高强度铝合金铸造及热处理工艺

摘要：高强度铝合金是一种先进的合金材料，其广泛地应用在航天、航空、机械构件等领域，具有较好的性能。而要想提升高强度铝合金铸造的质量，使得其能够满足使用要求，就需要把控好高强度铝合金铸造工艺以及热处理工艺，提升生产水平，保证生产质量。因此，文章内容将对于高强度铝合金铸造及热处理工艺进行分析。

关键词：高强度铝合金、铸造工艺、热处理工艺

一、高强度铝合金铸造工艺分析

在高强度铝合金铸造的时候，要想保证生产质量，生产出符合使用要求的产品，就需要把控其铸造工艺，明确其铸造生产过程中的要点。首先来说，在高强度铝合金铸造生产的过程中，要明确铸件的特点以及材料成分，一般来说，高强度铝合金的铸造原材料都是高强度铜铝合金，依据其尺寸以及铜、锰、钛等主要元素含量的不同，以及硼元素、锆元素等其他含量比较少的元素含量的不同，选择合适的铸造生产方法，明确铸造方案。

在高强度铝合金铸造生产开展的过程中，需要明确其铸造方案。不同材质的合金要根据其合金特点选择合适的铸造工艺。我们以ZL114A与ZL205A进行对比加以说明。

ZL114A合金流动性好，铸造性能好。在设计工艺时，要合理分布浇注系统与冷铁，保证浇注系统补缩通道正常。即铸件先凝固，浇注系统最后凝固。图a不推荐、图b、图c推荐。

ZL205A合金力学性能明显优于ZL114A，是目前抗拉强度最高的一种铸造铝合金之一，其力学性能达到某些黑色金属和锻造铝合金的水平。但该合金结晶温度范围宽，以粥状方式凝固，铸造性能不好，在结晶时补缩不良而易产生疏松、热裂及偏析等铸造缺陷。因此对于ZL205A材质铸件需要体积更大、数量更多的浇注系统去补缩铸件，同时由于ZL205A的热烈倾向大，内芯需要更好的退让性，因此内芯通常采用派普砂增强退让型或内芯采用中空结构。

为了保证生产质量，高强度铝合金材料需要按照相关的规范以及标准进行全面的检验，保证高强度铝合金的各项参数以及内含的杂质能够符合相关的标准，之后准备各种中间金属和精铝锭，并将回炉料的用量控制在三成以内。如果原材料中含有元素铁较多，那么在进行熔炼的时候，需要选择石墨坩埚[1]。

在开展熔炼与浇注工作的过程中，工作人员需要将回炉料与事先准备好的精铝锭放在石墨坩埚中，在熔化的过程中，工作人员应当密切地观察，当金属液的温度来到七百度以上，但是不超过710℃的时候，需要工作人员加入金属，并按照规范要求对金属液进行充分的搅拌，搅拌时间需要控制在5～10分钟。继续加热金属液，到720℃的时候，开始精炼，并持续加热将温度控制在720℃～740℃，使得杂质能够顺利地上浮，避免在铸造完成之后出现缺陷。在熔炼的过程中，依据实际情况，可以适当地加入六氯乙烷来提升精炼效果，其用量不应当超过总占比的0.8%，使用铝箔纸进行分包并逐一使用钟罩压入金属液之中，再加入六氯乙烷之后，还需要搅拌十五分钟，完成精炼。等到金属液的温度下降到720～730℃之后，迅速地完成浇注工作[2]。

在铸造的过程中，为了能够消除高强度铝合金的缺陷，应当注重多方面因素的影响，如工作人员操作不当，或者材料问题等，造成高强度铝合金出现夹渣、疏松等缺陷，这就需要工作人员在开展铸造工作的过程中，能够注重整个操作过程，严格把控工艺流程，避免高强度铝合金出现缺陷，及时处理高强度铝合金中存在的缺陷。例如，在熔炼过程中，需要对于金属液的温度进行严格的把控，确保金属液的温度达到相应的标准之后，再进行下一步的操作，在搅拌的时候应当保证搅拌充足，完成精炼后的两小时之内，完成所有的浇注工作，从而保证整个铸件质地均匀，质量达到要求。

