CN110952009A - 一种合金铸件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种合金铸件的制备方法,绘制铸件三维结构,设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,制备铸件硅溶胶模壳,对ZL210A合金进行熔炼,将熔炼后的合金低压浇注铸件硅溶胶模壳,得到铸件,对铸件进行退火处理,热处理,然后进行固溶处理,去除防裂筋。本发明在薄厚壁交接处增加防裂筋,在一定程度上改变了铸件的模组系数,提高了该位置的散热性,有利于薄厚壁连接处金属液的凝固,其次防裂筋也可以在热处理过程中保护铸件,降低外部应力的干扰;Zr、B与V不仅可以减少铸造热应力,而且提高了ZL210A合金的综合力学性能;还能有效的消除铸件的热应力,避免铸件的薄厚壁交界处在固溶处理过程中出现热裂缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金铸件的制备方法,该方法适用于以ZL210A合金作为材质的铸件,在固溶处理过程中出现热裂缺陷的解决方法。
背景技术
现阶段,新研制的高强度优质铝合金都基于Al-Cu系合金,其通过添加Mn、Cd等合金元素以及其他的微量元素发展而成。对于Al-Cu系铸造合金而言,Cu在α-Al固溶体内的溶解度较大,在共晶点548℃时溶解度约为5.65%,随着温度的降低,溶解度也随之降低,合金的强度可通过时效强化而得到提高。Al-Cu系多种合金已经被广泛应用于航空、航天以及重要的民用工业领域,成为航空航天主要的结构产品用材料之一。
ZL210A合金是我国新近研制的高强度Al-Cu-Mn系铸造合金,该合金具备优异的综合力学性能,如高强度、良好的塑性、易于切削加工和表面处理等特点,目前已经在飞机受力结构件上得到了广泛的应用,并且取得了很好的效果。但同时该类合金铸件也不可避免的出现Al-Cu系合金所存在的热裂缺陷,特别是针对于薄厚差异较大的铸件,在薄厚壁拐角处,铸造过程中会存在巨大的热应力,铸件经过固溶处理后,易于在该位置出现热裂缺陷。ZL210A合金铸件在固溶处理后出现的热裂缺陷将直接造成铸件报废,造成不可挽回的损失,而ZL210A合金铸件受限于本身材质的影响,又不可避免的会存在巨大的铸造热应力。该问题的出现严重限制了高强度铝合金铸件的设计与开发,因此现阶段迫切需要找出一种新型合理的方法来解决ZL210A合金固溶处理过程中出现的热裂缺陷问题。
发明内容
为克服现有技术中的问题,本发明的目的是提供一种合金铸件的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案:
一种合金铸件的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:绘制铸件三维结构;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:对ZL210A合金进行配料,ZL210A合金中含有Zr、B与V元素;
步骤5:对步骤4中ZL210A合金进行熔炼;
步骤6:将熔炼后的合金低压浇注步骤3中铸件硅溶胶模壳,得到铸件;
步骤7:对步骤6中铸件进行退火处理;
步骤8:对步骤7中铸件进行热处理,然后进行固溶处理;
步骤9:去除防裂筋。
本发明进一步的改进在于,步骤2中,防裂筋与铸件接触部位进行圆滑处理。
本发明进一步的改进在于,步骤3中,ZL210A合金按质量百分比计,包括4.5~5.1%的Cu,0.35~0.80%的Mn,0.07~0.25%的Cd,0.15~0.35%的Ti,0.05~0.15%的Zr,0.005~0.06%的B,0.05~0.30%的V,Si≤0.2%,Mg≤0.05%,Fe≤0.15%,杂质总和≤0.6%,余量为Al。
本发明进一步的改进在于,步骤7中,退火处理的具体条件为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷。
本发明进一步的改进在于,步骤8中,热处理具体为T5热处理。
本发明进一步的改进在于,步骤8中,固溶处理的冷却温度为80~85℃。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
1)在薄厚壁交接处增加防裂筋,在一定程度上改变了铸件的模组系数,提高了该位置的散热性,有利于薄厚壁连接处金属液的凝固,其次防裂筋也可以在热处理过程中保护铸件,降低外部应力的干扰。
2)在原某企业标准的基础上,借鉴ZL205A合金化学成分配比,Zr、B、V元素作为金属液在结晶时的非自发核心,具有细化铝合金晶粒的作用,从改变ZL210A合金化学成分的角度出发,细化了ZL210A合金的显微组织,不仅可以减少铸造热应力,而且提高了ZL210A合金的综合力学性能。
3)本发明中ZL210A合金铸件的去应力退火工艺,该退火工艺可以有效的消除铸件的热应力,避免铸件的薄厚壁交界处在固溶处理过程中出现热裂缺陷。
进一步的,适当调整铸件固溶处理后的水浴冷却温度,将水温调整至80~85℃,可以减弱铸件在水浴冷却时的热应力,降低了铸件二次热裂的可能性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
为了促进高强度ZL210A合金更好的应用于航空航天以及重要的民用工业领域,为了解决ZL210A合金铸件固溶处理过程中出现的热裂问题,最终提高铸件的生产效率和工艺成品率。从工艺方案、ZL210A合金成分设计以及研制铸件的退火工艺角度出发,设计了一种ZL210A合金铸件固溶处理过程中热裂缺陷的解决方法。其一,在热裂部位增加防裂筋,其二,通过对比应用更为成熟的ZL205A和ZL210A合金材质的化学成分要求,在不改变ZL210A合金成分要求的基础上,微量调整ZL210A合金的成分配比;其三,提出了ZL210A合金铸件的退火工艺方法,最低成本的消除ZL210A合金铸件的铸造热应力。本发明从工艺方案角度出发,在薄厚壁交接处增加防裂筋,以改变该位置的铸件模数;其次借鉴设计应用更为成熟的ZL205A合金成分配比,在符合ZL210A合金成分要求的基础上,微量调整合金元素配比,通过细化ZL210A合金晶粒,降低了铸件的铸造热应力,在不影响ZL210A合金力学性能的基础上,发明了新型的ZL210A合金固溶前退火工艺方法,进一步消除了ZL210A合金的铸造热应力。
本发明中的ZL210A合金成分见表1。
表1 ZL210A合金成分要求
实施例1
以尺寸450×300×100mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为7mm和26mm,比例接近1:4,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,高为15mm,防裂筋与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表2所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为85℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
