淺析高強(qiáng)度ZL114A合金艙體鑄件鑄造工藝優(yōu)化及制造成本控制

1、    淺析高強(qiáng)度zl114a合金艙體鑄件鑄造工藝優(yōu)化及制造成本控制    王昌明摘 要：針對(duì)某型號(hào)zl114a合金艙體鑄件鑄造工藝進(jìn)行分析研究，根據(jù)zl114a合金的組織特性，通過(guò)調(diào)整合金熔體中mn元素、cu元素的加入量，配合適宜的熔體變質(zhì)細(xì)化處理，制定相應(yīng)的熱處理制度使回爐料的添加比例提升至100%，既能滿足該艙體鑄件高強(qiáng)度的指標(biāo)要求，還能降低新原料的添加量，從而大幅降低生產(chǎn)制造成本。關(guān)鍵詞：zl114a；高強(qiáng)度；鑄造工藝；成本控制1 引言zl114a合金為可熱處理強(qiáng)化的a1-si-mg系鑄造合金，該合金具有較好的充型流動(dòng)性與力學(xué)性能，較高的流動(dòng)性、

2、氣密性和低的熱裂傾向，還具有良好的耐腐蝕性能和焊接性能，是一種應(yīng)用廣泛的鑄造鋁合金。本文以某型號(hào)產(chǎn)品尾艙鑄件為對(duì)象，結(jié)合該產(chǎn)品技術(shù)要求，在原有的工藝基礎(chǔ)上從鑄造工藝設(shè)計(jì)、zl114a合金配制及熔體處理、熱處理制度調(diào)整、成本控制等方面進(jìn)行研究，取得了較好的效果，鑄件質(zhì)量、性能與原方案相當(dāng)，但大幅降低了生產(chǎn)成本，該成果可廣泛推廣至其他zl114a合金產(chǎn)品的生產(chǎn)中。2 鑄件研制難點(diǎn)分析2.1鑄件變形控制難度大尾艙外形為曲線方程：r=257-107x（x-5624）2/ 8002（5819<x< p>2.2冶金質(zhì)量和鑄件力學(xué)性能控制難度大艙體鑄造過(guò)程中，合金液經(jīng)過(guò)澆道充型進(jìn)入型腔，由

3、于艙體內(nèi)部存在各種異型結(jié)構(gòu)，金屬液流動(dòng)極易出現(xiàn)紊流，導(dǎo)致鑄造組織產(chǎn)生氣泡等缺陷。在厚薄交界處，由于壁厚不均，金屬液補(bǔ)縮通道不協(xié)調(diào)，鑄件容易出現(xiàn)疏松，縮孔等質(zhì)量問(wèn)題。原有的合金配料采用70%純新料加30%回爐料，鑄造完成后，會(huì)形成較多回爐料，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。為此，此次工藝試制的目的是降低新料的添加，增加回爐料的使用，由于回爐料的增加，相應(yīng)的一些雜質(zhì)也增加了，要使用純凈度更低的合金材料生產(chǎn)出內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能滿足要求的產(chǎn)品，因此，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，合金液質(zhì)量的控制顯得更加重要，也是最大的難點(diǎn)。3 鑄件研制過(guò)程及方法3.1 zl114a合金的配制和處理結(jié)合合金的各種調(diào)整，對(duì)整個(gè)熔煉工藝步驟設(shè)定如下

4、：（1）坩堝預(yù)熱至500600，加入回爐料，待完全熔化后撈底攪拌2 min，撇渣。（2）調(diào)節(jié)溫度至650660，加入鋁銅中間合金、鋁錳中間合金，待完全熔化后攪拌2min3min。（3）調(diào)節(jié)溫度至730735，采用氬氣精煉20min，撇渣。（4）調(diào)節(jié)溫度至730735，加入鋁鍶變質(zhì)劑。（5）采用氬氣精煉繼續(xù)精煉8min10min。（6）撇渣后靜置3min5min后澆注。氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉后短時(shí)靜置，可使合金液中的氣、渣浮到液面，達(dá)到凈化合金液的目的，但長(zhǎng)時(shí)間靜置會(huì)使氫透過(guò)氧化膜向熔體內(nèi)擴(kuò)散，增大了合金液的氣體含量。3.2 鑄造工藝設(shè)計(jì)3.2.1澆注系統(tǒng)的選擇為保證艙體鑄造過(guò)程中，金屬液平穩(wěn)充型，在

5、澆注系統(tǒng)的選擇時(shí)，一般采用縫隙澆道，澆注系統(tǒng)橫截面示意圖，見(jiàn)圖2所示?？p隙澆注系統(tǒng)液流充型過(guò)程平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生新的氧化夾渣，有利于熔渣上浮。通?？p隙式澆注系統(tǒng)的參數(shù)按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：3.2.2澆注方式的選擇尾艙鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求高，力學(xué)性能要求滿足相關(guān)要求，因此，在澆注方式選擇上，本項(xiàng)目中采用差壓鑄造，差壓鑄造是在低壓鑄造法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，鑄型外罩一個(gè)密封罩，同時(shí)向坩堝內(nèi)通入壓縮空氣，但坩堝內(nèi)的壓力略高，使坩堝內(nèi)的金屬液在壓力差的作用下經(jīng)升液管充填鑄型，并在壓力下結(jié)晶，它是低壓鑄造和壓力下結(jié)晶兩種工藝的結(jié)合，即充型過(guò)程為低壓鑄造過(guò)程，而鑄件凝固是在壓力下結(jié)晶的過(guò)程。63.2.3 熱處理制度3.

6、2.3.1 固溶處理隨爐升溫至520±5，保溫2h，升溫至540±5，保溫8h，淬火水溫70-80。3.2.3.2時(shí)效處理時(shí)效155±5 保溫6h，空冷。4 研制結(jié)果4.1 內(nèi)部質(zhì)量艙體鑄件進(jìn)行x光探傷檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)明顯疏松缺陷，無(wú)裂紋、縮孔等質(zhì)量問(wèn)題，滿足相關(guān)技術(shù)要求。4.2 力學(xué)性能指標(biāo)4.2.1 試棒力學(xué)性能5 結(jié)論（1）回爐料添加比例由30%提升至100%，使制造成本降低30%以上。（2）在配料中添加cu、mn，通過(guò)適宜的精煉制度和熱處理制度，可以獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品。（3）類似的鑄件均可采用100%回爐料配料方案進(jìn)行生產(chǎn)，可將生產(chǎn)成本降低。參考文獻(xiàn)：1高青. 鑄造al-si系合金中的合金元素的作用j.材料導(dǎo)報(bào).2014年5月（上）：742黃曉峰.mg及mn元素對(duì)al-si 合金