關(guān)于高強(qiáng)度鋁合金的鑄造工藝和熱處理工藝的探討

李宏新 王景浩 凱斯曼秦皇島汽車(chē)零部件制造有限公司

一、鑄造大型熔模精密鑄件的工藝分析

（一）明確鑄件特點(diǎn)和材料成分

為有效說(shuō)明高強(qiáng)度鋁合金鑄造工藝，文章以鑄造某大型熔模精密鑄件生產(chǎn)實(shí)踐為例。在該生產(chǎn)工藝中，要求鑄造某呈錐形的大型熔模精密鑄件，鑄件材料為高強(qiáng)度鋁銅合金，鑄件外形尺寸為（φ200mm～380mm）×500mm，其壁厚最大值與最小值分別為35mm與3.5mm。設(shè)計(jì)將4根筋條置于該鑄件的外圓方向上，各筋條與其兩端則為受力部位。該鑄件用的高強(qiáng)度鋁銅合金材料中，銅元素含量在4.6%～5.3%，錳元素含量在0.3%～0.5%，鈦元素含量控制在0.15%～0.35%，此外有部分鎘元素、鋯元素、硼元素與釩元素等。

（二）制定鑄造方案

在對(duì)該熔模精密鑄件進(jìn)行鑄造時(shí)，選擇采用高強(qiáng)度鋁銅合金材料與硅溶膠熔模精密鑄造工藝方式。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，采用底注與側(cè)注相互結(jié)合。由周?chē)荚O(shè)的四根立柱與縫隙式澆道相互組合，考慮到在重力澆鑄過(guò)程中，直澆道底部會(huì)受到金屬液的沖擊影響，導(dǎo)致流動(dòng)性較差，因此相關(guān)工藝人員經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終決定使用蛇形直澆道。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定要求，對(duì)使用的高強(qiáng)度鋁合金材料進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其各項(xiàng)雜質(zhì)含量均與規(guī)定要求相符后，需要工作人員準(zhǔn)備精鋁錠與各種中間合金，并將回爐料用量控制在總爐料的30%范圍內(nèi)?？紤]到此次熔模精密鑄造中所選用的高強(qiáng)度鋁銅合金中含有一定量的雜質(zhì)元素鐵，因此工作人員最終選用石墨坩堝對(duì)其進(jìn)行熔煉。

二、高強(qiáng)度鋁合金的熱處理

（一）確定熱處理工藝方案

在進(jìn)行高強(qiáng)度鋁合金熱處理工藝設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)工作人員充分立足實(shí)際，并嚴(yán)格遵循國(guó)家相關(guān)規(guī)定要求，制定出科學(xué)合理的熱處理工藝方案，對(duì)各項(xiàng)相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一明確，從而為之后的高強(qiáng)度鋁合金熱處理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一般情況下，在對(duì)高強(qiáng)度鋁合金進(jìn)行熱處理時(shí)，工件的保溫時(shí)間應(yīng)當(dāng)在9～20 h，并依照實(shí)際情況合理選用冷卻方式，在工件完成固溶處理后及時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻。用濃度為6%～10%的適量UCON水溶性作為冷卻介質(zhì)，使得鑄件能夠獲得更理想的處理效果。在時(shí)效處理過(guò)程中，工作人員選用相適宜的箱式循環(huán)空氣過(guò)濾器，并對(duì)時(shí)效溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過(guò)使用專門(mén)的固定工裝從而有效控制鑄件變形，使得鑄件的熱處理效率能夠得到進(jìn)一步提升。

（二）把控?zé)崽幚砉に囈c(diǎn)

