不同铸型下Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金的微观组织与力学性能

采用熔模铸造、树脂砂铸造和石膏型铸造等方式成形Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金,由凝固冷却曲线可知合金凝固温度区间为111.4℃,其中熔模铸造凝固冷速最高,树脂砂铸造次之,石膏型铸造最低。Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金流动性较佳,可实现不同铸型的完整充型,凝固过程未观察到明显的铸件/铸型界面反应。合金铸态组织主要由α-Al相与Al_3Mg_2相组成,Al_3Mg_2相沿晶界均匀分布,与石膏型铸造相比,树脂砂铸造试样中α-Al相平均尺寸由324μm降至132μm;熔模铸造试样抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HV)分别为274.7MPa、136MPa、14.9%与60,经400℃×12h固溶后,本体试样抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HV)分别增至322.7MPa、144MPa、31.9%与68.3。铸态断口以沿晶断裂为主,可见少量微观韧窝;经固溶处理后断裂方式以韧性断裂为主,韧窝内可见少量的Al_3Mg_2相、Al_3Ti相与Al_3Zr相颗粒。     

氩气精炼除气时间对A356合金组织性能的影响

借助真空负压密度仪、OM、XRD、SEM、EDS与力学性能测试,研究了精炼时间对A356合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,随着精炼时间延长,熔体密度当量由11.4%降至1.6%,随后增至3.4%。A356合金铸态组织主要由初生α-Al基体、共晶Si相与少量Mg2Si相组成,共晶Si沿晶界均匀分布,经T5热处理后共晶Si相形貌由不规则板片状转变为球状,断裂机制由沿晶断裂转变为韧窝断裂,Si相长度由184μm降至28μm。随着精炼时间延长与试样厚度降低,内部缺陷由缩孔转变为缩松。相同精炼时间下随着试样厚度增加,力学性能持续下降;同一厚度试样,力学性能随着精炼时间的延长先上升后下降,12mm试样铸态与T5态平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与断面收缩率分别为206.3MPa、106.0MPa、6.8%、11.2%与281.3MPa、231.6MPa、10.8%、18.9%,断口晶界处Si相颗粒平均尺寸约为8μm。     

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。     

ZL114A支架凝固成形曲面结构控制工艺研究

应用于某型号航天卫星的ZL114A支架铸件选用开放式浇注系统,结合不同铸型材料与结构设计,在低压充型下实现了自下而上与自内向外的顺序凝固,铸型温度呈现出先上升后下降的变化趋势。聚乙二醇65℃下淬火可有效缩短薄膜传热时间,提高淬火冷却速度且降低淬火热处理变形,T6热处理后在-120℃液氮下保温2 h后,本体剖切试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为336 MPa、281 MPa、5.8%与87.5。初生α-Al基体铸态晶粒尺寸约为86μm,铸态沿晶界分布的初生与共晶Si相呈现为板片状与短棒状,经T6热处理后,Si相形貌转变为球状,断裂机制由沿晶断裂转变为韧窝断裂。     

A356.2铝合金螺簧座挤压铸造工艺的研究

研究了挤压铸造A356.2铝合金螺簧座的力学性能和微观组织,对其进行了充型以及凝固模拟,探讨了断口集中于试样下部的原因。结果表明,铸态螺簧座本体取样的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为268 MPa、184 MPa、9.3%;T6处理后达到330 MPa、266 MPa、6.4%。在一定范围内,随着充型速度和铸造压力的增加,抗拉强度和伸长率都有较为明显的提高,但对屈服强度影响不大。挤压铸造条件下,α-Al相可使晶粒细化并使其呈团块状发展,但对亚共晶相影响很小。在螺簧座底部、中部和上部均有涡流产生,凝固时会在拐角处产生热节,有缩孔、缩松倾向。试样的断裂位置集中在弹簧座下部,是涡流导致的夹杂物与卷气共同作用的结果,可以通过对充型速度采用分段变速法来解决。     

二次固溶处理对Sb变质ZL114A合金组织性能的影响

Sb元素的硅相变质效果受凝固冷速影响较大。文中研究了二次固溶热处理对添加Sb元素的不同厚度阶梯试块硅相变质后微观组织与力学性能的影响。研究表明:添加0.12%Sb,初生α-Al基体平均晶粒尺寸约为164μm,共晶硅形貌呈现为细小弥散的球状相;随着凝固冷速的降低,硅相形貌逐渐转变为长棒状、针状与多边形状,硅相分布趋于富集化;二次固溶热处理改善了低凝固冷速下Sb元素的硅相变质效果,沿晶界分布的Si、Mg元素在初生α-Al基体内部不断重复溶入、析出,减小了硅相颗粒尺寸,改善了硅相形貌与分布;断口形貌由沿晶断裂逐步转变为韧窝断裂;10 mm厚度试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与弹性模量分别提升为356.0 MPa、317.6 MPa、9.6%与69.6 GPa。     

