提升ZL111合金抗拉強(qiáng)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(qiáng)度、延伸率及硬度等影響，其中，抗拉強(qiáng)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(qiáng)度在材料的理化性能中有非常關(guān)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(qiáng)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(jìn)行表面陽極氧化[2~3]。合金鑄件經(jīng)過熱處理后可獲得較高的力學(xué)性能，即控制加熱速度升到某一相應(yīng)的溫度下保溫一定時(shí)間，以一定的冷卻速度，改變合金的組織，提高鑄件的力學(xué)性能，在保持材料成分合格的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)熱處理工藝參數(shù)，則可將鑄件的力學(xué)性能進(jìn)一步提高[4~5]。本文從材料化學(xué)成分及熱處理數(shù)兩個(gè)環(huán)節(jié)來研究提升ZL111合金抗拉強(qiáng)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(jī)通氮?dú)饩珶掍X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(xué)成分及抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并對比國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1173-1995）中ZL111的相關(guān)要求，結(jié)果如下表1所示。

表1 ZL111化學(xué)成分及抗拉強(qiáng)度測結(jié)果

從檢測結(jié)果可看出當(dāng)前的鑄造工藝方法的相關(guān)檢測結(jié)果與國標(biāo)要求還有較大的差距，需進(jìn)行相應(yīng)的工藝改進(jìn)。

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 采用石墨坩堝替換鐵坩堝來熔化鋁液試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方案

通過對熔化爐爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，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(yàn)過程中對石墨坩堝熔化的鋁液澆注試樣的化學(xué)成分進(jìn)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(jié)果。

（2）試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)的結(jié)果如表2所示。

表2 石墨坩堝與鐵坩堝鋁水化學(xué)成分檢測結(jié)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(qiáng)度試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)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(qiáng)度值，試驗(yàn)方案如表3所示。

表3 熱處理工藝試驗(yàn)方案

（2）試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)的結(jié)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(qiáng)度檢測結(jié)果

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）石墨坩堝與鐵坩堝熔化鋁液的試樣化學(xué)成分對比結(jié)果分析

從該試驗(yàn)的檢測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，石墨坩堝熔化鋁液的試樣的化學(xué)成分檢測結(jié)果都在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1173-1995的工藝要求范圍之內(nèi)；鐵坩堝熔化鋁液的試樣的化學(xué)成分檢測結(jié)果則都不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度值對比分析

通過對比分析，得出的結(jié)果如表5所示。

從四種熱處理方案的檢測結(jié)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(qiáng)度都不能100%滿足國家標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度能能100%滿足國家標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度值都優(yōu)于其它方案中相應(yīng)的樣件抗拉強(qiáng)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(qiáng)度分布區(qū)間對比

3 結(jié)束語

綜上以上分析，我們得出以下結(jié)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(xué)成分合格。

（2）鐵元素對ZL11合金的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度都不能全部滿足國標(biāo)要求;石墨坩堝熔化的鋁液澆注的樣件則能使抗拉強(qiáng)度100%滿足國標(biāo)要求。

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

[1]李 傳.鑄造工程師手冊[M].北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)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(chǎn)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(jī)械工業(yè)出版社，2009.