熔模铸造薄壁复杂锥形壳体的重力充型工艺

某薄壁复杂锥形壳体铸件选用ZL205A合金,结合其凝固特性与壳体铸件结构成形性分析,采用熔模铸造,底注式重力充型。借助FEM有限元仿真计算,分析了凝固充型场、温度场与固相析出分布场。结果表明,底注式重力充型工艺,锥形壳体铸件总充型时间为21s,完全凝固冷却与固相析出时间分别为374s与424s,同时实现了锥形壳体铸件自下而上的顺序凝固;铸态与T5热处理态的平均晶粒尺寸分别为112μm与94μm,中间肋板区域本体试样T5热处理态的平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HBS)分别为453 MPa、400 MPa、8.9%与114,满足了设计技术指标。     

车用轴盘铸件浇注系统设计与组织性能分析

采用3D打印铸型,对比分析了3种不同浇注工艺下ZL114A铝合金轴盘铸件的冶金质量。通过调整冷铁材质与降低浇注温度,实现了自下而上与自外向内的顺序凝固。结果表明,铸件满足铸件技术要求。轴盘铸件本体试样经T6和低温稳定化处理,平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为340 MPa、260 MPa与6.5%。加入0.11%的Sb元素变质后,初生α-Al基体平均晶粒尺寸约为86μm,沿晶界分布的共晶Si相形貌为球形或椭圆形,T6态合金断口断裂机制为典型的韧窝断裂。     

ZL205A铝合金斜楔铸件凝固工艺研究

在某型号运载机车斜楔件研制中选用ZL205A铝合金。根据铸件结构特征与ZL205A合金工艺性能分析,实验选用了重力浇注工艺。借助华铸CAE有限差分软件完成了充型流动场与凝固温度场的仿真与分析,优化了工艺设计参数,实现了斜楔铸件自下而上与自外向内的顺序凝固,提高了凝固的冶金质量,研制出了满足技术指标的ZL205A斜楔铸件。经T6热处理后ZL205A斜楔铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为542 MPa、455 MPa与7.2%,断裂机制为典型的韧窝断裂。     

ZL205A铝合金乘用车转向节凝固工艺设计优化分析

近年来,随着轨道交通行业一体化轻量设计的推广,铝合金已成为首选材料。本文针对ZL205A铝合金转向节铸件设计了两种不同的凝固工艺,借助FEM数值仿真完成了不同成型工艺下充型流动场与凝固固相场的对比分析。结果表明:与自由充型相比,采用低压成型工艺合金熔体充型平稳,实现了自上而下与自内向外的顺序凝固,工艺出品率由54%增至68%;经T6热处理后铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别达到了521MPa、455 MPa、8.1%、146 HBS。     

ZL114A基座铸件铸造工艺设计与力学性能研究

应用于某战术导弹构件的ZL114A基座铸件选用开放式浇注系统与米字型横浇道结构设计,在低压充型下通过增设冷铁实现了自下而上的平稳充型与自上而下的顺序凝固,选择14 h的落砂开箱时间,基座铸件最大尺寸正偏差仅为0.7 mm,最大尺寸负偏差仅为-0.8 mm。经二次固溶T6热处理与低温稳定化后,合金材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为340.7 MPa、265.7 MPa、7.8%与HBS94,晶界处的Mg_2Si强化相与球状Si相平均尺寸更加细小,分布更为均匀弥散,断裂机制为韧窝断裂与沿晶断裂。     

ZL114A异形结构导弹壳体凝固成形工艺设计

采用低压铸造工艺在715℃浇注了ZL114A异形结构导弹壳体,充型和凝固时长分别为4.79 s与1 615 s,实现了自上而下的平稳充型,形成了自上而下与自内向外的凝固顺序。结果表明,铸态组织主要由α-Al基体、α-Al+Si共晶体、Mg₂Si相与Al₃Ti相等组成,导弹壳体顶端、中部和底部区域平均晶粒直径分别为116.09、147.76与178.33μm;试样抗拉强度、屈服强度、伸长率与弹性模量均值分别为344.66 MPa、275 MPa、8.44%和71.5 GPa,离散系数分别为0.55%、0.93%、3.5%与0.7%。沿导弹壳体高度方向自上而下本体试样力学性能连续下降,顶端区域抗拉强度、屈服强度、伸长率与弹性模量分别为364 MPa、284 MPa、9.2%与71.5 GPa;时效热处理保温后铸态板条状、块状Si相形貌转变为近球状,断口表面残留大量微观韧窝,断裂机制为典型的韧窝断裂。     