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。     

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。     

Al-6.5Mg合金的组织与力学性能

采用金相电镜、扫描电镜、EDS能谱分析、拉伸性能测试与JMat-Pro材料仿真软件等测试分析手段,研究了Al-6.5Mg合金铸态与退火热处理态下的微观组织与力学性能。结果表明,Al-6.5Mg合金铸态晶粒尺寸约为90μm,平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与断面收缩率分别为228 MPa、131.7 MPa、31.9%与39%,铸态断口形貌呈现为典型的韧窝断裂。经500℃×24h与520℃×24h退火热处理后,合金材料的屈服强度、伸长率与断面收缩率保持不变,抗拉强度分别提升了23.2%与24.2%,为281MPa与283MPa,断口形貌仍呈现为韧窝断裂;受退火过程热力学驱动,晶粒内部与晶界处的Mg元素摩尔分数略有增加。     

高强韧Al-Si-Mg合金成分设计与优化

对Al、Si与Mg元素进行了正交试验设计,采用JMat-Pro软件对Al-Si-Mg合金进行了成分优化设计与性能研究。结果表明,Si对Al-Si-Mg合金的凝固冷却速度影响最大,其次分别为Fe与Ti,Mg的影响最小。Mg对Al-Si-Mg合金屈服强度、抗拉强度与洛氏硬度的影响最大,依次分别为Fe、Ti和Si。当Al-Si-Mg合金的二次枝晶间距由200μm降至20μm时,抗拉强度由175.2 MPa增至337.2 MPa。Mg含量对SDAS的影响最大,其次分别为Si、Fe与Ti。Al-6.5Si-0.7Mg-0.2Fe-0.2Ti-0.1Zn-0.1Mn-0.1Cu合金经3级固溶2级时效热处理后的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为371MPa、310 MPa与5.84%,与JMat-Pro软件计算结果较为接近。铸态组织下Si相呈现为板片状或针状,热处理后Si相逐渐球化,热处理态合金断裂以韧窝断裂为主。     

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。     

ZL114A合金卫星接收器面罩铸件的研制

采用树脂砂重力浇注工艺铸造了ZL114A合金卫星接收器面罩。基于ProCAST软件,根据该铸件的结构特点,设计了铸造工艺,对其充型流场、凝固温度场与固相场进行了模拟分析和优化,实现了ZL114A接收器面罩铸件的平稳充型,形成了自下而上、自外向内的凝固顺序。通过添加0.14%的Sr实现了共晶Si相与初生α-Al相的细化变质,沿晶界分布的共晶Si形貌呈球状与多边形状,Si相颗粒平均尺寸约为4μm。经T6热处理后,接收器面罩铸件本体试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为333 MPa、273MPa与6.2%,满足技术要求。     

ZL204A靴座铸件凝固成形工艺研究

以某ZL204A靴座铸件为研究对象,结合OM、SEM、拉伸性能试验机与FEM数值仿真计算,测试了其凝固成形工艺。结果表明,采用开放式充型凝固成形工艺,直浇道、横浇道、内浇道截面比为1∶5.8∶10,设置合理的冒口,借助FEM仿真计算优化,实现了顺序凝固。铸态平均晶粒尺寸约为84μm,T6态的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为472 MPa、370 MPa与8.4%,断裂机制以韧窝断裂为主,附带部分沿晶断裂。     

SLM成形和热处理对AlSi10Mg合金组织与性能的影响

与重力铸造AlSi10Mg合金相比,激光选区熔化成形过程中产生细小的晶粒,在α-Al基体中的粗大块状或针状Si相变为网格状且均匀分布。由于激光选区熔化成形过程中冷却速度较快,形成了过饱和固溶体,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为483MPa、314MPa和6.43%。经T6处理后,均匀网络状的Si相发生溶解、断裂,并且聚集长大为圆整钝化的不规则形状,以及成细小弥散分布的Si相,合金的抗拉强度和屈服强度降低至208MPa、167MPa,伸长率提高至10.37%。     