二、高强度铝合金热处理工艺分析

在对于高强度铝合金进行热处理的过程中，首先应当确定热处理工艺方案。热处理工艺方案的确定，应当结合高强度铝合金生产的实际情况，依据国家的相关规范要求，科学地选择热处理工艺，明确热处理工艺的各种参数，保证高强度铝合金热处理的质量。一般情况下，在进行热处理的时候，高强度铝合金铸件的保温时间需要控制在九到二十个小时，科学地选择高强度铝合金铸件的冷却方式。使用浓度为6%～10%的UCON水溶性作为冷却介质，处理好铸件，为后续热处理工作打好基础。在失效处理开展的过程中，工作人员应当科学地选择设备，严格控制温度，并做好铸件的固定，避免铸件在热处理的过程中发生变形。对于铸件变形的控制，可以采用制作合适的热处理工装、在铸件本体上焊接同材质的工艺拉筋等结构，实现铸件变形的有效控制，提升热处理效率。同时，铸件在清理浇注系统时保留局部浇注系统，热处理完成后再将剩余浇注系统去除。对于某些内部质量要求严格的铸件，热处理后还要对之前保留的浇道部位进行补充Ｘ射线探伤，从而实现对铸件变形的有效控制。

其次，高强度铝合金的热处理，需要把握好热处理工艺要点。对于高强度铝合金处理的目的，是强化其性能，从而更好地应用在各个领域以及行业中，虽然说高强度铝合金具有强度高、性能好的优势，在铸造的时候，会出现疏松、夹渣等缺陷，影响铝合金铸件的力学性能。在热处理工艺应用的时候，需要保证固溶温度的合理设计，工作人员应当严格控制铸件的冷却温度，相邻铸件之间应当保持足够的间隙，保证铸件在冷却的时候，温度能够均匀地下降，并保证淬火温度符合标准规范。热处理工艺参数应当科学地设定，结合高强度铝合金铸造的具体情况以及规范标准，通常情况下，热处理工艺在运用的时候，固溶温度应当设定在530～540℃之间，固溶保温的时间应当保证在十个小时以上，并不超过十八个小时，时效保温应当保证在四到六个小时之间，在经过热处理之后，铸件应当做好分装工作，避免铸件互相叠放受到影响[3]。在淬火的时候，水温应当控制在43～45℃之间，且淬火转移时间不能够超过二十秒，否则就会影响高强度铝合金的性能。在热处理的过程中，还应当控制好环境温度，保证环境温度在10℃以上，如果温度不够，淬火时长应当严格控制在十五秒。因此，高强度铝合金铸造以及热处理工作开展的过程中，为了保证其适宜的环境温度，可以在生产车间内部安装调温系统，保证适合的生产温度，避免环境温度对于铸件的力学性能受到影响。在经过热处理工艺之后，高强度铝合金铸件的强度能够明显地提升，断后伸长率也有明显的提升，其整体性能得到了强化。

三、结语

总的来说，高强度铝合金铸造工艺的控制，影响着高强度铝合金的质量，而热处理工艺的科学运用，能够明显提升高强度铝合金的各项性能，在高强度铝合金生产的过程中，应当做好对于铸造工艺以及热处理工艺的把控。

参考文献：

[1] 戎康. 高强度铝合金的铸造及热处理工艺研究 [J]. 冶金与材料， 2021， 41 （03）： 80-81.

[2] 华东媛，葛学伟. 高强度铝合金铸造及热处理工艺研究 [J]. 冶金与材料， 2020， 40 （05）： 39-40.

[3] 雷晓燕，王娟. 高强度铝合金铸造及热处理工艺分析 [J]. 南方农机， 2019， 50 （06）： 4+7.