高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料研究

葛立晴　袁彬　程思雨

摘 要：在研發(fā)汽車、飛機(jī)的過(guò)程中，高強(qiáng)韌鋁合金能夠顯著地提升產(chǎn)品性能，這也使得我國(guó)近年來(lái)對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的研究逐漸重視。提升高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的質(zhì)量能夠推進(jìn)我國(guó)科技的發(fā)展，進(jìn)而推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本文主要對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)韌;鑄造;鋁合金

引言：

目前我國(guó)對(duì)于鑄造鋁合金的研究已經(jīng)取得取得了一定的成果，但是由于鋁合金的硬度較差，使得鑄造鋁合金與很多運(yùn)用機(jī)會(huì)失之交臂。鑄造鋁合金相對(duì)于變形鋁合金來(lái)說(shuō)生產(chǎn)價(jià)格低，可生產(chǎn)的組件更為復(fù)雜，因此變形鋁合金具有較高的研究?jī)r(jià)值。

1、高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料概述

目前世界上對(duì)于高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的研究均有著一定的成果，其中具有代表性的分別是法國(guó)的A-U5GT，美國(guó)的KO-1，中國(guó)的ZL205A。A-U5GT是高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的典型代表，在目前的應(yīng)用中也最為廣泛，這種材料的力學(xué)性能優(yōu)良，已被列入法國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和宇航標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)在A-U5GT的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，得到了KO-1，其力學(xué)性能及抗腐蝕性優(yōu)良，但由于其成本較高，故而適用范圍并不廣泛。我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)60年代至70年代研發(fā)了ZL205A，其強(qiáng)度是目前所有鑄造鋁合金材料中最高的，且韌性優(yōu)良。以上三種鋁合金材料的強(qiáng)度、韌性優(yōu)良，但可塑性較差，在實(shí)踐應(yīng)用中給生產(chǎn)帶來(lái)了問(wèn)題。

2、提升鋁合金的成形技術(shù)水平

我國(guó)在對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金研究的過(guò)程中，已經(jīng)有大量學(xué)者分析了各方面的因素并對(duì)此開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)，但目前對(duì)于合金成形的研究較少，而合金成形對(duì)于鋁合金鑄造的結(jié)果有著較大的影響，因此提升鋁合金的成形技術(shù)水平具有較大的研究?jī)r(jià)值。目前我國(guó)較為普遍的高強(qiáng)度鑄造鋁合金基本上都是AL-CU系合金，這一系列合金都是固溶體型合金，而固溶體型合金的顯著特征就是結(jié)晶間隔寬、可塑性差，在使用這種合金生產(chǎn)車輛飛機(jī)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生裂縫、疏松，且補(bǔ)縮困難。ZL205A合金由7種合金元素構(gòu)成，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可塑性差，這也意味著在使用這一系列合金進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)能力提出了更高水平的要求，同時(shí)由于其主要適用于帶冷鐵的砂型鑄造，這也給這一系列鋁合金的使用范圍帶來(lái)了較大的局限性。砂型鑄造有較多的缺點(diǎn)，如鑄造凝固時(shí)間長(zhǎng)、成品晶粒大，各項(xiàng)性能低。對(duì)金屬型、砂型和絕熱鑄形三種成型方式進(jìn)行研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于金屬型來(lái)說(shuō)砂型鑄品的強(qiáng)度降低了約有20%，彈性降低了約30%。這意味著高強(qiáng)韌材料在使用砂型鑄造方法的過(guò)程中，高強(qiáng)韌材料的優(yōu)點(diǎn)被掩埋，其性能與普通鋁合金材料無(wú)異。此外，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于砂型鑄件和試樣的性能存在著一定的差異，且砂型鑄件存在著疏松、混雜等缺點(diǎn)，使得砂型鑄造成品的各方面性能更差，影響了高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的研究效果。為了解決以上問(wèn)題，研究人員可以提升材料的基本性能或提升成型技術(shù)水平，通過(guò)兩方面來(lái)綜合提升鋁合金的生產(chǎn)質(zhì)量。由于我國(guó)目前對(duì)于材料基本性能的研究已經(jīng)非常廣泛，而對(duì)成型技術(shù)水平的研究較少，這也意味著成型技術(shù)水平具有較大的研究空間及研究?jī)r(jià)值，故而可以從研究鋁合金的成形技術(shù)水平下手，提升高強(qiáng)度鑄造鋁合金的質(zhì)量。

