２）０４—０００１－０９
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ＡＺ９ １ Ｄ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｓｈｅｌｌ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｂｙ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ Ｄｉｅ’ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｒｇｉｎｇ
ＷＡＮ Ｙｕａｎ—ｙｕａｎ ，ＪＩＡ Ｙｕ一 “ 。，ＬＩ Ｑｉａｎｇ。，ＧＡＯ Ｘｉａｏ—ｔｏｎｇ。，ＬＵＯ Ｓｈｏｕ—ｊｉｎｇ。
（１．Ｎｏ．５９ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｎ ＡＺ９ １ Ｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｓｈｅｌｌ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ（ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｌｕｓ ｆｏｒｇｉｎｇ）ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｌ—
ｔｉｍａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｕｐ ｔｏ ２３９．７ ＭＰａ，１．５８
℃ｗａｔｅｒ—ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ），ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ４１．６
ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（４１５℃×９ ｈ，６０
ａｎｄ ７９．９ ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ—
ｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（４１５℃×９ ｈ，６Ｏ℃ｗａｔｅｒ—ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ－｝－２０５℃×１６ ｈ，ｄｒｙ
ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ．Ｌｏｔｓ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｅｎ—
ｓｉｌｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｔ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｔ４ ａｎｄ Ｔ６ ｓｔａｔｅ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ
ｄｉｅ—ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ ｈａｖｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ａｆｔｅｒ Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０
℃ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅｓ，ａｎｄ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ；ＡＺ９ １ Ｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ；ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎ—
ｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
收稿日期：２Ｏ１２－０５—２５
作者简介：万７Ｌ￣Ｌ（１９８５一），男，贵州遵义人，硕士研究生，主要研究方向为镁合金新材料开发及成形。
，
第４卷 第４期 万元元等：铸锻复合成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
和试样尺寸如图２所示。
｛
取样点
图２力学性能取样点及拉伸试样尺寸
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ＡＺ９ １ Ｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓａｍｐｌｅｓ
２实验结果及分析
２．１铸锻双控成形样品未热处理态微观组
织和性能
试样经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜
下进行微观组织观察分析。未热处理的液态铸锻双
控成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机外壳显微组织如图３
所示，其组织主要由ａ—Ｍｇ基体和离异共晶体（ａ＋
ｐ）组成，Ｇ相主要为Ｍｇ Ａ１ 其中白色部分为ａ—Ｍｇ
