铸造工艺对铝合金组织及性能的作用探究

2024年1月4日发(作者：情人情)

铸造工艺对铝合金组织及性能的作用探究

摘要：在我国经济实力逐渐壮大，科学技术不断创新的今天，作为一种重要的工业材料，铝合金的应用范围十分广泛。而就铝合金的铸造技术而言，随着近年来相关技术的成熟与发展也获得了长足的进步。

关键词：铸造工艺；铝合金组织；性能；作用

引言

伴随我国当前经济与科技的稳定发展，我国工业在发展的过程中都得到一定的改进。虽然铸造铝合金应用前景广泛，但现代工业的发展对铝合金提出了更高的要求，高强铝合金的研制成为近年来铸造铝合金的重点。挤压铸造技术能够生产形状复杂、壁厚较大、普通铸造无法完成的零部件等，自问世以来其应用范围不断扩大。挤压铸造工艺简便，铸件力学性能提高，缺陷少，容易实现自动化，但其铸造工艺对铸件质量影响较大。

1铸造工艺

1.1半固态压铸

所谓的半固态压铸实际上就是在液态金属呈凝固状态以前进行有效的搅拌，在一定的冷却速率下获得更高的固体组分浆料。当下具体应用的有搅溶铸造法与流变铸造法，在将近三十年的发展历程中，半固态成型技术由于其独特的优势与广泛的应用前景饱受关注。首先在搅拌的过程中已经有大量的融化潜热消散，所以这有效降低了浇注的温度同时减少了对于相关部件的热冲击。其次半固态金属粘度远高于液态金属，其在内浇道处的流速较低，所以在充填式能够有效的方式喷溅与湍流，这也避免了过多空气的卷入。第三由于半固态金属的收缩较小，所以铸件的质量也会相对提升。最后，由于半固态金属在输送到压室的过程中呈现一种软固体的形态，所以就操作而言也相对简便。

1.2真空低压消失模壳型铸造

首先用泡沫模制成合金消失模的原型，利用熔模铸造制壳技术使泡沫模表面结壳；然后，经过失模、焙烧等流程，将壳型装入砂箱制作造型；最后，使金属液在真空和压力的作用下形成合金铸件。这一系列铸造流程可以降低合金铸件的模型制造成本、对铸件尺寸进行灵活设计和调整、提高铸件铸造精度、解决孔洞缺陷和浇注方式温度过高的问题，是薄壁铝镁合金精密铸件的生产新方法。

1.3热等静压铸造工艺

热等静压是指将在密闭容器中对铸件制品施加压力，同时营造高温环境，在高温和高压的共同作业下，合金铸件被烧结、致密化形成设计师设计出的造型。热等静压是当前高新材料开发、生产过程中的重要手段，对铸件整体力学性能的提升具有重要意义。

1.4先进模式的液态高压铸造

为了提升高压铸件的质量，同时也为了缩减模具制造的周期与成本，运用

CAE技术进行设计制造无疑也是十分理想的选择。由于高圧铸造中所需面对的压力较大且充型时间较短，所以国际范围内对于很多层面的预算精度还有待提升。其中边界条件作为制约预测精度的关键所在，加强边界条件的优化至关重要。通过对高圧铸造过程中的不同因素进行测定，继而得到较为精准的CAE边界条件，以此来优化模具结构以及铸造过程，这便是更为先进的液态高压铸造工艺。

2铸造工艺对铝合金组织及性能的作用

2.1微观组织

经过热处理后，真空低压消失模壳型铸件的晶粒直径较小且组织致密，平均面积较小；经过JX2000分析软件可知孔隙率较小，即孔洞方面的缺陷较少；且热处理前后真空低压消失模壳型铸件的晶粒直径变化不大，组织更加致密而已。消失模铸件的晶粒直径较大，且呈现树枝状，平均面积较大，经分析软件鉴定孔隙率较大，缺陷较多，且热处理前后晶粒直径变化较大，但仍然存在树枝状晶体和较大的孔洞，分布更加均匀。热等静压铸件在热处理前后晶粒直径变化不大，但孔洞缺陷明显减少，且密度提高，最佳状态下可以接近理论上的铝合金密度；热处理后的晶粒更加致密，随不能完全排除缺陷，却大幅度降低缺陷处尺寸，且对合金中金属元素相的强度有较大幅度的提高，间接提高了合金的抗拉强度和延展性。

