ZL205A合金侧盖壳体铸造工艺研究与产品试制

模拟分析了重力铸造与低压铸造方法下ZL205A合金侧盖壳体铸件的充型、凝固过程及缺陷特征,进行了侧盖壳体铸件试制及性能对比。采用重力铸造时,模拟显示铸件充型速度快,紊流、混流现象严重,凝固速率慢且过程混乱,孔隙率高;样件表面及内部缩松、偏析等缺陷严重,基体组织及晶界中微观缩松与成分偏析交织显现。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:400 MPa,3.1%,B区:444 MPa,3.4%,铸件为不合格品。采用低压铸造时,模拟显示铸件充型平稳,凝固速率快且自上而下顺序凝固,孔隙率低,样件探伤合格,组织均匀致密且微观缩松和偏析占比显著降低。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:478 MPa,4.7%,B区:484 MPa,4.9%,铸件合格且性能优异。验证了低压铸造工艺对ZL205A合金侧盖壳体铸件的适应性与优势。

激光冲击强化对ZL205A铝合金组织及性能的影响

目的研究激光冲击强化处理对ZL205A铝合金表面完整性和力学性能的影响规律,改善材料的残余应力状态,提高材料的力学性能。方法利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪对激光冲击前后试样的表面形貌与微观组织进行分析,通过显微硬度、纳米压痕和拉伸性能测试方法,对ZL205A铝合金激光冲击处理前后试样的硬度、纳米硬度和拉伸性能进行评价。结果ZL205A铝合金经过激光冲击处理后,表面粗糙度增加至(3.798±0.46)μm,同时在表层形成深度约为5μm、平均晶粒尺寸为100nm的纳米级晶粒,形成梯度结构。在基体表层引入了较大的残余压应力,最大残余应力达到–140.2MPa,表面显微硬度由(146.6±5.64)HV0.1增加至(173.8±8.87)HV0.1,经过纳米压痕测试可知,材料截面最大弹性模量为2.49GPa,极限抗拉强度、屈服强度、延伸率均增加,材料的力学性能得到提高。结论激光冲击强化处理使ZL205A铝合金表层发生塑性变形,细化了表层晶粒组织,提高了ZL205A铝合金基体的残余压应力、显微硬度、弹性模量,并有效提高了ZL205A铝合金的力学性能。

钛碳硼复合粒子对ZL205A齿轮室铸件组织和力学性能的影响

采用一种新型的Al-TCB中间合金对ZL205A齿轮室铸件进行晶粒细化,研究了添加不同含量的Al-TCB中间合金对齿轮室铸件组织和力学性能的影响。结果表明,Al-TCB加入能明显细化ZL205A合金组织,当加入1.0%Al-TCB时,合金晶粒尺寸由240μm细化至60μm左右,合金晶粒细小、组织均匀、致密度高,析出的钛碳硼复合粒子为初生α-Al生长的异质形核质点。随着Al-TCB中间合金加入量的增加,断口形貌中韧窝区面积和析出相的密度同步增加,合金强韧化效果显著,试样的显微硬度、抗拉强度和伸长率最高达到HV143、502 MPa和5.1%。

冷轧Al-4Ti-1B变质剂对ZL205A合金组织和力学性能的影响

研究了冷轧对Al-4Ti-1B华夫块变质剂中TiAl3和TiB2相尺寸和形态的影响,及其对ZL205A合金组织和力学性能的影响。结果表明,冷轧能将Al-4Ti-1B变质剂中的杆状TiAl3相碎化成块状,导致TiAl3相尺寸减小,数量显著增加。与未冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂细化ZL205A合金的晶粒相比,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂实现了相当的晶粒细化效果。经T6热处理后,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质合金的塑性比未冷轧华夫块变质合金高4%,但其抗拉强度降低5 MPa。其强度的降低可归因于固溶在基体中Ti原子数量减少导致的Al2Cu强化相数量的减少和尺寸的增大。

ZL205A铝合金电弧增材制造工艺及力学性能

针对薄壁高强度铝合金壳体产品的制造技术需求,开展了ZL205A铝合金电弧增材制造工艺及力学性能研究。结果表明,当ZL205A铝合金电弧增材制造工艺为:送丝速度6~9 m/min、增材速度0.01~0.02 m/s、电压130%~140%时可获得成形形貌良好、内部组织均匀的ZL205A壳体样件。采用固溶+时效热处理工艺,即固溶温度540℃、固溶时间600 min、淬火温度40℃、时效温度160℃、时效时间240 min,样件抗拉强度达到444~455 MPa,伸长率达到9%~10%,获得了良好的综合力学性能。