以提升鋁合金的成形技術(shù)水平為例，目前我國(guó)高強(qiáng)韌鋁合金的成形方法主要有金屬型、砂型和絕熱鑄型三種方法，在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有一些鑄造方法的操作較為簡(jiǎn)單且成形質(zhì)量較好，如低壓鑄造、差壓鑄造、擠壓鑄造、磁流鑄造等方法，由于這些方法的研究時(shí)間較短，故而在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用并不廣泛，因此我國(guó)可以逐步推廣這些鑄造方法，通過(guò)提升成形技術(shù)水平來(lái)提升高強(qiáng)度鑄造鋁合金的質(zhì)量。由于砂型鑄造存在著較多的缺點(diǎn)，因此可以從砂型鑄造的研究資金及相關(guān)資源中調(diào)撥出30%用于低壓鑄造、差壓鑄造等鑄造方法的研究中，培養(yǎng)新型技術(shù)的發(fā)展，綜合提升高強(qiáng)韌鑄造材料的創(chuàng)新技術(shù)水平。

3、研發(fā)新型高強(qiáng)韌材料

目前我國(guó)仍需要對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料進(jìn)行研究，可以從純化和凈化方面入手，提升高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的各方面性能。合金化是人們的關(guān)注重點(diǎn)，同時(shí)合金化的研究成果也非常豐碩，但合金化依舊還有著較高的研究?jī)r(jià)值，尤其是一些近來(lái)開(kāi)發(fā)出的合金元素在鋁合金鑄造中的應(yīng)用還缺乏相關(guān)研究。純化和凈化是提升鋁合金材料質(zhì)量的重要手段，但由于純化和凈化的實(shí)際操作難度較大，故而研究過(guò)程中也有較大的困難。鋁合金材料具有較強(qiáng)的遺傳性，這也意味著鋁合金材料的依賴性非常強(qiáng)，故而研究人員需要對(duì)原材料的質(zhì)量進(jìn)行研究，不斷提升原材料的各方面性能，避免原材料的質(zhì)量影響到高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的研究應(yīng)用。當(dāng)然我國(guó)熔體凈化技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的水平也有著較大的差距，因此我國(guó)更應(yīng)該增大研究力度，增加投入成本，提升我國(guó)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的研究水平。

以研發(fā)新型高強(qiáng)韌材料為例，可以從純化和凈化入手提升材料的性能。研究人員可以嘗試降低材料中的氫含量，使孔隙度低于體積的0.5%，提升材料的可塑性。可以采用旋轉(zhuǎn)葉輪法、過(guò)濾技術(shù)等來(lái)降低氫含量。也可以嘗試控制合金中雜質(zhì)元素的含量，如控制鋁合金中Fe、Ni、Sb等雜質(zhì)的含量，借鑒高純206.0合金的元素含量標(biāo)準(zhǔn)，降低雜質(zhì)元素的含量來(lái)提升鋁合金的各方面性能。除此之外，研究人員還可以嘗試細(xì)化合金的晶粒，有研究表明，晶粒的直徑越小，則合金材料的強(qiáng)度越高、彈性更佳、力學(xué)性能也更加優(yōu)良，因此在Al-Cu合金中可以使用Al-Ti、Al-V等變質(zhì)劑來(lái)細(xì)化合金的晶粒，提升合金的性能。

總結(jié)：

高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的研究發(fā)展對(duì)我國(guó)的科技發(fā)展有著較大的影響，因此，研究人員應(yīng)該從多方面提升高強(qiáng)韌鑄造合金材料的質(zhì)量，本文從提升鋁合金的成型技術(shù)水平和研發(fā)新型高強(qiáng)韌材料入手，對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料的研究給出了相關(guān)建議，希望能夠推進(jìn)我國(guó)高強(qiáng)韌鑄造材料的發(fā)展水平。

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