按照此方法针对铸件进行化学成分调整和去应力退火处理,成分结果如表2所示,铸件经T5热处理后,射线和荧光均未发现热裂缺陷,铸件的化学成分和力学性能经检测后,均满足技术指标要求。
表2 ZL210A合金成分配比及检测结果
实施例2
以尺寸230×270×180mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为5mm和15mm,比例为1:3,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表3所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为85℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
按照此方法针对铸件进行化学成分调整和去应力退火处理,成分结果如表3所示,铸件经T5热处理后,射线和荧光均未发现热裂缺陷,铸件的化学成分和力学性能经检测后,均满足技术指标要求。
表3 ZL210A合金成分配比及检测结果
实施例3
以尺寸682×368×260mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为4.5mm和13mm,比例接近1:3,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表4所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为80℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
按照此方法针对铸件进行化学成分调整和去应力退火处理,成分结果如表4所示,铸件经T5热处理后,射线和荧光均未发现热裂缺陷,铸件的化学成分和力学性能经检测后,均满足技术指标要求。
表4 ZL210A合金成分配比及检测结果
实施例4
以尺寸450×300×100mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为7mm和26mm,比例接近1:4,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,高为15mm,防裂筋与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表5所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为80℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
表5 ZL210A合金成分配比及检测结果
实施例5
以尺寸450×300×100mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为7mm和26mm,比例接近1:4,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,高为15mm,防裂筋与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表6所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为80℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
表6 ZL210A合金成分配比及检测结果
实施例6
以尺寸450×300×100mm的铸件为例,材质为ZL210A,薄厚壁尺寸分别为7mm和26mm,比例接近1:4,其实现的具体步骤如下:
步骤1:绘制铸件三维;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋,尺寸为:1×15×50mm,1×15mm端面接触铸件,高为15mm,防裂筋与铸件接触部位需圆滑处理;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:完成铸件ZL210A合金配料,适量添加Zr、B、V细化晶粒元素,具体成分配比如表7所示;
步骤5:完成步骤4中合金的熔炼;
步骤6:低压浇注步骤4中铸件硅溶胶模壳;
步骤7:清理步骤6铸件表面模壳,切除浇冒口,打磨铸件表面毛刺,但应保留防裂筋;
步骤8:对步骤7中铸件进行退火处理,退火工艺为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷;
步骤9:对步骤8中铸件进行T5热处理,固溶处理的水浴冷却温度为80℃;
步骤10:打磨去除防裂筋;
步骤11:对步骤10中铸件进行X射线和荧光检测,并检测附铸化学成分试样和力学性能试棒。
表7 ZL210A合金成分配比及检测结果
Claims (6)
1.一种合金铸件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:绘制铸件三维结构;
步骤2:设计铸件浇注***,并完成组型,在薄厚壁交接处增加防裂筋;
步骤3:制备铸件硅溶胶模壳;
步骤4:对ZL210A合金进行配料,ZL210A合金中含有Zr、B与V元素;
步骤5:对步骤4中ZL210A合金进行熔炼;
步骤6:将熔炼后的合金低压浇注步骤3中铸件硅溶胶模壳,得到铸件;
步骤7:对步骤6中铸件进行退火处理;
步骤8:对步骤7中铸件进行热处理,然后进行固溶处理;
步骤9:去除防裂筋。
2.根据权利要求1所述的一种合金铸件的制备方法,其特征在于,步骤2中,防裂筋与铸件接触部位进行圆滑处理。
3.根据权利要求1所述的一种合金铸件的制备方法,其特征在于,步骤3中,ZL210A合金按质量百分比计,包括4.5~5.1%的Cu,0.35~0.80%的Mn,0.07~0.25%的Cd,0.15~0.35%的Ti,0.05~0.15%的Zr,0.005~0.06%的B,0.05~0.30%的V,Si≤0.2%,Mg≤0.05%,Fe≤0.15%,杂质总和≤0.6%,余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种合金铸件的制备方法,其特征在于,步骤7中,退火处理的具体条件为:炉温低于100℃入炉,升温至300℃保温2h,随炉冷却至155℃,出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的一种合金铸件的制备方法,其特征在于,步骤8中,热处理具体为T5热处理。
6.根据权利要求1所述的一种合金铸件的制备方法,其特征在于,步骤8中,固溶处理的冷却温度为80~85℃。
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