2.2对铝合金的铸造工艺方法进行合理的选择

在实际工业生产中，很多铝合金铸件虽然在结构表现上相对简单，但其很多部位都存在厚薄不均匀的情况，加之热节点的位置较多，因此对零件表面以及内部质量有着很高的要求，工艺控制的难度很高。对于中大型薄壁铝合金铸件，工艺方法的选择是一个关键点。

2.3提升合金的力学性能

纯镁铝在加入2%的稀土元素之后，其硬度可以提升一倍。在铸造铝镁ZL10系合金中加入0.3%的稀土元素，其硬度会由60提升到106，同时还可以进一步降低合金的膨胀，高温强度能够提升至20%~25%。稀土元素在镁铝合金中有着高熔点特征，会呈现出网状或骨架状，且会扩散到晶体间与枝晶间，然后使其与集基体融合入，在温度和强化晶界方面有着极大的优势。另外，针对于铸造工艺对铝合金力学性能的影响作用来讲，真空低压消失模壳型铸造件在经过热处理以后，可以提升铸造件的抗拉强度与硬度，在过程中可以借助显微镜发展其断面孔洞缺陷较少，主要都是以锻炼方式为主的韧性断口。而消失模铸件的抗拉强度与硬度普遍低于真空低压消失模壳型铸造，在经过热处理之后提升幅度相对较小，其断裂方式基本上都是以脆性端口为主，说明消失模铸件的抗拉强度与硬度较低。针对于挤压铸造工艺来讲，其在提升铝合金力学性能方面有着极大的优势，同时还可以对铝合金疏松与气孔等问题进行全面改善，另外，这一铸造工艺所形成的铸造品可以直接进行热处理，进而获得更加细致的晶粒。基于此，可以说明真空低压消失模壳型铸造工艺可以使铝合金的致密性较高、孔洞率降低、抗拉强度与铸件硬度变强，这一铸造工艺可以全面提升铝合金的力学性能。

2.4确定工艺模拟和工艺优化的工作流程

在铝合金铸造工艺模拟和优化的过程中，首先利用三维设计软件完成建模工作，之后分为两条线。一方面，通过CAD接口软件对铸造工艺设计进行前处理，具体内容包括模数计算、孤立熔池计算、浇注系统计算等，最终统一汇集到铸造工艺设计分析后处理环节，然后重新输入到三维设计软件中。另一方面，则是通过CAE接口软件对铸造工艺进行前处理，基于数据进行流动场计算以及温度场计算，之后进行铸造工艺分析后处理，在此基础还是那个进行铸造工艺合理性判断，若是，则输出，用于实际生产。若否，则要重新回到第一步，通过有限差分软件进行工艺分析处理，重新计算各项参数。在铸造模型构建和模拟计算环节，要按照铸造工艺要求添加低压铸造相应的工艺参数。

2.5断口形貌对比

不同铸造工艺下的断口形貌差异，其中消失模铸造工艺下铸件拉伸试样断口中出现了较多孔洞，并且孔洞的分布比较广泛，深度和尺寸均较大；但是真空低

压消失模壳型铸造工艺下的铸件拉伸试验端口中孔洞明显比消失模铸件少，并且大部分孔洞深度和尺寸较小。在真空低压消失模壳型铸造中断口多出现的是韧窝形貌，并且这些韧窝不但分布均匀且深度较大，说明其断口主要为韧性断口；消失模铸造铸件断口的韧窝形貌并不是特别明显，并且数量比较少、深度较小，只是在部分区域中出现，因此判定其为脆性断口。

结语

综上所述，在传统铝合金铸造中，工艺设计都是依靠专业技术人员的经验和知识，在这样的情况下，工艺生产很可能因重大缺陷的存在而前功尽弃，造成时间和资金的大量浪费。对此，可以引入现代化计算机技术，通过反复试验的方式确定最佳的工艺方法，在计算机模拟中对铸造工艺存在的问题进行确定，针对性的做出优化，实现产品生产质量的提升以及生产周期的缩短，提高经济效益。

参考文献

［1］陈希韩，敖兵.铸造铝合金轮毂的热处理工艺与组织性能研究［J］.铸造技术，2018，39（5）：1115- 1117+1120.

［2］钱宇.热处理工艺对汽车用铸造铝合金组织与性能的影响［J］.热加工工艺，2017，46（16）：206- 209+212.