高強韌鑄造鋁合金材料研究

葛立晴　袁彬　程思雨

摘 要：在研發汽車、飛機的過程中，高強韌鋁合金能夠顯著地提升產品性能，這也使得我國近年來對高強韌鑄造鋁合金的研究逐漸重視。提升高強韌鑄造鋁合金材料的質量能夠推進我國科技的發展，進而推進我國經濟的發展，本文主要對高強韌鑄造鋁合金材料進行研究。

關鍵詞：高強韌;鑄造;鋁合金

引言：

目前我國對于鑄造鋁合金的研究已經取得取得了一定的成果，但是由于鋁合金的硬度較差，使得鑄造鋁合金與很多運用機會失之交臂。鑄造鋁合金相對于變形鋁合金來說生產價格低，可生產的組件更為復雜，因此變形鋁合金具有較高的研究價值。

1、高強韌鑄造鋁合金材料概述

目前世界上對于高強韌鑄造鋁合金材料的研究均有著一定的成果，其中具有代表性的分別是法國的A-U5GT，美國的KO-1，中國的ZL205A。A-U5GT是高強韌鑄造鋁合金的典型代表，在目前的應用中也最為廣泛，這種材料的力學性能優良，已被列入法國國家標準和宇航標準。美國在A-U5GT的基礎上進行改造，得到了KO-1，其力學性能及抗腐蝕性優良，但由于其成本較高，故而適用范圍并不廣泛。我國在上個世紀60年代至70年代研發了ZL205A，其強度是目前所有鑄造鋁合金材料中最高的，且韌性優良。以上三種鋁合金材料的強度、韌性優良，但可塑性較差，在實踐應用中給生產帶來了問題。

2、提升鋁合金的成形技術水平

我國在對高強韌鑄造鋁合金研究的過程中，已經有大量學者分析了各方面的因素并對此開展了大量的實驗，但目前對于合金成形的研究較少，而合金成形對于鋁合金鑄造的結果有著較大的影響，因此提升鋁合金的成形技術水平具有較大的研究價值。目前我國較為普遍的高強度鑄造鋁合金基本上都是AL-CU系合金，這一系列合金都是固溶體型合金，而固溶體型合金的顯著特征就是結晶間隔寬、可塑性差，在使用這種合金生產車輛飛機時，可能會產生裂縫、疏松，且補縮困難。ZL205A合金由7種合金元素構成，在實際生產應用中可塑性差，這也意味著在使用這一系列合金進行生產時，對技術人員的專業能力提出了更高水平的要求，同時由于其主要適用于帶冷鐵的砂型鑄造，這也給這一系列鋁合金的使用范圍帶來了較大的局限性。砂型鑄造有較多的缺點，如鑄造凝固時間長、成品晶粒大，各項性能低。對金屬型、砂型和絕熱鑄形三種成型方式進行研究的過程中發現，相對于金屬型來說砂型鑄品的強度降低了約有20%，彈性降低了約30%。這意味著高強韌材料在使用砂型鑄造方法的過程中，高強韌材料的優點被掩埋，其性能與普通鋁合金材料無異。此外，在實際生產過程中，由于砂型鑄件和試樣的性能存在著一定的差異，且砂型鑄件存在著疏松、混雜等缺點，使得砂型鑄造成品的各方面性能更差，影響了高強韌鑄造鋁合金材料的研究效果。為了解決以上問題，研究人員可以提升材料的基本性能或提升成型技術水平，通過兩方面來綜合提升鋁合金的生產質量。由于我國目前對于材料基本性能的研究已經非常廣泛，而對成型技術水平的研究較少，這也意味著成型技術水平具有較大的研究空間及研究價值，故而可以從研究鋁合金的成形技術水平下手，提升高強度鑄造鋁合金的質量。

以提升鋁合金的成形技術水平為例，目前我國高強韌鋁合金的成形方法主要有金屬型、砂型和絕熱鑄型三種方法，在研究過程中發現有一些鑄造方法的操作較為簡單且成形質量較好，如低壓鑄造、差壓鑄造、擠壓鑄造、磁流鑄造等方法，由于這些方法的研究時間較短，故而在工業生產中的應用并不廣泛，因此我國可以逐步推廣這些鑄造方法，通過提升成形技術水平來提升高強度鑄造鋁合金的質量。由于砂型鑄造存在著較多的缺點，因此可以從砂型鑄造的研究資金及相關資源中調撥出30%用于低壓鑄造、差壓鑄造等鑄造方法的研究中，培養新型技術的發展，綜合提升高強韌鑄造材料的創新技術水平。

3、研發新型高強韌材料

目前我國仍需要對高強韌鑄造鋁合金材料進行研究，可以從純化和凈化方面入手，提升高強韌鑄造鋁合金材料的各方面性能。合金化是人們的關注重點，同時合金化的研究成果也非常豐碩，但合金化依舊還有著較高的研究價值，尤其是一些近來開發出的合金元素在鋁合金鑄造中的應用還缺乏相關研究。純化和凈化是提升鋁合金材料質量的重要手段，但由于純化和凈化的實際操作難度較大，故而研究過程中也有較大的困難。鋁合金材料具有較強的遺傳性，這也意味著鋁合金材料的依賴性非常強，故而研究人員需要對原材料的質量進行研究，不斷提升原材料的各方面性能，避免原材料的質量影響到高強韌鑄造鋁合金的研究應用。當然我國熔體凈化技術水平與發達國家的水平也有著較大的差距，因此我國更應該增大研究力度，增加投入成本，提升我國高強韌鑄造鋁合金的研究水平。

以研發新型高強韌材料為例，可以從純化和凈化入手提升材料的性能。研究人員可以嘗試降低材料中的氫含量，使孔隙度低于體積的0.5%，提升材料的可塑性。可以采用旋轉葉輪法、過濾技術等來降低氫含量。也可以嘗試控制合金中雜質元素的含量，如控制鋁合金中Fe、Ni、Sb等雜質的含量，借鑒高純206.0合金的元素含量標準，降低雜質元素的含量來提升鋁合金的各方面性能。除此之外，研究人員還可以嘗試細化合金的晶粒，有研究表明，晶粒的直徑越小，則合金材料的強度越高、彈性更佳、力學性能也更加優良，因此在Al-Cu合金中可以使用Al-Ti、Al-V等變質劑來細化合金的晶粒，提升合金的性能。

總結：

高強韌鑄造鋁合金材料的研究發展對我國的科技發展有著較大的影響，因此，研究人員應該從多方面提升高強韌鑄造合金材料的質量，本文從提升鋁合金的成型技術水平和研發新型高強韌材料入手，對高強韌鑄造鋁合金材料的研究給出了相關建議，希望能夠推進我國高強韌鑄造材料的發展水平。

參考文獻：

[1]林順巖，姚勇，周志軍.新型高強高韌Al-Zn鑄造鋁合金的組織與性能[J].鋁加工.2019（05）.22-25

[2]張東城.高強韌鋁硅合金的擠壓鑄造組織和性能研究[D].湖北省.華中科技大學.2019