ZM6材料鑄件性能評估及改進措施

焦廣發（哈爾濱艾維歐東安航空傳動有限公司,哈爾濱　150066）

ZM6材料鑄件性能評估及改進措施

焦廣發
（哈爾濱艾維歐東安航空傳動有限公司,哈爾濱150066）

摘要：某型機主減速器的機匣材料欲采用國產的ZM6材料，為了驗證ZM6材料是否滿足設計使用要求，在鑄件及單鑄試樣上進行了一系列的試驗，試驗結果顯示當前的材料性能無法滿足要求，因此鑄造廠對鑄造工藝采取一些改進措施，效果良好。

關鍵詞：鎂合金；性能；改進措施

1　概述

某型直升機主減速器的機匣材料欲采用國產的ZM6材料，考慮到主減速器的功率加大、壽命延長等因素，需要對現有的ZM6材料進行材料評估驗證。試驗包括射線檢查、熒光檢查和機械性能等相關試驗。用于材料評估試驗的鑄件試樣（ZM6）包括兩個報廢的機匣鑄件（件11-E-070因鑄造裂紋報廢，件09-L-059因加工原因報廢，不影響切取試樣）和51個單鑄試棒（與規范GB1177的要求略有不同，僅是直棒）。

2　射線檢查

由于鑄件表面較粗糙，按圖1所示在鑄件相應位置切取試樣，并對切取的試樣進行射線檢查。在鑄件11-E-070的法蘭邊上切取了10個試樣，規定的鑄件等級（按ASTME155）為B級，有4個切取試樣鑄件等級為C或D級，其余符合圖樣要求，而鑄件本身在相同位置有2處為C-D級，其余符合圖樣要求；在內、外壁上切取了5個試樣，規定的鑄件等級為C級，切取試樣鑄件等級均符合圖樣要求，而鑄件本身在相同位置有4處鑄件等級為C-D級。

在鑄件09-L-059的法蘭邊上切取了8個試樣，規定的鑄件等級為B級，切取試樣和鑄件本身的鑄件等級均符合圖樣要求；在內、外壁上切取了10個試樣，規定的鑄件等級為C級，有3個切取試樣的鑄件等級為C-D級，鑄件本身在相同位置也有3處的鑄件等級為C-D級，其余均符合圖樣要求。單鑄試棒共計18個試樣，鑄件等級符合B級要求。

3　熒光滲透檢查及機械性能試驗

在進行機械性能試驗之前，需要對圖1所示的所有試樣進行熒光滲透檢查。拉伸試驗在具有Nadcap資質的實驗室按ASTME8和ASTME21進行。試樣包括所有等級為B的單鑄試樣，等級為B、C和C-D的切取試樣，單鑄試樣分別在室溫和90℃兩種溫度下進行試驗，而切取試樣都在室溫下進行試驗。

按規范GB1177的規定，T6狀態的ZM6材料（單鑄試樣）在室溫下的最小拉伸強度為230MPa，最小屈服強度為135MPa,延伸率不低于3%，在90℃時的最小拉伸強度為205MPa（在250℃時最小拉伸強度為145MPa，通過線性插補計算出90℃時為205MPa）。按照鑄件圖樣規定，T6狀態的ZM6材料（鑄件）在室溫下的拉伸強度不低于186MPa，對屈服強度和延伸率沒有具體要求。

取了8件單鑄試棒在室溫24℃下進行拉伸試驗，其中4件單鑄試棒拉伸強度和屈服強度均小于規范要求，其余4件符合要求，延伸率均符合要求，拉伸強度的平均值為229.1MPa，標準偏差σ為10，屈服強度的平均值為119.9MPa，標準偏差σ為5.1，延伸率的平均值為3%，標準偏差σ為1.8；同樣又取了8個單鑄試棒在90℃下進行拉伸試驗，所有單鑄試棒拉伸強度均小于200MPa，不符合要求，由于90℃下的屈服強度和延伸率沒有參考值，因此只是記錄了屈服強度的試驗結果在91MPa到111MPa之間，延伸率的試驗結果均大于18.2%，拉伸強度的平均值為193MPa，標準偏差σ為4.1，屈服強度的平均值為103MPa，標準偏差σ為7.2，延伸率的平均值為22.9%，標準偏差σ為3.6。

在鑄件11-E-070上共計切取了15個試樣（10個法蘭處，5個內、外壁），其中5件試樣在室溫25℃下的拉伸強度小于規范要求，而屈服強度的試驗結果在99MPa到125MPa之間，延伸率的試驗結果在2.4% 到8.5%之間；在鑄件09-E-059上共計切取了18個試樣（8個取于法蘭處，其中一個試樣因加工時斷裂無法試驗，10個取于內、外壁），其中2件試樣在室溫25℃下的拉伸強度小于規范要求，而屈服強度的試驗結果在100MPa到128MPa之間，延伸率的試驗結果在3.7%到8.4%之間。兩件鑄件所有試樣拉伸強度的平均值為201MPa，標準偏差σ為22，屈服強度的平均值為112MPa，標準偏差σ為8，延伸率的平均值為6.4%，標準偏差σ為1.6；

通過拉伸試驗結果可以看出對于單鑄試樣，75%的試樣拉伸強度結果小于規范中的最小值，100%的屈服強度結果小于最小值，延伸率均滿足要求。通過切取試樣的拉伸試驗具體數據可以擬合出拉伸強度的平均值與延伸率符合函數y=10.529x+133.57，為了保證設計95%的置信度要求，根據試驗結果計算出來的拉伸強度和屈服強度設計值較低，在25℃時，拉伸強度設計值為114MPa，屈服強度設計值為88MPa，延伸率為2%，在90℃時，拉伸強度設計值為96MPa，屈服強度設計值為76MPa，延伸率為5%，無法滿足設計要求。

4　結論及改進措施

針對目前的鑄造工藝，鑄造廠對現行鑄造工藝進行了一系列的改進，通過改進措施后，鑄造廠先進行了單鑄試樣（6mm）的相關試驗驗證，拉伸強度最小值為244MPa，屈服強度最小值為139MPa，試驗結果非常好。改善鑄造工藝后的鑄件已經鑄造完成，待交付再次進行相關試驗驗證。

參考文獻：

[1]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊[S].中國標準出版社,2002.

[2]ASTME8,StandardTestMethodforTensionTestingof MetallicMaterials.