ZL205A副车架结构设计与成形工艺仿真优化

对ZL205A铝合金副车架结构与工艺设计进行分析,借助FDM与FEM模拟完成了凝固过程充型场、温度场与应力应变场的仿真计算分析。通过工艺预留孔位置、尺寸结构优化与T5热处理工艺参数优化,确定了副车架铸件的自由充型工艺方案。结果表明,副车架铸件实现了平稳充型与自内向外的顺序凝固,凝固热应力峰值为47.17 MPa,经T5热处理后本体试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为510 MPa、402 MPa与6.8%,满足了技术指标要求。     

ZL205A支臂重力铸造工艺研究

某机载电子设备支臂铸件选用ZL205A合金,结合支臂铸件结构特性及合金工艺性能,选用树脂砂重力铸造工艺。借助ProCAST软件对ZL205A支臂铸件流场、温度场与固相率进行了仿真计算优化,确定了最佳工艺参数,实现了支臂铸件自外向内与自下而上的顺序凝固,研制出了ZL205A支臂铸件。经T6热处理,ZL205A支臂铸件肋板本体剖切平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为485 MPa、430 MPa与7.8%。     

低压铸造ZL114A铝合金舱段壳体铸件工艺研究

以ZL114A合金舱段壳体铸件为研究对象,对其铸造工艺进行设计,并通过相关的数值模拟和工艺试验分析,确定了局部激冷及较高压差下凝固的舱段壳体低压铸件工艺方案和工艺参数。对低压铸造成形ZL114A合金舱段壳体铸件的窗口部位进行剖切取样测试分析,发现经固溶和双级时效处理后,其抗拉强度为349 MPa,屈服强度为288 MPa,伸长率为7.7%,达到了设计要求。     

3D打印蜡模快速制造ZL114A铸件凝固收缩率研究

通过3D打印蜡模、熔模型壳与ZL114A合金凝固尺寸测试,构建了蜡模3D打印尺寸与铸件理论尺寸的数学关系,实现了铸件HB6103-2004中CT6~CT7级的精度。选用低压浇注工艺,以ZL114A主框与舱罩铸件为主体进行试验,本体平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别达到了341 MPa、263 MPa与6.1%,断裂机制为典型的韧窝断裂。     

金属型铸造条件下Sb元素对ZL114A合金共晶Si和拉伸性能的影响

ZL114A合金是我国自主研发的铸造亚共晶Al-Si合金,变质共晶Si是提高其室温综合拉伸性能的重要方法之一。利用室温拉伸试验、扫描电镜观察研究了Sb元素对金属型铸造条件下ZL114A合金铸态和热处理态组织以及性能的影响。结果表明,对于铸态的ZL114A合金,Sb的加入将共晶Si由板片状变质为纤维状或颗粒状;经过热处理的ZL114A合金,Sb的加入使共晶Si的长径比变小,球化程度更高。在金属型铸造条件下,Sb元素能够提高ZL114A合金铸态和热处理态的室温综合拉伸性能,热处理后添加Sb的合金的抗拉强度和伸长率远远高于我国航空标准所要求达到的值。综合考虑ZL114A合金铸态和热处理态的共晶Si相形貌以及室温拉伸性能,Sb元素的最佳含量(质量分数)为0.09%。     

ZL205A上臂铸件低压充型工艺设计

ZL205A属于高强韧铝铜系合金材料,经T6处理后可作为中等载荷承力部件用于航空航天等军工装备领域。文中针对ZL205A上臂铸件设计了四种不同的低压充型凝固成形工艺,选用1:1.8:4.4浇道截面比低压充型浇注系统,结合20 mm/s与40 mm/s的升液与充型速度、25 kPa与30 kPa的升液与充型压力,实现了ZL205A上臂铸件自下而上的平稳充型与自上而下的顺序凝固。T6态本体剖切试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为484 MPa、354.5 MPa与6.9%,经时效热处理后大量Al_2Cu与Al_6Mn沉淀强化相沿晶界均匀弥散析出,T6态断口以韧窝断裂为主,附带一定数量的沿晶断裂带。     

砂型低压铸造铸件充型及凝固过程的研究

采用低压铸造法浇注了壁厚为10mm与25mm的ZL114A平板件,通过测定其温度场研究了低压铸造条件下铸件的充型与凝固特点。结果表明,对于25mm平板件,凝固过程中板内从升液管口至铸件远端形成了较大的温度梯度,能够实现典型的顺序凝固,压力通过升液管可始终作用于凝固补缩过程;对于10mm平板件,其凝固速度较快,铸件整体倾向于同时凝固,补缩主要通过浇注系统在局部位置进行。对于10mm与25mm平板件,40mm/s的充型速度均能实现平稳充型与顺序充填。     

数值模拟在铝铜合金低压铸造工艺中的应用

以某厚大ZL205A合金铸件为例,采用数值模拟的方法对铸件低压铸造工艺中充型和凝固过程进行模拟,分析了充型及凝固过程中温度场的变化,并按模拟结果进行了生产,结果获得了优质的铸件。     

