一种ZL114A薄壁锥壳铸件的铸造工艺研究

某薄壁锥形壳体铸件为航空飞行器前端重要装置组件,为ZL114A高强度铝合金铸件。因产品为半封闭结构,铸造时易出现内部质量问题,为了保证产品各项指标满足要求,采用差压铸造结合计算机仿真模拟分析,开展了对该铸件的铸造工艺研究,研究过程中发现锥顶三角区域在凝固时易出现缩松缺陷,结合仿真模拟对铸件凝固成形工艺进行了浇注系统的调整、增设冷铁等改进,消除了缩松倾向,完成了生产试制。铸件内部质量满足Ⅰ类件要求,附铸试棒平均抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为364.67 MPa、306 MPa、7.5%,满足各项技术指标要求。

ZL114A大型铝铸件焊缝的组织与性能

研究了ZL114A合金大型铸件熔化极气体保护焊 (MIG)焊补区域的组织与性能。金相观察表明 ,在靠近熔合线附近的热影响区内存在共晶复熔组织。焊补时 ,基体中Mg2 Si向复熔体扩散 ;远离熔合线的热影响区内 ,基体中固溶的Mg2 Si发生过时效 ,从而导致基体软化 ,显微硬度下降。T1处理时不能消除复熔共晶和基体软化 ,故热影响区的宏观力学性能降低 ,但降幅不到 10 %。

Sr及RE变质对砂型铸造ZL114A合金组织及力学性能的影响

采用20和40 mm厚的ZL114A两种试样,对比研究了稀土变质和锶变质对砂型铸造ZL114A合金试样力学性能和组织的影响。结果表明:不变质、稀土变质和锶变质等三种方案的试样抗拉强度差异较小(在5%以内),而伸长率差异较大。锶变质后的试样(T6状态)伸长率最高,比其它两种方案高出28%以上。通过对比三种方案伸长率最小的试样组织发现,锶变质试样的共晶硅组织细化最明显,且试样聚集性的孔洞类缺陷又较少,这对试样的伸长率提升有很大作用。稀土变质后的试样组织中会形成一些树枝状或片层状化合物Al REMg Si相,且聚集性的孔洞类缺陷较多,这类组织反而降低了试样的伸长率。

ZL114A铝合金铸件补焊工艺研究

针对ZL114A铝合金铸件产生的铸造缺陷,采用氩弧焊技术和适宜的操作方式,实现了挽救产品的目的。结果表明,该工艺过程有效保证了ZL114A铝合金铸件的补焊品质,满足了使用要求。

ZL114A铝合金铸件显微孔隙的数值模拟

本文对ZL114A铝合金中显微孔隙的形成机理进行研究 ,介绍了孔隙率与二次枝晶的测量方法 ,考察了冷却速度对显微孔隙形成的影响 ,并提出了用冷却速度作为预测力学性能的判据。

ZL114A铝合金舱体铸件裂纹形成原因分析

针对ZL114A舱体铸件在装配过程中出现的开裂情况,对舱体铸件的化学成分、宏观形貌、金相组织、断口形貌、厚度尺寸和力学性能进行了分析。研究结果表明,舱体铸件安装台的化学成分符合HB962-2001中的成分要求;铸件开裂处的铆钉台阶与转角根部厚度均超过3 mm,厚度尺寸符合图纸要求;铸件裂纹处的断口形貌与人工打断的断口形貌基本一致,均呈沿脆性相断裂;裂纹附近的本体力学性能与远离开裂区域的本体力学性能均符合技术指标要求,但由于裂纹附近存在少量疏松,导致该区域伸长率略低。舱体铸件开裂原因为过载开裂,主要由外力对台阶面作用力不均所引起。

挤压铸造ZL114A合金滑轮铸件的生产

利用液态挤压铸造生产滑轮铝铸件,经T5处理后,虽能得到较高机械性能,但铸件表面仍有少量气泡,因而铸件成品率低。后改用“铸态淬火”加人工时效代替T5处理,机械性能仍高于GB1173-86中同类合金经T5处理后机械性能,铸件表面无气泡,铸件成品率提高,能满足用户要求,经济效益大增。

CNTs/ZL114A复合材料通孔铸件的熔化及浇注工艺研究

对CNTs/ZL114A复合材料通孔铸件的熔化、浇注工艺进行了试验研究,得到了无铸造缺陷的CNTs/ZL114A通孔铸件。结果表明:在800℃进行熔化时,CNTs/ZL114A复合材料有较好的流动性,除渣方便;集过滤、动态真空除气与浇注为一体的浇注方法使熔体得到了很好的净化;缝隙式浇冒系统的铸型设计合理,适合CNTs/ZL114A复合材料成型。

反重力铸造结晶增压压力对ZL114合金缺陷的影响

反重力铸造以其优良的铸造性能广泛应用于航空航天复杂铸件中,但是其缺陷经常对其使用性能造成影响,试验使用多功能反重力铸造设备系统地研究了关键参数结晶增压压力对合金缩孔、力学性能、致密度以及晶粒度和一次、二次枝晶间距的影响,发现增压压力能显著的提高合金的质量,减少缩孔缩松率,细化晶粒,但是变化关系并不呈现线性变化关系。

