控制合金成分提高鑄件強度的工藝實踐

張丹，丁林

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林132021）

0 引言

引信技術(shù)的研究與發(fā)展在一些技術(shù)先進國家倍受重視,并盡可能地將最新科學(xué)技術(shù)成果應(yīng)用在引信的研究設(shè)計上。性能優(yōu)良的導(dǎo)彈引信,不僅能夠保證戰(zhàn)斗部分及全彈的安全性,而且可以使戰(zhàn)斗部充分發(fā)揮威力，擊中目標(biāo)。伴隨新軍事變革的逐漸深入和高新技術(shù)的飛速發(fā)展,導(dǎo)彈將面臨廣空域、全高度、多種類、高性能的要求,這些特點為未來導(dǎo)彈引信技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求。而連接套作為引信的核心部件，在材質(zhì)和工藝方面日益的更新，同時為了提高競爭力,薄壁這個指標(biāo)也在不斷推高,它是一個非常柔性的指標(biāo)。

1 連接套的結(jié)構(gòu)

連接套的主要結(jié)構(gòu)特點是：型芯多、分型工藝性復(fù)雜，尺寸精度高，如圖1所示。其形狀特點是圓筒形零件，零件中部有12個方孔，需要12個側(cè)抽芯。下部最大壁厚6.25 mm。在零件頂部，內(nèi)孔尺寸φ93、深度尺寸28這段為薄壁結(jié)構(gòu)，其中壁厚為3 mm有11處，壁厚僅1 mm共有10處,且約12 mm寬，28 mm長。這樣的壓鑄件在頂出時極易頂碎，可以說模具頂出極困難。

圖1 連接套及澆道、澆口三維圖形

2 連接套成分探討

由于連接套零件壁厚差距較大，尤其是最薄處僅1mm，所以在材料選取及成分的控制上進行了大量的實驗。首先選用塑料模注射成型的碳纖維零件，雖然很容易得到零件，但是由于材料耐高溫的問題，以及在高空墜落試驗中零件有裂痕的問題，可以認定此材料不適合做連接套零件。鋁的密度小，塑性高，具有優(yōu)良的電性能和熱性能，表面有致密的氧化膜保護，耐腐蝕性能好。由于鋁合金的導(dǎo)熱性好、比強度大、耐腐蝕性好、綜合性能優(yōu)良，以及鋁合金材料成形技術(shù)特別是壓鑄技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用，使得鋁合金獲得了廣泛應(yīng)用。鋁合金的分類很多，若按所含元素劃分，主要為Al-Si合金、Al-Mg合金、Al-Zn合金、Al-Cu合金4個系列。由于Al-Si共晶體有較好的塑性，能兼顧鑄造性能和力學(xué)性能兩方面的要求，所以Al-Si合金是目前應(yīng)用最為廣泛的壓鑄鋁合金。在美國的高強度Al-Si-Cu合金中銅的質(zhì)量分數(shù)為2%~4%，鋅的質(zhì)量分數(shù)不超過3%，硅的質(zhì)量分數(shù)為7.5%~12.0%，具有較高的力學(xué)性能、良好的壓鑄工藝性能和機械加工性能［2］。近年來，我國研究的Al-Si-Cu系列鋁合金主要有YL117（YZAlSi17Cu5Mg）和 YL113（YZAlSi11Cu3）。YL117合金化學(xué)成分見表1。