基体，呈现出大的粗短棒状分布，黑色部分是Ｍｇ和
Ａ１形成的金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 共晶体组织成小
的颗粒状相互交杂在基体之间。Ｍｇ Ａ１ 。是强化相，
但其脆性较大，它在组织中的分布状态直接影响到材
料的力学性能。Ｊ３相在随后的固溶过程中将会溶入
到ａ－Ｍｇ基体中，而在时效热处理后Ｊ３相又重新析出。
未热处理态试样的常温力学性能见表２。
表２未热处理态试样力学性能
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ
２．２双控成形制件热处理态微观组织与性
能分析
固溶和时效直接影响到双控成形制件的微观组
织与性能，固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时
图３ 铸锻复合成形状态下ＡＺ９１Ｄ镁合金制件显微组织
Ｆｉｇ．３ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＡＺ９ １Ｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ
间是最主要的４个参数。
２．２．１ 固溶处理的影响
固溶处理的时间和温度对合金的组织有很大影
响ｌ＿１ 。固溶处理应使得金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 。充
分溶入ａ—Ｍｇ基体，以保证淬火后获得最好的固溶
强化效果。如果金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 没有充分
溶人ａ—Ｍｇ基体，淬火后的组织中将会出现残余的
硬脆Ｍｇ Ａ１ 这样会削弱固溶强化效果，对制件
性能产生不利影响。
２．２．１．１ 固溶温度的影响
固溶温度的选择应既能保证金属问化合物
Ｍｇ Ａ１ 充分溶入ａ—Ｍｇ基体，又不至于使合金中
的共晶体发生熔化。根据ＡＺ９１Ｄ镁合金相图，在实
验条件允许的范围内，选定３８０，４１５℃２个固溶温
度，均保温９ ｈ后在６Ｏ℃水中淬火。未热处理及不
同固溶温度下试样的抗拉强度与延伸率见表３，可
知，相比于未热处理，３８０，４１５℃固溶处理后试样的
抗拉强度与延伸率都有提高，其中抗拉强度的提高
幅度分别为７．０ ，４１．６ ，延伸率的提高幅度分别
为３１．７ ，７９．９ 。
表３ 未热处理及不同固溶温度下的力学性能
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒ—
ｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
经３８０℃×９ ｈ，４１５℃×９ ｈ固溶处理并水淬后
制件的微观组织如图４所示。由图４可以看出，经固
溶处理后合金组织中的金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 大部
精密成形工程 ２０１２年７月
曼
商
熊
２ ４ ６ ８ １０ １２ １４ ｌ６ ｌ８
图４不同固溶温度下保温９ ｈ水淬后的微观组织
Ｆｉｇ．４ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
ｆｏｒ ９ ｈ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
１．６
周溶时问／ｈ
分溶人ａ－Ｍｇ基体中，剩余的Ｍｇ Ａ１ 以细小的点状
分布于晶粒内部。随着固溶温度的提高，这些细小
的Ｍｇ Ａ１ 进一步减少。与３８０℃的固溶处理相
比，４１５℃下固溶处理使得Ｍｇ ＡＩ 。绝大部分溶人
ａ—Ｍｇ基体中，固溶组织接近于单相的固溶体组织，
起到了很好的固溶强化效果。另外，对于４１５℃的
ｌ＿４
静
堡
６６ ７
１．２
１＿１
．
１．Ｏ
Ｉ
４ ６ ８ １０ １２ １４ １６ １８ ２
网溶时闻，ｈ
图５ ４１５℃下保温不同时间固溶处理后的力学性能
Ｆｉｇ．５ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ
固溶处理，极少未溶的Ｍｇ Ａ１ ：细小弥散分布于晶
粒内部，均匀合金组织，起到了第二相质点弥散强化
２ ２ ２ ２ ｌ ｌ １ ∞ ∞ ∞ ∞ 加
４１５℃ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅｓ
的作用，使得在此温度下的性能得到提高。
２．２．１．２ 固溶时间的影响
度和延伸率提高最大，较未热处理提高幅度分别为
４１．６ ，７９．９ ，而继续增加保温时间，力学性能呈 ４１５℃下保温不同时间固溶处理后的力学性能
如图５所示。由图５可知，保温４ ｈ后合金的抗拉
强度和延伸率较未热处理有所提高，保温６ ｈ后合
金的力学性能反而降低，保温９ ｈ后合金的抗拉强
略微下降的趋势。总体来说，固溶处理后合金的力
学性能是提高的。
由表４可知，随着固溶时间的增加，Ｊ３相在组织
表４ ４１５℃下固溶保温４，６，９，１６ ｈ后水淬的微观组织中ｐ相的分布
Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂ ｐｈａｓｅ ｉｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｔ ４１５℃ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ
４。６。９，１６ ｈ ａｆｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