ZL114A横梁铸造数值模拟及工艺优化

针对铝合金横梁进行结构分析,并设计了铸造工艺。利用AnyCasting软件对铸造过程进行模拟仿真,分析了冒口及冷铁位置对铸件凝固过程和缺陷产生概率的影响规律,据此对铸造工艺进行了优化。结果表明,当充型温度为710℃,充型速度为115 mm/s时,铸件内部的温度分布均匀、整体缺陷产生概率较低,但由于铸件壁厚较薄且内部结构复杂易在多个位置产生热节,特别是铸件工作表面阶梯区域以及肋板与壁面的连接位置,而这些位置在凝固过程中出现缩松缺陷的概率也较大。根据模拟结果进行了针对性的工艺优化,以冒口处引出补贴的方式消除铸件侧壁缺陷,并在底部放置冷铁。优化后的方案使缺陷产生的概率显著降低。

3D打印在复杂铝合金框架铸件生产中的应用

对于铸件材质为ZL205A复杂框架结构铸件,由于型腔结构复杂,且投产数量较少,模型制作砂芯方式不仅难于出模,且模型制作费用极高,同时工艺措施由于受模型结构限制无法完全实现,造成该框架生产效率和合格率极低。为提升铸件合格率和生产效率,经成本及工艺性评估,现采用3D打印砂型的方式,来改进传统铸造工艺流程,优化铸造浇注系统工艺设计,使生产更加快捷、过程更加可控、时间资源浪费更少、效益更高,铸件质量得到大幅提高。

某型薄壁ZL105A铝合金壳体铸件的研制

薄壁ZL105A合金壳体铸件的结构是比较复杂的.为此,采用低压砂型铸造工艺,借助计算机辅助设计了生产该薄壁壳体铸件的铸造工艺和芯盒.经过多次浇铸试验和铸造质量改进,最终研制出了一批质量符合技术要求的ZL105A铝合金壳体铸件.

应用3D打印技术优化砂型铝合金低压铸造工艺

近年来,3D打印砂型技术日趋成熟,为铸件定制化、差异化、复杂化的设计提供了有利条件。壳体铸件采用3D打印砂型无模化低压铸造工艺进行生产,解决了生产周期长及产品尺寸精度低的问题,同时节约了制造成本。

热等静压对铝合金铸件组织和性能的影响

试验研究了ZL114A铝合金砂型壳体铸件热等静压(540℃,120 MPa,2 h)前后铸件缺陷级别、组织、性能的变化,分析探讨了铝合金铸件热等静压(HIP)过程缺陷消除的机制。结果表明,铸件经热等静压可以消除铸件内部的封闭疏松缺陷,提高铸件的致密度,大幅提高铸件的伸长率和疲劳性能;热等静压消除疏松缺陷的机制是铸件在高温下铝合金屈服强度变低,高压下铝合金变形蠕变使疏松孔洞崩塌愈合、通过扩散连为一体。

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。

热等静压对ZL114A铸件组织和性能的影响

通过对比热等静压前后合金的拉伸性能、疲劳性能和组织缺陷,研究了热等静压对ZL114A合金铸件组织和性能的影响。结果表明,热等静压可使铸件力学性能提高(抗拉强度提高了4.8%、伸长率提高了144%),经热等静压后,铸件疲劳性能可提高98%,热等静压对铸件中缩松、细小气孔等缺陷能进行有效修复。

提高ZL114A壳体铸件厚大部位力学性能的措施

介绍了ZL114A合金复杂壳体铸件的铸造工艺,对比分析了壁厚差异对力学性能的影响。结果表明,厚大部位力学性能明显偏低,不能满足设计要求。通过增加厚大部位冷却速度的方法,大幅度提高了厚大部位的力学性能,尤其是伸长率,由2.9%增加到了5.3%。

某ZL114A异型薄壁支架铸件的铸造工艺

以某ZL114A异型薄壁支架铸件为研究对象,开展铸造工艺研究。提出保障ZL114A合金铸件内部质量需遵循的原则,并据此提出涵盖浇注系统设计、冷铁布局、仿真模拟、砂型3D打印、金属熔炼和浇注参数设计的铸造工艺流程。利用Novacast软件对铸件充型和浇注过程进行仿真模拟,表明末端冷铁的设计与摆放有利于铸件实现顺序凝固原则,可以有效减少疏松缺陷的产生。同时,通过控制熔炼过程的合金成分、增加晶粒细化剂以及氩气精炼等手段,可有效提高合金液的品质。确定了差压浇注过程的工艺参数,并通过X射线无损检测验证得知铸件满足航空行业标准《铝合金铸件规范》(HB 963—2005)中的Ⅰ类铸件标准,达到了成品内部质量要求。

补焊对铝合金砂型铸件性能的影响

通过拉伸试验、疲劳试验,研究了氩弧焊修补对ZL114A合金砂型铸件性能的影响。结果表明,采用氩弧焊补焊工艺后,ZL114A合金砂型铸件抗拉强度、屈服强度下降5%左右,伸长率下降15%左右。这是因为焊接高温导致Mg烧损,使得合金的强化相Mg2Si减少,从而弱化了强化效果,使焊接区力学性能有所降低;焊接区域的金属在微观结构、孔洞的几何形状以及数量上与未焊接区域存在差异,在高应力条件下全焊接试样的疲劳寿命低于部分焊接和未焊接试样,但在低应力条件下部分焊接试样的疲劳寿命明显高于未焊接试样和全焊接试样的疲劳寿命。

ZL114A铝合金壳体铸造工艺研究

以ZL114A铝合金复杂壳体铸件为对象,介绍了壳体铸件的研制过程。从铸件设计、铸造工艺设计、内部品质控制、性能控制及尺寸控制等方面入手,结合数值模拟技术等,最终缩短了铸件研制时间,获得了内部品质、力学性能和尺寸精度等均满足设计要求的优质铝合金壳体铸件。