表1 YL117合金化學(xué)成分質(zhì)量分數(shù)%

Al-Si合金具有優(yōu)良的鑄造性能，經(jīng)過變質(zhì)和熱處理之后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的機加性能。鋁合金的鑄造性能和各種力學(xué)性能等在很大程度上都受鋁合金中合金元素的影響［4］。Si的結(jié)晶潛熱為1808 J/g，初晶時可放出大量潛熱，可改善合金的流動性、降低熱裂傾向、減少疏松和提高氣密性。連接套零件中，Si含量取18%，這是因為此時合金的流動性最好，而且隨著Si質(zhì)量分數(shù)的增加，零件的熱膨脹系數(shù)降低，硬度和體積穩(wěn)定性相應(yīng)提高。Cu的主要作用是增強鋁合金的機械強度及抗腐蝕性。鋁銅合金是面心立方的晶體結(jié)構(gòu)［5］，故而這類合金的塑性比較好。其他元素都可以看作為合金的雜質(zhì)。Mg主要用于增加抗拉強度、硬度、耐腐蝕性等，但隨著Mg含量的增加會增大熱裂性及降低壓鑄性能。Fe含量過低，在壓力鑄造時，會發(fā)生粘模現(xiàn)象。為了易于出模，合金中最好含有1%以下的鐵。若零件難于脫模，F(xiàn)e含量最高可達1.3%。Pb可以和Mg起化學(xué)作用，減弱Mg的強化作用。微量的Ti、Mn和Ni為有害雜質(zhì)。

3 提高鋁合金性能的工藝實踐

若要保持鋁合金固有的優(yōu)點，又要使其機械性能大幅提高,各個環(huán)節(jié)都要嚴格控制。首先要保證材料的純度，把好質(zhì)量關(guān)。材料采購之后要進行材料成分的分析，存放時，要注意防潮和氧化。這是因為低于250℃時，鋁錠和空氣中的水汽接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

Al（OH）3分布在鋁錠的表面，對鋁錠沒有保護作用，稱“鋁銹”。溫度大于400℃時，鋁銹又分解為

此時，Al2O3組織疏松，很容易吸附氫和水汽，熔煉混入鋁液中，增加了鋁液中的氣體含量和氧化夾雜含量［5］。熔煉材料時，保證坩堝表面沒有雜質(zhì)，而且要預(yù)熱至200℃，確保表面沒有水分存在。填料時，溫度要到達600℃左右，且放回爐料不超過15%。其次，鑄造工藝的選擇。壓鑄工藝具有生產(chǎn)效率高、表面質(zhì)量好、尺寸精度高和力學(xué)性能優(yōu)異等特點，成為鋁合金制造工藝的首選。薄壁鋁合金鑄件在壓鑄充型流動過程中，鋁合金熔體迅速壓入型腔，然后在壓力下充型凝固，其組織經(jīng)歷一系列變化，這種變化反過來又要牽制充型流動過程、成形工藝參數(shù)對成形后零件組織力學(xué)性能的影響［6］。壓鑄工藝大約經(jīng)過熔化→澆壓→射進型腔→保壓→開模→頂出→取去→去毛刺→拋丸等。熔融時，YL117 主要相組成為初生 α（Al）、α+Si、初晶Al2Cu和MgSi等。在鑄造的過程中，擬定采取壓力為180 MPa，充型初始速度為60 m/s，充型時間僅為0.1 s，這樣可獲得薄壁零件，而且力學(xué)性能好，強度大。

4 結(jié)論

1）YL117這類材料具有特別好的流動性、中等的氣密性、良好的抗熱裂性和高的耐磨性，特別適合做成薄壁零件，滿足連接套零件的要求。2）采用壓鑄工藝得到的連接套零件，常溫時，具有較高的強度、耐腐蝕性等其他的力學(xué)性能。

［1］ 施榮.國外導(dǎo)彈引信技術(shù)的最新發(fā)展［J］.國防科技，2007（11）：6-10.

［2］ 向東.陳晉.鋁合金壓鑄件的氣孔缺陷及壓鑄技術(shù)新發(fā)展［J］.輕金屬，2012（11）：59-62.

［3］ 吳春苗.壓鑄技術(shù)手冊［M］.2版.廣州：廣東科技出版社，2007.

［4］ 梁濤.壓鑄鋁合金中合金元素的作用及應(yīng)用［J］.硅谷，2012（2）：150，170.

［5］《鑄造有色合金及其熔煉》聯(lián)合編寫組.鑄造有色合金及其熔煉［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1980.

［6］ 朱必武，李落星.薄壁鋁合金壓鑄充型過程中的流動特征及其凝固組織［J］.中國有色金屬學(xué)報，2004（1）：43-52.