對(duì)高強(qiáng)度鋁合金鑄件進(jìn)行熱處理的主要目的，在于使得鑄件的力學(xué)性能可以得到有效強(qiáng)化，從而獲得更高的鑄件機(jī)械性能。根據(jù)上文可知，高強(qiáng)度鋁合金雖然與普通鋁合金材料相比，具有強(qiáng)度更高的優(yōu)勢(shì)特性，但其在實(shí)際鑄造過(guò)程中，因受到各種因素的影響，出現(xiàn)疏松、夾渣以及其他鑄造缺陷的可能性也相對(duì)較高，從而對(duì)高強(qiáng)度鋁合金鑄件的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。因此在該熔模精密鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，工作人員在使用熱處理工藝技術(shù)時(shí)，首先需要對(duì)固溶溫度進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，當(dāng)固溶溫度過(guò)低且保溫時(shí)間低于9h的情況下，強(qiáng)化相將難以充分溶入鋁基體元素中。其次，工作人員需要重視對(duì)淬火時(shí)的鑄件冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，零件裝爐應(yīng)保持足夠間隙，避免其相互交疊從而導(dǎo)致鑄件無(wú)法迅速均勻冷卻。此外，如果淬火水溫超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值，也會(huì)對(duì)高強(qiáng)度鋁合金鑄件冷卻速度產(chǎn)生不利影響。

在該采用高強(qiáng)度鋁合金材料生產(chǎn)的大型熔模精密鑄件中，為有效提升鑄件力學(xué)性能，設(shè)定熱處理工藝參數(shù)時(shí)，通過(guò)充分結(jié)合實(shí)際情況，在嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下，將合金的固溶溫度設(shè)定在530～540℃，固溶保溫時(shí)間控制在10～18 h，時(shí)效溫度則控制在170～180℃，時(shí)效保溫時(shí)間最短不應(yīng)少于4 h.最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)6 h。對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理的高強(qiáng)度鋁合金鑄件，要求對(duì)其進(jìn)行分裝，避免將高度與厚度值均相對(duì)較大的鑄件進(jìn)行相互疊放和疊裝，淬火水溫控制在43～45℃。對(duì)于出爐的高強(qiáng)度鋁合金熔模精密鑄件，其轉(zhuǎn)移至淬火槽的時(shí)間不超過(guò)20 s，通過(guò)對(duì)這一轉(zhuǎn)移時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，能夠有效達(dá)到保證鑄件整體力學(xué)性能的目的。在對(duì)該高強(qiáng)度鋁合金鑄件進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，如果環(huán)境溫度不足10℃，則在轉(zhuǎn)移出爐鑄件至淬火槽時(shí)，其時(shí)長(zhǎng)需嚴(yán)格控制在15 s以內(nèi)。在條件允許的情況下，工作人員通過(guò)在鑄件車(chē)間中安裝設(shè)置智能溫度調(diào)控裝置，確保環(huán)境溫度始終穩(wěn)定在10℃以上，避免鑄件溫度驟降較多而影響固溶效果，最終導(dǎo)致鑄件無(wú)法獲得良好的力學(xué)性能。根據(jù)大量的實(shí)際相關(guān)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，高強(qiáng)度鋁合金大熔模精密鑄件通過(guò)使用上述工藝參數(shù)進(jìn)行熱處理后，鑄件抗拉強(qiáng)度達(dá)到470 MPa以上，平均斷后伸長(zhǎng)率為3%，最高可達(dá)到4.5%，由此可見(jiàn)熱處理工藝的合理使用確實(shí)能夠有效提升高強(qiáng)度鋁合金鑄件的力學(xué)性能。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在制備高強(qiáng)度鋁合金鑄件時(shí)，相關(guān)工作人員充分立足實(shí)際，始終認(rèn)真遵循相關(guān)規(guī)定要求與技術(shù)規(guī)程，合理選用與之相適宜的鑄造工藝與熱處理工藝方案。并對(duì)其中的各項(xiàng)關(guān)鍵要點(diǎn)，包括合金熔化溫度、精煉溫度及其他各項(xiàng)熱處理工藝參數(shù)等進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過(guò)工作人員嚴(yán)格控制鑄件鑄造過(guò)程與熱處理過(guò)程的各項(xiàng)工藝參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題并進(jìn)行相應(yīng)處理，通過(guò)合理的鑄造工藝、熱處理工藝，從而全面提升高強(qiáng)度鋁合金鑄件的力學(xué)性能與整體冶金質(zhì)量水平。