反重力铸造对ZL205A合金充型性能及凝固组织的影响

以“⊥”型和棒状试样为例,研究了反重力条件下,铸造工艺参数对ZL205A合金铸件充型性能和凝固组织的影响。结果表明,对于平均壁厚小于3 mm的薄壁铸件,由于差压铸造充型过程比低压铸造平稳,所以铸件成形更好,但无法成形尖角结构;提高浇注温度或铸型预热温度,均能使差压铸造薄壁ZL205A合金铸件的充型性能得到改善,且提高浇注温度效果更明显。与低压铸造相比,差压铸造可显著细化ZL205A合金晶粒度,适当提高浇注温度与铸型温度,均能进一步细化晶粒,且提高浇注温度使晶粒细化效果更显著。对于有一定截面厚度的ZL205A合金铸件,差压铸造时,当截面厚度超过一定量时,充型性能受铸型温度及浇注系统设计的影响较小,提高铸型温度,铸件产生孔洞类缺陷的几率显著增加。     

反重力铸造对高强度铝合金凝固组织影响的研究

采用反重力铸造方法生产高强度铝合金铸件已成为航空、航天领域内获得优质构件的重要途径。研究了反重力铸造对高强度铝合金ZL114A和ZL205A铸件凝固组织的影响。结果表明,合金的凝固组织存在着不同的位置效应,对于ZL114A合金铸件,冷端晶粒尺寸最小,靠近浇口处晶粒尺寸粗大。对于ZL205A合金铸件,随距浇口处距离的减少,枝晶间分布的网格状θ（Al2Cu）相逐渐由粗变细,α（Al）枝晶内分布的黑色点状T（Al12CuMn2）相逐渐减少。分析表明,在反重力铸造补缩压力相同的情况下,合金的凝固温度范围不同是造成凝固组织不同位置效应的主要原因。     

薄壁ZL114A铝合金锥件的铸造工艺改进

ZL114A铝合金材质的锥件属于细长型薄壁铸件,采用熔模铸造工艺生产。针对原铸造工艺方案容易出现缩松和夹渣问题,进行了工艺改进,通过浇注系统凝固顺序模拟及采用真空浇注等措施,找到了一种可行的铸造工艺方案。生产结果表明,该工艺方案解决了铸造中出现的缩松、夹渣缺陷,生产出优质的薄壁ZL114A铝合金锥件。     

挤压铸造工艺对汽车控制臂铸件组织及性能的影响

采用卧式TRD-800T型挤压铸造机,研究了间接挤压铸造工艺对汽车控制臂铸件组织及性能的影响。结果表明,在一定范围内挤压比压的增大将使铸件力学性能得到提高,但超过140 MPa后,性能改善并不明显。挤压比压较低时,仅有利于铸件宏观缺陷的改善;挤压比压较高时,还可提高合金液凝固速度,明显细化铸件的显微组织。铸件最佳挤压比压为140 MPa,在此条件下,ZL114A合金铸件的平均抗拉强度为354 MPa,伸长率为11%,硬度(HB)为112,铸件内部品质良好,无缩孔、缩松、裂纹、夹渣等冶金缺陷。     

低凝固速率时Y元素对ZL114A合金中共晶硅的变质机理

利用DSC曲线、凝固曲线、扫描电镜(SEM+EBSD)和透射电镜(TEM)研究了低凝固速率时Y元素对ZL114A合金中共晶Si的变质机理。结果表明,在低凝固速率时,随着Y元素的添加,ZL114A合金的共晶Si由板片状变为细化纤维状;Y元素的添加缩短了共晶Si形核生长所需要的时间;Y元素的添加在共晶Si生长界面前沿产生了成分过冷,增加了共晶Si的形核核心;Y元素没有诱导共晶Si中孪晶的生成。     

用真空加压铸造法生产电子机柜

真空加压铸造是在传统铸造技术的基础上发展起来的一种先进铸造技术,它将在真空条件下浇注充型和在加压条件下结晶凝固相结合。本研究即是利用真空加压铸造技术生产质量为60kg、尺寸为1200mm×600mm×400mm、壁厚为2~20mm的大型复杂铝合金铸件-电子机柜(ZL101)。通过对产品结构分析和生产实践,得出合理的生产工艺参数:在720~730℃进行浇注,在真空度为0.04~0.06MPa下浇注充型,在压力为0.5~0.7MPa下结晶凝固。经X射线无损检测,未发现铸件存在针孔、气孔、缩松等铸造缺陷。在电子显微镜下观察发现该铸件组织致密、共晶组织细小。其抗拉强度为245MPa,伸长率为4.5%。