連接套鑄件的成分控制和鑄造工藝研究

文/張丹，吉林電子信息職業技術學院裝備制造技術學院

鋁合金連接套作為引信的核心部件，在材質和工藝方面日益的更新，薄壁這個指標也不斷推高。由于鋁合金連接套鑄件的外形較為復雜，鑄件在頂出時極易頂碎。如何通過控制用材的成分變化和通過改變鑄造工藝來實現連接套綜合性能的提高，成為新一代高性能連接套的技術瓶頸。

1 試驗選材與測試方法

1.1 試驗選材

Al-Zn合金能較好地兼顧力學性能和鑄造性能兩方面的要求，由于Zn在Al中的溶解度大，自然時效傾向大，不需要熱處理就能得到較高的強度，所以該類合金較適合用于連接套等零部件中。

1.2 試驗方法

原料主要包括高純鋁（99.99%）、高純鎂（99.99%）、Al-Cu中間合金和Al-Si中間合金，采用金屬型鑄造工藝，澆注器件經表面噴涂處理，并采用Al-Sr合金進行變質處理，在預熱好的模具中進行鑄造成型，制備了不同成分的連接套鑄件。

1.3 測試方法

在QX-W550微機控制電子萬能試驗機上進行抗拉強度的測試，拉伸速率為1.5mm/min，以3組試樣的平均值作為測試結果；布氏硬度測試在MC010-HBS-3000數顯布氏硬度計上進行；顯微組織測試在Inspect S50 掃描電子顯微鏡上進行觀察。

2 連接套的成分控制

在Al-Zn合金的基材上，添加Cu和Si元素，以抗拉強度和布氏硬度作為考核指標來優化成分，選取Mg元素含量為0.8%。

圖1 Cu含量對連接套鑄件的力學性能的影響

2.1 Cu含量

隨Cu元素含量增加，鑄件的抗拉強度降低，當含量從1.0%降低至4.0%時，抗拉強度從180MPa降低至125MPa，布氏硬度從80.5HB上升至93HB。Cu的添加在一定程度上可提高合金的硬度，但含量過高，成型性能較差，整個連接套鑄件的抗拉強度會降低。綜合因素，鑄件中Cu元素的選2.5%左右。

圖2 Zn含量對連接套鑄件的力學性能的影響

2.2 Zn含量

隨Zn元素含量的增加，鑄件的抗拉強度和布氏硬度均呈先增而后降低的趨勢，在Zn含量為4.5%時取得最大值。鑄件的鑄造成型性能較好。Zn含量選4.5%。

圖3 Si含量對連接套鑄件的力學性能的影響

隨Si元素含量的增加，鑄件的抗拉強度和布氏硬度先降低而后升高，在Si含量為5%時抗拉強度取得最小值；在Si含量為3%時布氏硬度取得最小值。Si含量選1%～3%。

基本確定連接套鑄件主要元素的成分（質量分數，%）為：4.5 Zn、2.5Cu、0.8Mg和1Si，余量為Al。

3 連接套的鑄造工藝

選取Al-4.5Zn-2.5Cu-1Si-0.8Mg合金為設計原型，通過鋯英砂、石墨砂型和鐵丸砂型三種不同的鑄造工藝考察在鑄造過程中不同凝固條件作用下連接套中的顯微組織變化。

圖6 不同鑄造工藝下的連接套鑄件的金相組織

鋯英砂型鑄件，晶粒尺寸較為粗大，組織中可見明顯的枝晶組織且間距較大；石墨砂型鑄件，在組織中可見晶界偏聚和枝晶組織，晶粒尺寸相對鋯英砂型鑄造鑄件有所減小；鐵丸砂型鑄件，組織上晶粒尺寸進一步降低，枝晶間距也進一步減小。鐵丸砂型鑄件一定程度上能夠滿足高強度與高塑性的使用要求。

4 結論

4.1 以抗拉強度和布氏硬度為考核指標，確定適宜的連接套鑄件主要元素的成分（質量分數，%）為：4.5 Zn、2.5Cu、0.8Mg和1Si，余量為Al。

4.2 鐵丸砂型鑄造得到的連接套鑄件中的晶粒組織最為細小，枝晶間距最小，能夠滿足高強度與高塑性的使用要求。