淺析高強度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：針對某型號ZL114A合金艙體鑄件鑄造工藝進行分析研究，根據(jù)ZL114A合金的組織特性，通過調(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度的指標要求，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；高強度；鑄造工藝；成本控制

1 引言

ZL114A合金為可熱處理強化的A1-Si-Mg系鑄造合金，該合金具有較好的充型流動性與力學(xué)性能，較高的流動性、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。本文以某型號產(chǎn)品尾艙鑄件為對象，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、ZL114A合金配制及熔體處理、熱處理制度調(diào)整、成本控制等方面進行研究，取得了較好的效果，鑄件質(zhì)量、性能與原方案相當，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

2.2冶金質(zhì)量和鑄件力學(xué)性能控制難度大

艙體鑄造過程中，合金液經(jīng)過澆道充型進入型腔，由于艙體內(nèi)部存在各種異型結(jié)構(gòu)，金屬液流動極易出現(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，金屬液補縮通道不協(xié)調(diào)，鑄件容易出現(xiàn)疏松，縮孔等質(zhì)量問題。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)過程中，合金液質(zhì)量的控制顯得更加重要，也是最大的難點。

3 鑄件研制過程及方法

3.1 ZL114A合金的配制和處理

結(jié)合合金的各種調(diào)整，對整個熔煉工藝步驟設(shè)定如下：

（1）坩堝預(yù)熱至500℃～600℃，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650℃～660℃，加入鋁銅中間合金、鋁錳中間合金，待完全熔化后攪拌2min～3min。

（3）調(diào)節(jié)溫度至730℃～735℃，采用氬氣精煉20min，撇渣。

（4）調(diào)節(jié)溫度至730℃～735℃，加入鋁鍶變質(zhì)劑。

（5）采用氬氣精煉繼續(xù)精煉8min～10min。

（6）撇渣后靜置3min～5min后澆注。

氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉后短時靜置，可使合金液中的氣、渣浮到液面，達到凈化合金液的目的，但長時間靜置會使氫透過氧化膜向熔體內(nèi)擴散，增大了合金液的氣體含量。

3.2 鑄造工藝設(shè)計

3.2.1澆注系統(tǒng)的選擇

為保證艙體鑄造過程中，金屬液平穩(wěn)充型，在澆注系統(tǒng)的選擇時，一般采用縫隙澆道，澆注系統(tǒng)橫截面示意圖，見圖2所示。縫隙澆注系統(tǒng)液流充型過程平穩(wěn)，不會產(chǎn)生新的氧化夾渣，有利于熔渣上浮。

通常縫隙式澆注系統(tǒng)的參數(shù)按以下經(jīng)驗公式計算：

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)展起來的，鑄型外罩一個密封罩，同時向坩堝內(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，即充型過程為低壓鑄造過程，而鑄件凝固是在壓力下結(jié)晶的過程。[6]

3.2.3 熱處理制度

3.2.3.1 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時效處理

時效155±5℃ 保溫6h，空冷。

4 研制結(jié)果

4.1 內(nèi)部質(zhì)量

艙體鑄件進行X光探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯疏松缺陷，無裂紋、縮孔等質(zhì)量問題，滿足相關(guān)技術(shù)要求。

4.2 力學(xué)性能指標

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%回爐料配料方案進行生產(chǎn)，可將生產(chǎn)成本降低。

參考文獻：

[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.2014年5月（上）：74

[2]黃曉峰.Mg及Mn元素對Al-Si 合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[J].中國有色金屬學(xué)報.2012年8月：2202

[3]高青. 鑄造Al-Si系合金中的合金元素的作用[J].材料導(dǎo)報.2014年5月（上）：76