CN110951999A - 一种反重力浇注的合金铸件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，制备铸件；对ZL116合金进行配料，ZL116合金中包括Nd元素；将ZL116合金熔炼；反重力低压浇注铸件；对铸件进行热处理，得到合金铸件。本发明在ZL116合金中添加稀土Nd元素，以改善ZL116合金中的共晶Si相形貌，促进共晶Si相的球化，提高ZL116合金的力学性能。ZL116合金经热处理之后，附铸试棒抗拉强度可以达到350MPa以上，延伸率在5％以上，分别将HB962‑2001标准中ZL116合金砂型附铸试棒要求提高了16.7％和150％以上；铸件本体试样抗拉强度和延伸率分别达到281MPa和3.3％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，该方法适用于反重力浇注方式生产的ZL116合金材质铸件。
背景技术
Al-Si系铝合金是一种具有较高的综合力学性能、体积稳定性好的铸造铝合金，目前被广泛应用于航空航天、重要的民用关键件领域。反重力浇注具有充型平稳、充型速率可控、温度场分布合理，并且在压力下凝固有利于铸件补缩等特点，生产出的铸件力学性能好、组织致密，可以有效减少铸造缺陷，因此国内铝合金铸造越来越多的使用反重力浇注的方式进行。
ZL116合金属于典型的高性能Al-Si系铝合金，其在T5热处理状态下，砂型件附铸试棒的抗拉强度标准要求为300MPa，延伸率为2％，明显高于其他Al-Si系合金的要求。同时ZL116合金具有良好的铸造性能、无热裂倾向、气密性高以及较好的抗腐蚀性能和焊接性能，在航空航天领域，主要用于制造承受中等载荷的复杂铸件，如飞机发动机壳体，泵体，飞机大型结构件。但是随着铝合金铸件的要求向大型、复杂、耐蚀、耐高温以及高强度的方向转变，针对于高性能ZL116合金铸件的生产也随之提出了更高的要求，但是目前ZL116合金铸件的性能仍停留在稍高于标准HB962-2001的要求之上，已经难以满足部分航空航天铸件的力学性能技术指标要求。因此现阶段迫切需要制定出系统性的高性能ZL116合金铸件的生产工艺方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种反重力浇注的合金铸件的生产方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，包括如下步骤：
步骤1：制备铸件；
步骤2：对ZL116合金进行配料，ZL116合金中包括Nd元素；
步骤3：将步骤2中ZL116合金熔炼；
步骤4：反重力低压浇注步骤1中的铸件；
步骤5：对步骤4中铸件进行热处理，得到合金铸件；
本发明进一步的改进在于，ZL116合金按重量百分比计，包括：Si：7.8～8.2％，Mg：0.45～0.55％，Ti：0.21～0.29％，Be：0.25～0.35％，Nd：0.05～0.10％，余量为Al和不可避免的杂质元素；
本发明进一步的改进在于，步骤2中，杂质的重量百分比为：Fe≤0.1％，Zr≤0.05％，Mn≤0.05％，Sn≤0.01％，Pb≤0.01％，Cu≤0.02％。
本发明进一步的改进在于，对步骤4中铸件进行热处理前进行清理。
本发明进一步的改进在于，热处理具体为T5热处理。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1)在ZL116合金中添加稀土Nd元素，以改善ZL116合金中的共晶Si相形貌，促进共晶Si相的球化，提高ZL116合金的力学性能。
2)在HB962-2001的基础上，细化ZL116合金元素的成分含量设计，从ZL116合金元素成分设计的角度出发，充分挖掘元素的合金化作用，最大程度的发挥出合金元素的强化作用。
3)ZL116合金经热处理之后，附铸试棒抗拉强度可以达到350MPa以上，延伸率在5％以上，分别将HB962-2001标准中ZL116合金砂型附铸试棒要求提高了16.7％和150％以上；铸件本体试样抗拉强度和延伸率分别达到281MPa和3.3％以上，明显高于HB962-2001标准中对铸件本体试样力学性能的要求。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步详细描述：
为了生产出高性能的ZL116合金，为了促进ZL116合金更好的应用服务于航空航天以及重要民用关键件领域。从ZL116合金的成分设计角度出发，本发明了一种新型高强度ZL116合金铸件的生产方法。借鉴于HB962-2001中ZL116合金的成分要求，进一步细化合金元素的成分设计。本发明，着手于ZL116合金的成分设计，精确了Si、Mg、Ti、Be的元素含量配比，添加了微量稀土Nd元素以改善ZL116合金的共晶Si组织形貌，从成分设计的角度，最大程度提高ZL116合金的力学性能。
以某型号舱体为基础，首先制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；配料；反重力低压浇注铸件和试棒(试棒仅为了性能测试)；清理铸件和试棒；铸件和试棒同炉进行T5热处理；检测铸件附铸试棒的室温拉伸力学性能。具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：完成合金的配料，具体合金元素重量百分比为：Si：7.8～8.2％，Mg：0.45～0.55％，Ti:0.21～0.29％，Be：0.25～0.35％，Nd：0.05～0.10％，余量为Al和不可避免的杂质元素，杂质的重量百分比为：Fe≤0.1％，Zr≤0.05％，Mn≤0.05％，Sn≤0.01％，Pb≤0.01％，Cu≤0.02％；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理；
步骤8：在步骤7中铸件本体和板状试样上加工拉伸试样，本体取样部位需平行于金属液充型方向，试样按照HB962-2001中砂型试样加工要求执行；
步骤9：对步骤8中铸件本体和加工好的附铸试样进行室温拉伸力学性能检测。
下面为具体实施例。
实施例1
以某舱体前段铸件为例，铸件尺寸为1080×300×100mm，材质为ZL116，其实施的具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：配料，具体主合金元素重量百分比为：Si：7.8％，Mg：0.46％，Ti:0.23％，Be：0.27％，Nd：0.06％，余量为Al；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理；