ZL205A增材再制造工艺参数优化研究

为解决船用ZL205A铝合金部件损坏后修复过程繁琐、成本高且周期长的问题,开展了ZL205A铝合金电弧增材再制造的关键工艺参数研究。通过对单层单道焊缝的宽高比与稀释率、显微硬度及其XRD图、摩擦学性能、电化学性能、单道多层焊缝层间冷却时间和多道单层焊缝搭接率的影响等进行综合分析,获得了焊接速度、送丝速度、干伸长、层间等待时间、搭接率等较优工艺参数组合,并开展样件试验验证。研究成果可为船用装备高质量和快速修复提供理论依据和技术保证。

热处理工艺对ZL205A合金组织与性能的影响

研究了热处理工艺对ZL205A铝合金不同显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金的晶粒大小约为100~200μm,晶界位置存在明显的富Cu偏析,晶内含有富Ti杂质相;540℃固溶处理时,晶界偏析开始回溶,保温10~14 h时固溶效果最佳;175℃时效处理1~3 h,形成与基体半共格的θ相,合金具有良好的综合力学性能。

选区激光熔化成形ZL205A铝合金成形质量及显微组织研究

本研究使用气雾化制粉技术制备了ZL205A铝合金粉末,并采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备了ZL205A铝合金,分析了激光能量密度对SLM成形ZL205A铝合金成形质量的影响。以激光功率和扫描速度为主要影响因素,研究激光能量密度对ZL205A试样致密度及显微组织的影响。结果显示,当激光功率340 W、扫描速度1600 mm/s时,成形试样致密度最高,无明显裂纹,仅有少量气孔缺陷,致密度达95.996%。

ZL205A合金壳体铸件线性偏析缺陷形成机理研究

在对ZL205A合金壳体铸件探伤时发现,部分铸件有宏观形貌与裂纹相似的线性偏析组织,取样分析发现该偏析组织微观形貌为枝晶状,通过电子探针分析确定其成分为CuAl2。本文根据ZL205A合金壳体铸件线性偏析的特征,分析了CuAl2在晶界、在铸件壁厚过渡处偏析的原因,探讨了CuAl2的偏析结晶机理以及线性偏析的解决措施。

高强度ZL205A合金大型铸件“白点”偏析研究

对ZL205A合金某大型铸件进行探伤检测,在底片上发现了白色点状偏析组织(以下简称“白点”偏析)。铸造工艺调整以及热处理不能使之减轻或消除。文中对ZL205A合金白点偏析进行研究,测试了偏析组织的力学性能,分析了偏析组织的微观形貌及化学成分,并探讨了其形成机理及防止措施。

ZL205合金的组织与性能研究

利用光学显微镜及透射电镜分析了ZL205合金铸态和热处理态的显微组织、相组成及分布。研究发现ZL205合金中,铸态组织是由-αAl固溶体与在晶界上或枝晶间分布的间断或连续共晶体所组成的。合金在T6处理时,抗拉强度随时效时间的增加先升高、后降低,时效8h后抗拉强度最高达到488.2MPa,伸长率则随时效时间的增加而降低。

大型ZL205A铸件的成分偏析和过烧组织研究

研究了ZL205A大型铸件成分和显微组织。结果表明:ZL205A大型铸件中,Cu元素严重偏析,局部Cu含量超过上限;热处理后,铸件下表面严重偏析区的共晶复熔相呈三角形,复熔相为Cu和Al的氧化物。

砂型铸造ZL205A合金组织与力学性能的研究

研究了砂型铸造ZL2 0 5A合金在铸态和热处理 (T6)态下合金的显微组织和力学性能。结果表明 :铸态ZL2 0 5A合金基体相为α(Al)固溶体 ,枝晶间和晶界上有α(Al)、θ(Al2 Cu)相和Cd相的共晶组织。晶界处存在θ和T(Al12 CuMn2 )相的混合组织。另外 ,还有少量的灰色块状ZrAl3 相、条状Al3 Ti相分布在α固溶体上。合金中添加的少量Ti、V、Zr和B等元素 ,可有效地细化晶粒。T6固溶处理时 ,θ相和Cd相溶入α固溶体中 ,二次T相呈弥散小质点析出 ,组织中还存在片状Al3 Ti的偏析物和未完全溶解残留在晶界上的Al2 Cu相。合金 (T6)抗拉强度随温度的升高呈下降的趋势 ,合金在不同温度下均为延展性断裂 。

