控制合金成分提高鑄件強度的工藝實踐

張丹，丁林

（吉林電子信息職業技術學院，吉林 吉林132021）

0 引言

引信技術的研究與發展在一些技術先進國家倍受重視,并盡可能地將最新科學技術成果應用在引信的研究設計上。性能優良的導彈引信,不僅能夠保證戰斗部分及全彈的安全性,而且可以使戰斗部充分發揮威力，擊中目標。伴隨新軍事變革的逐漸深入和高新技術的飛速發展,導彈將面臨廣空域、全高度、多種類、高性能的要求,這些特點為未來導彈引信技術的發展提出了更高的要求。而連接套作為引信的核心部件，在材質和工藝方面日益的更新，同時為了提高競爭力,薄壁這個指標也在不斷推高,它是一個非常柔性的指標。

1 連接套的結構

連接套的主要結構特點是：型芯多、分型工藝性復雜，尺寸精度高，如圖1所示。其形狀特點是圓筒形零件，零件中部有12個方孔，需要12個側抽芯。下部最大壁厚6.25 mm。在零件頂部，內孔尺寸φ93、深度尺寸28這段為薄壁結構，其中壁厚為3 mm有11處，壁厚僅1 mm共有10處,且約12 mm寬，28 mm長。這樣的壓鑄件在頂出時極易頂碎，可以說模具頂出極困難。

圖1 連接套及澆道、澆口三維圖形

2 連接套成分探討

由于連接套零件壁厚差距較大，尤其是最薄處僅1mm，所以在材料選取及成分的控制上進行了大量的實驗。首先選用塑料模注射成型的碳纖維零件，雖然很容易得到零件，但是由于材料耐高溫的問題，以及在高空墜落試驗中零件有裂痕的問題，可以認定此材料不適合做連接套零件。鋁的密度小，塑性高，具有優良的電性能和熱性能，表面有致密的氧化膜保護，耐腐蝕性能好。由于鋁合金的導熱性好、比強度大、耐腐蝕性好、綜合性能優良，以及鋁合金材料成形技術特別是壓鑄技術的研究開發和推廣應用，使得鋁合金獲得了廣泛應用。鋁合金的分類很多，若按所含元素劃分，主要為Al-Si合金、Al-Mg合金、Al-Zn合金、Al-Cu合金4個系列。由于Al-Si共晶體有較好的塑性，能兼顧鑄造性能和力學性能兩方面的要求，所以Al-Si合金是目前應用最為廣泛的壓鑄鋁合金。在美國的高強度Al-Si-Cu合金中銅的質量分數為2%~4%，鋅的質量分數不超過3%，硅的質量分數為7.5%~12.0%，具有較高的力學性能、良好的壓鑄工藝性能和機械加工性能［2］。近年來，我國研究的Al-Si-Cu系列鋁合金主要有YL117（YZAlSi17Cu5Mg）和 YL113（YZAlSi11Cu3）。YL117合金化學成分見表1。

表1 YL117合金化學成分質量分數%

Al-Si合金具有優良的鑄造性能，經過變質和熱處理之后，具有良好的力學性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的機加性能。鋁合金的鑄造性能和各種力學性能等在很大程度上都受鋁合金中合金元素的影響［4］。Si的結晶潛熱為1808 J/g，初晶時可放出大量潛熱，可改善合金的流動性、降低熱裂傾向、減少疏松和提高氣密性。連接套零件中，Si含量取18%，這是因為此時合金的流動性最好，而且隨著Si質量分數的增加，零件的熱膨脹系數降低，硬度和體積穩定性相應提高。Cu的主要作用是增強鋁合金的機械強度及抗腐蝕性。鋁銅合金是面心立方的晶體結構［5］，故而這類合金的塑性比較好。其他元素都可以看作為合金的雜質。Mg主要用于增加抗拉強度、硬度、耐腐蝕性等，但隨著Mg含量的增加會增大熱裂性及降低壓鑄性能。Fe含量過低，在壓力鑄造時，會發生粘模現象。為了易于出模，合金中最好含有1%以下的鐵。若零件難于脫模，Fe含量最高可達1.3%。Pb可以和Mg起化學作用，減弱Mg的強化作用。微量的Ti、Mn和Ni為有害雜質。

3 提高鋁合金性能的工藝實踐

若要保持鋁合金固有的優點，又要使其機械性能大幅提高,各個環節都要嚴格控制。首先要保證材料的純度，把好質量關。材料采購之后要進行材料成分的分析，存放時，要注意防潮和氧化。這是因為低于250℃時，鋁錠和空氣中的水汽接觸，發生化學反應：

Al（OH）3分布在鋁錠的表面，對鋁錠沒有保護作用，稱“鋁銹”。溫度大于400℃時，鋁銹又分解為

此時，Al2O3組織疏松，很容易吸附氫和水汽，熔煉混入鋁液中，增加了鋁液中的氣體含量和氧化夾雜含量［5］。熔煉材料時，保證坩堝表面沒有雜質，而且要預熱至200℃，確保表面沒有水分存在。填料時，溫度要到達600℃左右，且放回爐料不超過15%。其次，鑄造工藝的選擇。壓鑄工藝具有生產效率高、表面質量好、尺寸精度高和力學性能優異等特點，成為鋁合金制造工藝的首選。薄壁鋁合金鑄件在壓鑄充型流動過程中，鋁合金熔體迅速壓入型腔，然后在壓力下充型凝固，其組織經歷一系列變化，這種變化反過來又要牽制充型流動過程、成形工藝參數對成形后零件組織力學性能的影響［6］。壓鑄工藝大約經過熔化→澆壓→射進型腔→保壓→開模→頂出→取去→去毛刺→拋丸等。熔融時，YL117 主要相組成為初生 α（Al）、α+Si、初晶Al2Cu和MgSi等。在鑄造的過程中，擬定采取壓力為180 MPa，充型初始速度為60 m/s，充型時間僅為0.1 s，這樣可獲得薄壁零件，而且力學性能好，強度大。

4 結論

1）YL117這類材料具有特別好的流動性、中等的氣密性、良好的抗熱裂性和高的耐磨性，特別適合做成薄壁零件，滿足連接套零件的要求。2）采用壓鑄工藝得到的連接套零件，常溫時，具有較高的強度、耐腐蝕性等其他的力學性能。

［1］ 施榮.國外導彈引信技術的最新發展［J］.國防科技，2007（11）：6-10.

［2］ 向東.陳晉.鋁合金壓鑄件的氣孔缺陷及壓鑄技術新發展［J］.輕金屬，2012（11）：59-62.

［3］ 吳春苗.壓鑄技術手冊［M］.2版.廣州：廣東科技出版社，2007.

［4］ 梁濤.壓鑄鋁合金中合金元素的作用及應用［J］.硅谷，2012（2）：150，170.

［5］《鑄造有色合金及其熔煉》聯合編寫組.鑄造有色合金及其熔煉［M］.北京：國防工業出版社，1980.

［6］ 朱必武，李落星.薄壁鋁合金壓鑄充型過程中的流動特征及其凝固組織［J］.中國有色金屬學報，2004（1）：43-52.