步骤8：在步骤7中铸件本体和板状试样上加工拉伸试样，本体取样部位需平行于金属液充型方向，试样按照HB962-2001中砂型试样加工要求执行；
步骤9：对步骤8中铸件本体和加工好的附铸试样进行室温拉伸力学性能检测。
ZL116合金炉前成分如表1所示，按照此方法针对铸件和板状试样进行室温拉伸性能检测，板状试样的抗拉强度可以控制在352～361MPa，延伸率可以控制在5.6～6.2％之间；铸件本体解剖的抗拉强度可以控制在281～305MPa之间，延伸率可以控制在3.3～4.9％之间。
表1 ZL116合金成分要求
实施例2
以某支架铸件为例，铸件尺寸为150×900×37mm，材质为ZL116，其实现的具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：配料，具体主合金元素重量百分比为：Si：8.0％，Mg：0.5％，Ti:0.25％，Be：0.30％，Nd：0.08％，余量为Al；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理；
步骤8：在步骤7中铸件本体和板状试样上加工拉伸试样，本体取样部位需平行于金属液充型方向，试样按照HB962-2001中砂型试样加工要求执行；
步骤9：对步骤8中铸件本体和加工好的附铸试样进行室温拉伸力学性能检测。
ZL116合金炉前成分如表2所示，按照此方法针对铸件和板状试样进行室温拉伸性能检测，板状试样的抗拉强度可以控制在351～362MPa，延伸率可以控制在5.6～6.0％之间；铸件本体解剖的抗拉强度可以控制在284～312MPa之间，延伸率可以控制在3.2～4.6％之间。
表2 ZL116合金成分要求
实施例3
以某壳体铸件为例，铸件尺寸为200×130×13mm，材质为ZL116，其实施的具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：配料，具体主合金元素重量百分比为：Si：8.2％，Mg：0.54％，Ti：0.28％，Be：0.34％，Nd：0.09％，余量为Al；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理；
步骤8：在步骤7中铸件本体和板状试样上加工拉伸试样，本体取样部位需平行于金属液充型方向，试样按照HB962-2001中砂型试样加工要求执行；
步骤9：对步骤8中铸件本体和加工好的附铸试样进行室温拉伸力学性能检测。
ZL116合金炉前成分如表3所示，按照此方法针对铸件和板状试样进行室温拉伸性能检测，板状试样的抗拉强度可以控制在356～369MPa，延伸率可以控制在5.6～6.0％之间；铸件本体解剖的抗拉强度可以控制在288～319MPa之间，延伸率可以控制在3.5～4.9％之间。
表3 ZL116合金成分要求
实施例4
以某壳体铸件为例，铸件尺寸为200×130×13mm，材质为ZL116，其实施的具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：配料，ZL116合金元素重量百分比为：Si：7.8％，Mg：0.45％，Ti：0.21％，Be：0.35％，Nd：0.1％，余量为Al；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理。
实施例5
以某壳体铸件为例，铸件尺寸为200×130×13mm，材质为ZL116，其实施的具体步骤如下：
步骤1：制备铸件和板状试棒硅溶胶模壳；
步骤2：配料，ZL116合金元素重量百分比为：Si：8.2％，Mg：0.5％，Ti：0.25％，Be：0.25％，Nd：0.05％，余量为Al；
步骤3：完成步骤2中合金的熔炼；
步骤4：炉前制备成分试样，反重力低压浇注步骤1中的铸件和附铸试棒硅溶胶模壳；
步骤5：完成步骤4中炉前附铸成分试样检测；
步骤6：清理步骤4中铸件和试棒表面模壳，切除浇冒口，打磨表面毛刺；
步骤7：对步骤6中铸件和试棒同炉进行T5热处理。
Claims (5)
1.一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：制备铸件；
步骤2：对ZL116合金进行配料，ZL116合金中包括Nd元素；
步骤3：将步骤2中ZL116合金熔炼；
步骤4：反重力低压浇注步骤1中的铸件；
步骤5：对步骤4中铸件进行热处理，得到合金铸件。
2.根据权利要求1所述的一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，其特征在于，ZL116合金按重量百分比计，包括：Si：7.8～8.2％，Mg：0.45～0.55％，Ti：0.21～0.29％，Be：0.25～0.35％，Nd：0.05～0.10％，余量为Al和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求2所述的一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，其特征在于，步骤2中，杂质的重量百分比为：Fe≤0.1％，Zr≤0.05％，Mn≤0.05％，Sn≤0.01％，Pb≤0.01％，Cu≤0.02％。
4.根据权利要求1所述的一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，其特征在于，对步骤4中铸件进行热处理前进行清理。
5.根据权利要求1所述的一种反重力浇注的合金铸件的生产方法，其特征在于，热处理具体为T5热处理。
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| EP1528119A1 (en) * | 2003-10-30 | 2005-05-04 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Aluminum-alloy sputtering target and reflective film |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 何益可等: ""Nd元素对反重力浇注ZL116 合金组织和力学性能的影响"", 《铸造》 * |
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