ZL204A靴座铸件成形工艺设计

铝铜系合金材料经T6热处理后具有较高的力学性能与加工性能,可作为中等载荷承力构件用于航空航天与兵工电子等军工装备领域。选用开放式浇注系统设计,结合HT100冷铁布置与冒口补缩,实现了ZL204A靴座铸件的平稳充型与自下而上和自外向内的顺序凝固;金属铜管/树脂砂复合型芯材料提高了空腔结构型芯的整体刚度,排气孔的布置提高了型芯的透气性,实现了靴座铸件HB610—2004 CT8级的尺寸精度控制。ZL204A靴座铸件T6态本体试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为467.3 MPa、368.8 MPa、8.1%与HBS85,铸态组织断口以沿晶断裂为主,T6态组织断裂机制为韧窝断裂,沿晶界均匀分布的Al2Cu时效强化相长度为100 nm,宽度约为12~18 nm。     

热处理对激光选区熔化AlSi7Mg合金微观组织和拉伸性能的影响

采用退火和固溶时效两种热处理方法对激光选区熔化(SLM)技术成形Al Si7Mg合金沉积态试样进行热处理试验,对热处理试样微观组织、拉伸性能和断口形貌进行分析。结果表明:沉积态试样微观组织主要由网状Si相和α-Al基体组成。经350℃/3 h/空冷(AC)退火后,在Al基体中形成尺寸约0.5μm的颗粒状Si析出相,横向试样抗拉强度和屈服强度由沉积态的435.78 MPa和299.23 MPa分别下降到210.35 MPa和152.01 MPa,伸长率由14.36%增加到30.83%。经535℃/3 h/水淬(WQ)+150℃/6 h/AC固溶/时效处理后,在Al基体中形成尺寸约2～3μm的颗粒状Si析出相,横向试样抗拉强度和屈服强度分别下降到349.27 MPa和309.67 MPa,伸长率增加到17.12%。本试验条件下,采用535℃/3 h/WQ+150℃/6 h/AC固溶时效热处理方法可获得较好的抗拉强度和伸长率匹配度。     

冷速和热处理对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织和性能的影响

通过具有不同冷却速率的阶梯型金属型制备出Al-Si-Cu-Mg-Ni合金,并进行固溶时效处理(T6),利用光学显微镜、XRD和SEM分析研究铝合金不同状态下的显微组织和力学性能。结果表明,冷却速率越大,合金的二次枝晶臂间距越小,抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率越大;热处理能明显地提高合金的力学性能。经T6处理后,共晶Si尺寸变得均匀细小,且弥散分布在α-Al基体中。截面厚度为20mm的合金热处理后抗拉强度、屈服强度和硬度(HB)分别为367MPa、229MPa和125,相对于铸态的分别提高了49.2%、54.7%和34.3%。合金拉伸断口呈现出大量韧窝和一定数量解理平面的混合形貌,表现为混合断裂特征。     

热处理对挤压铸造AZ81镁合金组织和性能的影响

采用X射线衍射、金相分析、拉伸试验、SEM分析等方法测试和分析了挤压铸造AZ81合金在铸态、固溶态和固溶+时效态下的显微组织及力学性能.结果表明,固溶处理可使挤压铸造AZ81镁合金中因非平衡凝固所产生的β-Mg17Al12共晶相溶解;合金的断口由众多深浅不一的韧窝组成,塑性断裂区明显增加,塑性大幅改善;合金抗拉强度和伸长率有大幅提升,分别达到253.81 MPa和10.24%,硬度和屈服强度则有所下降.固溶+时效处理后,β-Mg17Al12相主要以连续析出方式在晶界及基体上析出,合金抗拉强度进一步提高至262.49 MPa,硬度和屈服强度也显著提高,伸长率则有所下降;合金断口韧窝减少并出现大的解理平面,表现出脆性断裂的特征.     

B12G32A铝基轴承合金挡油环部件凝固成形工艺研究

以B12G32A内挡油环与外挡油环为研究对象,设计了一种低压浇注凝固成形工艺,在平缓充型速度下实现了铸件自上而下与自外向内的顺序凝固。对其显微组织与力学性能进行分析测试,本体试样进行摩擦-磨损试验。结果显示:Al-Sn共晶体受界面张力作用,以网状包络形貌将初生α-Al基体焊合在一起,经140℃时效保温2.5 h后,本体试样平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为134.0 MPa、115.3 MPa与15.3%。摩擦-磨损过程中低熔点Sn相不断被挤压成片状,粘着转移均匀覆盖在摩擦副表面,起到了良好的自润滑效果。     

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。