淺析高強度ZL114A合金艙體鑄件鑄造工藝優化及制造成本控制

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ZL114A合金的組織特性，通過調整合金熔體中Mn元素、Cu元素的加入量，配合適宜的熔體變質細化處理，制定相應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，從而大幅降低生產制造成本。

關鍵詞：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，是一種應用廣泛的鑄造鋁合金。本文以某型號產品尾艙鑄件為對象，結合該產品技術要求，在原有的工藝基礎上從鑄造工藝設計、ZL114A合金配制及熔體處理、熱處理制度調整、成本控制等方面進行研究，取得了較好的效果，鑄件質量、性能與原方案相當，但大幅降低了生產成本，該成果可廣泛推廣至其他ZL114A合金產品的生產中。

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冶金質量和鑄件力學性能控制難度大

艙體鑄造過程中，合金液經過澆道充型進入型腔，由于艙體內部存在各種異型結構，金屬液流動極易出現紊流，導致鑄造組織產生氣泡等缺陷。在厚薄交界處，由于壁厚不均，金屬液補縮通道不協調，鑄件容易出現疏松，縮孔等質量問題。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，導致生產成本增加。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，相應的一些雜質也增加了，要使用純凈度更低的合金材料生產出內部質量和力學性能滿足要求的產品，因此，在產品生產過程中，合金液質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

結合合金的各種調整，對整個熔煉工藝步驟設定如下：

（1）坩堝預熱至500℃～600℃，加入回爐料，待完全熔化后撈底攪拌2 min，撇渣。

（2）調節溫度至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）調節溫度至730℃～735℃，采用氬氣精煉20min，撇渣。

（4）調節溫度至730℃～735℃，加入鋁鍶變質劑。

（5）采用氬氣精煉繼續精煉8min～10min。

（6）撇渣后靜置3min～5min后澆注。

氬氣旋轉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擴散，增大了合金液的氣體含量。

3.2 鑄造工藝設計

3.2.1澆注系統的選擇

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

通常縫隙式澆注系統的參數按以下經驗公式計算：

3.2.2澆注方式的選擇

尾艙鑄件內部質量要求高，力學性能要求滿足相關要求，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上發展起來的，鑄型外罩一個密封罩，同時向坩堝內通入壓縮空氣，但坩堝內的壓力略高，使坩堝內的金屬液在壓力差的作用下經升液管充填鑄型，并在壓力下結晶，它是低壓鑄造和壓力下結晶兩種工藝的結合，即充型過程為低壓鑄造過程，而鑄件凝固是在壓力下結晶的過程。[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 研制結果

4.1 內部質量

艙體鑄件進行X光探傷檢測，未發現明顯疏松缺陷，無裂紋、縮孔等質量問題，滿足相關技術要求。

4.2 力學性能指標

4.2.1 試棒力學性能

5 結論

（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，可以獲得質量合格的產品。

（3）類似的鑄件均可采用100%回爐料配料方案進行生產，可將生產成本降低。

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性能的影響[J].中國有色金屬學報.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].材料導報.2014年5月（上）：76