提升ZL111合金抗拉強度的工藝研究

陸大興，甘芳艷

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

鋁合金材料的理化性能主要受抗拉強度、延伸率及硬度等影響，其中，抗拉強度的高低直接決定了材料所能承受的力的大小，因此，抗拉強度在材料的理化性能中有非常關鍵的作用[1]。鋁合金中的Fe元素為有害元素，F(xiàn)e在Al-Si合金中以βSi（Al9Fe2Si）形式出現(xiàn)，即硬又脆，呈粗大片狀，冷速越小，組織越粗大，削弱鋁基體，使合金變脆，抗拉強度降低，破壞鋁鑄件表面氧化膜的連續(xù)性，降低合金的耐蝕性，不能進行表面陽極氧化[2~3]。合金鑄件經過熱處理后可獲得較高的力學性能，即控制加熱速度升到某一相應的溫度下保溫一定時間，以一定的冷卻速度，改變合金的組織，提高鑄件的力學性能，在保持材料成分合格的基礎上，通過改進熱處理工藝參數(shù)，則可將鑄件的力學性能進一步提高[4~5]。本文從材料化學成分及熱處理數(shù)兩個環(huán)節(jié)來研究提升ZL111合金抗拉強度的工藝方法。

1 研究背景

在ZL111合金金屬型鑄造工藝過程中，熔化環(huán)節(jié)采用電阻爐配套鐵坩堝熔化鋁水，熔化之前用鐵坩堝刷涂料，使用除氣機通氮氣精煉鋁水，精煉溫度為700±10℃，澆注溫度為690±10℃，T6熱處理。對樣件的化學成分及抗拉強度進行檢測，并對比國家標準（GB/T 1173-1995）中ZL111的相關要求，結果如下表1所示。

表1 ZL111化學成分及抗拉強度測結果

從檢測結果可看出當前的鑄造工藝方法的相關檢測結果與國標要求還有較大的差距，需進行相應的工藝改進。

2 試驗及結果分析

2.1 采用石墨坩堝替換鐵坩堝來熔化鋁液試驗

（1）試驗方案

通過對熔化爐爐膛結構設計的改進，使用石墨坩堝來代替鐵坩堝熔化鋁液,熔化過程的其余工藝條件均不變，試驗過程中對石墨坩堝熔化的鋁液澆注試樣的化學成分進行檢測，并對比同等工藝條件下的鐵坩堝熔化鋁液澆注試樣的檢測結果。

（2）試驗結果

試驗的結果如表2所示。

表2 石墨坩堝與鐵坩堝鋁水化學成分檢測結果對比

2.2 對比石墨坩堝與鐵坩堝熔化鋁液澆注的樣件的抗拉強度試驗

（1）試驗方案

將相同工藝條件下的石墨坩堝與鐵坩堝熔化鋁液澆注的樣件分別在不同的熱處理工藝條件下熱處理，并對比各自在不同熱處理工藝條件下的抗拉強度值，試驗方案如表3所示。

表3 熱處理工藝試驗方案

（2）試驗結果

試驗的結果如表4所示。

表4 不同熱處理工藝條件下的石墨坩堝與鐵坩堝的抗拉強度檢測結果

2.3 試驗結果分析

（1）石墨坩堝與鐵坩堝熔化鋁液的試樣化學成分對比結果分析

從該試驗的檢測結果可發(fā)現(xiàn)，石墨坩堝熔化鋁液的試樣的化學成分檢測結果都在國家標準GB/T 1173-1995的工藝要求范圍之內；鐵坩堝熔化鋁液的試樣的化學成分檢測結果則都不能滿足國家標準GB/T 1173-1995的工藝要求。

（2）石墨坩堝與鐵坩堝熔化鋁液澆注的樣件的抗拉強度值對比分析

通過對比分析，得出的結果如表5所示。

從四種熱處理方案的檢測結果來看，鐵坩堝熔化的鋁液澆注的樣件不論以什么樣的熱處理工藝，其抗拉強度都不能100%滿足國家標準GB/T 1173-1995的工藝要求（σb≥310 MPa為合格）；石墨坩堝熔化的鋁液澆注的樣件通過方案二和方案三的熱處理工藝，其抗拉強度能能100%滿足國家標準GB/T 1173-1995的工藝要求；方案三中鐵坩堝和石墨坩堝熔化鋁液的澆注樣件抗拉強度值都優(yōu)于其它方案中相應的樣件抗拉強度值。

表5 不同熱處理工藝條件下的石墨坩堝與鐵坩堝的抗拉強度分布區(qū)間對比

3 結束語

綜上以上分析，我們得出以下結論：

（1）鐵坩堝熔化的鋁液易發(fā)生曾鐵現(xiàn)象,石墨坩堝熔化的鋁液能保證其化學成分合格。

（2）鐵元素對ZL11合金的抗拉強度有很大的影響。

（3）鐵坩堝熔化的鋁液澆注的樣件不論以何種熱處理工藝,抗拉強度都不能全部滿足國標要求;石墨坩堝熔化的鋁液澆注的樣件則能使抗拉強度100%滿足國標要求。

（4）在熱處理過程中，分級固熔處理的樣件抗拉強度優(yōu)于未分級處理的樣件抗拉強度。

[1]李 傳.鑄造工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2]陸文華，李隆盛，黃良余.鑄造合金及其熔煉[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]王文清，李魁盛.鑄造工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]侯占山，王振良，丁合亭.有色金屬鑄件生產指南[M].沈陽：沈陽市鑄造協(xié)會，2008.

[5]周敬恩.熱處理手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.