稀土元素钇对ZL205A合金铸态组织与性能的影响

向ZL205A合金熔体中加入不同含量的稀土元素钇,在同样条件下进行熔炼、浇注。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱及热分析,研究钇对ZL205A合金铸态组织、性能及凝固过程的影响规律。结果表明,钇能使铝-铜合金的铸态组织得到细化并且对第二相θ-Al2Cu相具有变质作用;热分析表明不同含量钇均使得ZL205A合金的共晶温度下降,并缩小其凝固区间。加入少量稀土钇(0.05%)后,合金铸态性能有所提高,继续增加钇含量得到的合金铸态力学性能与原料ZL205A合金力学性能相同,钇含量达到0.3%时,合金晶粒细化效果最好,此时力学性能又有进一步改善。

ZL205A铝合金近液相线等温半固态组织转变特性

研究了ZL205A铝合金在近液相线不同等温温度和等温时间条件下的微观组织转变规律。结果表明,α(Al)晶粒直径与等温时间满足关系式r3r03=k't。系数k′值随等温温度变化,在622℃和631℃条件下对应的k′值分别为4.288×10-10m3/s和5.962×10-10m3/s。实验合金的等温过程基本上分为球化预备阶段、球化阶段和长大粗化阶段。等温温度提高,固相体积分数也随之降低,有利于加速α(Al)晶粒球化和获得均匀的球状等轴固相颗粒。实验合金等温组织演变过程是溶质传输和空位扩散、以及液固界面张力共同作用的结果。溶质扩散作用在开始阶段起主导作用,而界面张力在中后期占主要作用。

高强度ZL205A铝合金壳体铸件铸造工艺要点

壳体铸件是一种高强度复杂铝铜合金砂型铸件，要求强度高，重量轻，在加工和使用过程中尺寸及形状稳定性好。该件为HB963-1990中Ⅰ类铸件，铸件中不允许存在气孔、夹渣、疏松及裂纹等铸造缺陷，而且需经X射线检测，不允许有任何偏析缺陷。

ZL205A合金大型铸件带状偏析组织对力学性能的影响

介绍了ZL205A合金大型铸件中的一种宏观带状偏析缺陷的形貌,分析了带状偏析最严重区域的组织对力学性能的影响,观察了试棒断口形貌,并分析了断口处偏析组织的化学成分。研究发现,ZL205A合金带状偏析组织使该区域力学性能降低,造成力学性能低的原因是带状偏析组织中Cu量偏高且聚集在晶界位置,形成了晶间脆性相。

大型复杂高强度ZL205A铝合金骨架铸件的研制

以大型复杂ZL205A合金骨架铸件为研制对象,介绍了大骨架铸件的研制过程。由于该铸件为承力件,其结构复杂,轮廓长又扁,非常易变形,而且外形不加工,所以保证骨架铸件冶金质量和尺寸精度难度较大。本研究从骨架铸件铸造工艺设计、型芯材料选择、热处理工艺及尺寸控制等方面进行了分析研究,并在设计铸造工艺时采用铸造数值模拟技术等先进手段,使骨架铸件实现了顺序凝固,获得了冶金质量、力学性能和尺寸精度等均达到或超过设计要求的优质骨架铸件。

基于ProCAST数值模拟ZL205A热裂行为的研究

研究了ZL250A合金在铸造过程中的热裂行为,运用Pro CAST软件,通过建立适合的温度场、应力场模型,对该材料铸件的热裂部位进行模拟预测。结果表明,本研究所用温度场、应力场模型可以准确地预测热裂出现的部位,并与实验结果相吻合。此外,模拟结果还可以分析热裂部位的应力、温度、凝固体积分数与时间的关系,这对于理解ZL205A合金的热裂行为,提高ZL205A合金铸造成品率具有重要意义。

ZL205A铝合金铸件偏析缺陷分析和等级研究

以生产过程中ZL205A铸件的偏析缺陷为研究对象,采用SEM、EDS、DSC分析手段,研究了偏析对铸件力学性能、断口形貌、组织成分和熔化温度的影响。结果表明,随着偏析缺陷级别的提高,试样抗拉强度呈下降趋势,但其值高于I级指标;试样屈服强度变化较小;试样伸长率呈快速下降,多数低于4%;试样硬度(HV)均高于100。无缺陷试样断裂主要表现为韧性断裂,偏析试样断裂为沿晶脆性断裂。偏析试样基体以α(Al)固溶体为主,晶界上分布有未完全溶解残留物Al2Cu等低熔点共晶相,共晶相熔化温度为544℃,α(Al)固溶体熔化温度为625～640℃。根据试验分析结果制订出偏析等级底片。