中的分布形式由晶内颗粒状，晶界短棒状一晶内小
颗粒状，晶界大颗粒状一晶内晶界点状分布逐渐变
固溶保温６ ｈ的抗拉强度和延伸率是最低的，甚至
比未热处理的力学性能都低，这是由于在固溶保温
６ ｈ的试样组织中存在较多的缺陷。 化。Ｇ相的分布位置及形态的改变将对合金力学性
能产生影响。固溶保温４ ｈ时晶内的Ｊ３相呈颗粒状
分布，晶界呈短棒状分布，晶界上硬脆的短棒状Ｊ３相
固溶处理后合金力学性能的总体提高主要是由
于固溶强化的作用。在４１５℃下固溶保温４，６，９，
将会增大对基体的割裂作用，合金力学性能较低；固
溶保温６ ｈ时，晶内的 相呈颗粒状分布，晶界的Ｊ３
相由短棒状分布向颗粒状分布转变，使得Ｂ相对基
１６ ｈ后水淬的微观组织如图６所示。对比图６和图
３可知，随着固溶时间的延长，Ｂ相（Ｍｇ Ａｌ ）在基
体中的溶入量逐渐增多。固溶保温９ ｈ和１６ ｈ后
水淬的显微组织中，只在晶内发现少量均匀弥散点
体的割裂作用有所减弱。从图５可以看出４１５℃下
第４卷 第４期 万元元等：铸锻复合成形ＡＺ９］Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
少未溶人基体的细小均匀分布的Ｊ３相（Ｍｇ Ａ１ ）的
存在，使得合金经固溶强化和第二相质点弥散强化
后的力学性能高。
３）经Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０℃水淬＋２０５℃×１６
Ｅ６］刘伟召，龙思远，徐绍勇，等．压铸镁合金摩托车轮毂收
缩缺陷的分析及防止ＥＪ３．热加工工艺，２０１１，４０（３）：
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Ｅ７］李远东，郝远，陈体军，等．镁合金半固态成形的现状及
发展前景ＥＪ］．特种铸造及有色合金，２ＯＯｌ，２１（２）：７７—
７８．
ｈ，空冷）处理后，双控成形ＡＺ９１Ｄ镁合金制件显微
组织得到均化，在一定程度上强化了合金，但是由于
所用试样存在缺陷，使得双控成形制件的性能没有
达到预期效果。
４）铸锻双控成形制件未热处理、Ｔ４、Ｔ６状态下
的拉伸试样断口形貌中均存在较多的韧窝，表明铸
锻双控成形制件的塑性较好。Ｔ６（４１５℃Ｘ ９ ｈ，６０
℃水淬）热处理后的拉伸试样断口形貌中韧窝最多，
塑性最好。
Ｅ８３刘正，张奎，曾小勤．镁基轻质合金理论基础及其应用
ＥＭ］．北京：机械工业出版社，２００２：４７—５２．
Ｅ９］邓钢，张京萍．压铸镁合金的市场和应用ＥＪ３．特种铸造
及有色合金，２００ｌ，２１（６）：４６—４７．
Ｅｌ０］张永忠，张奎．ＡＺ９１Ｄ镁合金的压铸工艺及性能ＥＪ］．铸
造，２０００（２）：７４—７８．
Ｅ１１］张大华，王瑞权，李国全，等．固溶处理对ＺＭ２１镁合金
组织和性能的影响［Ｊ］．热处理技术与装备，２００９，３０
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评价［Ｊ］．表面技术，２００７，３６（１）：１５—１７．
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Ｅｓ］吴炳尧．镁合金压铸技术分析ＥＪ］．铸造，２０００（８）：４８．
重庆大江杰信锻造有限公司研制的“ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件＂
通过重庆市科委市级重点新产品鉴定
２０１２年６月２日，重庆市科委组织专家对重庆大江杰信锻造有限公司研制的“ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴
锻件”进行了重庆市市级重点新产品鉴定。
专家组听取了产品技术创新情况介绍、产品研制报告、效益分析报告，审查了财务报告、检测报告、用户意见、
专利证明、标准采用情况等相关资料，并进行了质询和讨论。专家们认为大江杰信锻造公司提供的资料完整、规
范，符合重庆市市级重点新产品鉴定的要求；公司的质保体系健全，生产、检测设备齐备，ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重
卡曲轴锻件经国家法定检测部门检测，满足相关标准，用户使用也很满意，完全满足批量生产要求。
该ＩＶＥＣ０一Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件市场需求大，但其形状复杂，长度尺寸太长，截面变化大，动平衡要求
高，型腔难以充满。大江杰信锻造公司克服了这些制造瓶颈，在国内率先批量生产，能耗低，生产工艺环保，切削
性能好，且生产效率高。
大江杰信公司在充分吸纳先进技术的基础上，采用全三维建模分析方法，动态、高效、可视调整曲轴锻件的动
平衡和改善型腔充填质量，对第一工序的变形量较严格控制，增加滚压ｚ－．序，轴向合理分配材料，使材料利用率提
高到７８ 。对每个平衡板距尺寸的基准调整热收缩率值，保证了锻件的尺寸精度。
专家们一致通过了鉴定意见，建议该ＩＶＥ￣Ｏ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件享受重庆市重点新产品相关优惠政
策。 （胡亚民）
2024年4月6日发(作者：盍宛秋)
第４卷第４期 精密成形工程
铸锻复合成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
万元元 ，贾俞军。，李强。，高小荣。，罗守靖。
（１．中国兵器工业第五九研究所，重庆４０００３９；２．哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１；
３．中国航空工业空气动力研究院，哈尔滨１５０００１）
摘要：采用不同固溶和时效热处理工艺对液态铸锻双控成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体进行了热处理
实验。结果表明：样品经过Ｔ４（４１５℃ｘ ９ ｈ，６０℃水淬）处理后，合金的抗拉强度和延伸率最大，其值分别
为２３９．７ ＭＰａ，１．５８ ，较未热处理提高幅度分别为４１．６ ，７９．９ 。经Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０℃水淬＋２０５
℃×１６ ｈ，空冷）处理后，样品显微组织中的第二相得到均化，在一定程度上强化了合金。未处理态、Ｔ４、Ｔ６
状态下的拉伸试样断口形貌中均存在较多的韧窝，表明铸锻双控成形制件的塑性较好。Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０
℃水淬）热处理后的拉伸试样断口形貌中韧窝最多，塑性最好。
关键词：液态铸锻双控成形；ＡＺ９ｌＤ镁合金；热处理；显微组织；力学性能
中图分类号：ＴＧ１４６．２２ 文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４—６４５７（２０１２）０４—０００１－０９
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ＡＺ９ １ Ｄ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｓｈｅｌｌ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｂｙ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ Ｄｉｅ’ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｒｇｉｎｇ
ＷＡＮ Ｙｕａｎ—ｙｕａｎ ，ＪＩＡ Ｙｕ一 “ 。，ＬＩ Ｑｉａｎｇ。，ＧＡＯ Ｘｉａｏ—ｔｏｎｇ。，ＬＵＯ Ｓｈｏｕ—ｊｉｎｇ。
（１．Ｎｏ．５９ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｎ ＡＺ９ １ Ｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｓｈｅｌｌ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ（ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｌｕｓ ｆｏｒｇｉｎｇ）ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｌ—
ｔｉｍａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｕｐ ｔｏ ２３９．７ ＭＰａ，１．５８
℃ｗａｔｅｒ—ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ），ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ４１．６
ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（４１５℃×９ ｈ，６０
ａｎｄ ７９．９ ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ—
ｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（４１５℃×９ ｈ，６Ｏ℃ｗａｔｅｒ—ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ－｝－２０５℃×１６ ｈ，ｄｒｙ
ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ．Ｌｏｔｓ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｅｎ—
ｓｉｌｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｔ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｔ４ ａｎｄ Ｔ６ ｓｔａｔｅ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ
ｄｉｅ—ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ ｈａｖｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ａｆｔｅｒ Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０
℃ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅｓ，ａｎｄ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ；ＡＺ９ １ Ｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ；ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎ—
ｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
收稿日期：２Ｏ１２－０５—２５
作者简介：万７Ｌ￣Ｌ（１９８５一），男，贵州遵义人，硕士研究生，主要研究方向为镁合金新材料开发及成形。
，
第４卷 第４期 万元元等：铸锻复合成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
和试样尺寸如图２所示。
｛
取样点
图２力学性能取样点及拉伸试样尺寸
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ＡＺ９ １ Ｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓａｍｐｌｅｓ
２实验结果及分析
２．１铸锻双控成形样品未热处理态微观组
织和性能
试样经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜
下进行微观组织观察分析。未热处理的液态铸锻双
控成形ＡＺ９１Ｄ摩托车发动机外壳显微组织如图３
所示，其组织主要由ａ—Ｍｇ基体和离异共晶体（ａ＋
ｐ）组成，Ｇ相主要为Ｍｇ Ａ１ 其中白色部分为ａ—Ｍｇ
基体，呈现出大的粗短棒状分布，黑色部分是Ｍｇ和
Ａ１形成的金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 共晶体组织成小
的颗粒状相互交杂在基体之间。Ｍｇ Ａ１ 。是强化相，
但其脆性较大，它在组织中的分布状态直接影响到材
料的力学性能。Ｊ３相在随后的固溶过程中将会溶入
到ａ－Ｍｇ基体中，而在时效热处理后Ｊ３相又重新析出。
未热处理态试样的常温力学性能见表２。
表２未热处理态试样力学性能
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ
２．２双控成形制件热处理态微观组织与性
能分析
固溶和时效直接影响到双控成形制件的微观组
织与性能，固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时
图３ 铸锻复合成形状态下ＡＺ９１Ｄ镁合金制件显微组织
Ｆｉｇ．３ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＡＺ９ １Ｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ
间是最主要的４个参数。
２．２．１ 固溶处理的影响
固溶处理的时间和温度对合金的组织有很大影
响ｌ＿１ 。固溶处理应使得金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 。充
分溶入ａ—Ｍｇ基体，以保证淬火后获得最好的固溶
强化效果。如果金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 没有充分
溶人ａ—Ｍｇ基体，淬火后的组织中将会出现残余的
硬脆Ｍｇ Ａ１ 这样会削弱固溶强化效果，对制件
性能产生不利影响。
２．２．１．１ 固溶温度的影响
固溶温度的选择应既能保证金属问化合物
Ｍｇ Ａ１ 充分溶入ａ—Ｍｇ基体，又不至于使合金中
的共晶体发生熔化。根据ＡＺ９１Ｄ镁合金相图，在实
验条件允许的范围内，选定３８０，４１５℃２个固溶温
度，均保温９ ｈ后在６Ｏ℃水中淬火。未热处理及不
同固溶温度下试样的抗拉强度与延伸率见表３，可
知，相比于未热处理，３８０，４１５℃固溶处理后试样的
抗拉强度与延伸率都有提高，其中抗拉强度的提高
幅度分别为７．０ ，４１．６ ，延伸率的提高幅度分别
为３１．７ ，７９．９ 。
表３ 未热处理及不同固溶温度下的力学性能
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒ—
ｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｎｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
经３８０℃×９ ｈ，４１５℃×９ ｈ固溶处理并水淬后
制件的微观组织如图４所示。由图４可以看出，经固
溶处理后合金组织中的金属间化合物Ｍｇ Ａ１ 大部
精密成形工程 ２０１２年７月
曼
商
熊
２ ４ ６ ８ １０ １２ １４ ｌ６ ｌ８
图４不同固溶温度下保温９ ｈ水淬后的微观组织
Ｆｉｇ．４ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
ｆｏｒ ９ ｈ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
１．６
周溶时问／ｈ
分溶人ａ－Ｍｇ基体中，剩余的Ｍｇ Ａ１ 以细小的点状
分布于晶粒内部。随着固溶温度的提高，这些细小
的Ｍｇ Ａ１ 进一步减少。与３８０℃的固溶处理相
比，４１５℃下固溶处理使得Ｍｇ ＡＩ 。绝大部分溶人
ａ—Ｍｇ基体中，固溶组织接近于单相的固溶体组织，
起到了很好的固溶强化效果。另外，对于４１５℃的
ｌ＿４
静
堡
６６ ７
１．２
１＿１
．
１．Ｏ
Ｉ
４ ６ ８ １０ １２ １４ １６ １８ ２
网溶时闻，ｈ
图５ ４１５℃下保温不同时间固溶处理后的力学性能
Ｆｉｇ．５ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｆｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ
固溶处理，极少未溶的Ｍｇ Ａ１ ：细小弥散分布于晶
粒内部，均匀合金组织，起到了第二相质点弥散强化
２ ２ ２ ２ ｌ ｌ １ ∞ ∞ ∞ ∞ 加
４１５℃ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅｓ
的作用，使得在此温度下的性能得到提高。
２．２．１．２ 固溶时间的影响
度和延伸率提高最大，较未热处理提高幅度分别为
４１．６ ，７９．９ ，而继续增加保温时间，力学性能呈 ４１５℃下保温不同时间固溶处理后的力学性能
如图５所示。由图５可知，保温４ ｈ后合金的抗拉
强度和延伸率较未热处理有所提高，保温６ ｈ后合
金的力学性能反而降低，保温９ ｈ后合金的抗拉强
略微下降的趋势。总体来说，固溶处理后合金的力
学性能是提高的。
由表４可知，随着固溶时间的增加，Ｊ３相在组织
表４ ４１５℃下固溶保温４，６，９，１６ ｈ后水淬的微观组织中ｐ相的分布
Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂ ｐｈａｓｅ ｉｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｔ ４１５℃ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ
４。６。９，１６ ｈ ａｆｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
中的分布形式由晶内颗粒状，晶界短棒状一晶内小
颗粒状，晶界大颗粒状一晶内晶界点状分布逐渐变
固溶保温６ ｈ的抗拉强度和延伸率是最低的，甚至
比未热处理的力学性能都低，这是由于在固溶保温
６ ｈ的试样组织中存在较多的缺陷。 化。Ｇ相的分布位置及形态的改变将对合金力学性
能产生影响。固溶保温４ ｈ时晶内的Ｊ３相呈颗粒状
分布，晶界呈短棒状分布，晶界上硬脆的短棒状Ｊ３相
固溶处理后合金力学性能的总体提高主要是由
于固溶强化的作用。在４１５℃下固溶保温４，６，９，
将会增大对基体的割裂作用，合金力学性能较低；固
溶保温６ ｈ时，晶内的 相呈颗粒状分布，晶界的Ｊ３
相由短棒状分布向颗粒状分布转变，使得Ｂ相对基
１６ ｈ后水淬的微观组织如图６所示。对比图６和图
３可知，随着固溶时间的延长，Ｂ相（Ｍｇ Ａｌ ）在基
体中的溶入量逐渐增多。固溶保温９ ｈ和１６ ｈ后
水淬的显微组织中，只在晶内发现少量均匀弥散点
体的割裂作用有所减弱。从图５可以看出４１５℃下
第４卷 第４期 万元元等：铸锻复合成形ＡＺ９］Ｄ摩托车发动机壳体热处理工艺研究
少未溶人基体的细小均匀分布的Ｊ３相（Ｍｇ Ａ１ ）的
存在，使得合金经固溶强化和第二相质点弥散强化
后的力学性能高。
３）经Ｔ６（４１５℃×９ ｈ，６０℃水淬＋２０５℃×１６
Ｅ６］刘伟召，龙思远，徐绍勇，等．压铸镁合金摩托车轮毂收
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发展前景ＥＪ］．特种铸造及有色合金，２ＯＯｌ，２１（２）：７７—
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ｈ，空冷）处理后，双控成形ＡＺ９１Ｄ镁合金制件显微
组织得到均化，在一定程度上强化了合金，但是由于
所用试样存在缺陷，使得双控成形制件的性能没有
达到预期效果。
４）铸锻双控成形制件未热处理、Ｔ４、Ｔ６状态下
的拉伸试样断口形貌中均存在较多的韧窝，表明铸
锻双控成形制件的塑性较好。Ｔ６（４１５℃Ｘ ９ ｈ，６０
℃水淬）热处理后的拉伸试样断口形貌中韧窝最多，
塑性最好。
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重庆大江杰信锻造有限公司研制的“ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件＂
通过重庆市科委市级重点新产品鉴定
２０１２年６月２日，重庆市科委组织专家对重庆大江杰信锻造有限公司研制的“ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴
锻件”进行了重庆市市级重点新产品鉴定。
专家组听取了产品技术创新情况介绍、产品研制报告、效益分析报告，审查了财务报告、检测报告、用户意见、
专利证明、标准采用情况等相关资料，并进行了质询和讨论。专家们认为大江杰信锻造公司提供的资料完整、规
范，符合重庆市市级重点新产品鉴定的要求；公司的质保体系健全，生产、检测设备齐备，ＩＶＥＣＯ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重
卡曲轴锻件经国家法定检测部门检测，满足相关标准，用户使用也很满意，完全满足批量生产要求。
该ＩＶＥＣ０一Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件市场需求大，但其形状复杂，长度尺寸太长，截面变化大，动平衡要求
高，型腔难以充满。大江杰信锻造公司克服了这些制造瓶颈，在国内率先批量生产，能耗低，生产工艺环保，切削
性能好，且生产效率高。
大江杰信公司在充分吸纳先进技术的基础上，采用全三维建模分析方法，动态、高效、可视调整曲轴锻件的动
平衡和改善型腔充填质量，对第一工序的变形量较严格控制，增加滚压ｚ－．序，轴向合理分配材料，使材料利用率提
高到７８ 。对每个平衡板距尺寸的基准调整热收缩率值，保证了锻件的尺寸精度。
专家们一致通过了鉴定意见，建议该ＩＶＥ￣Ｏ—Ｃ９（ＱＰ一３９７）重卡曲轴锻件享受重庆市重点新产品相关优惠政
策。 （胡亚民）