關于高強度鋁合金的鑄造工藝和熱處理工藝的探討

李宏新 王景浩 凱斯曼秦皇島汽車零部件制造有限公司

一、鑄造大型熔模精密鑄件的工藝分析

（一）明確鑄件特點和材料成分

為有效說明高強度鋁合金鑄造工藝，文章以鑄造某大型熔模精密鑄件生產實踐為例。在該生產工藝中，要求鑄造某呈錐形的大型熔模精密鑄件，鑄件材料為高強度鋁銅合金，鑄件外形尺寸為（φ200mm～380mm）×500mm，其壁厚最大值與最小值分別為35mm與3.5mm。設計將4根筋條置于該鑄件的外圓方向上，各筋條與其兩端則為受力部位。該鑄件用的高強度鋁銅合金材料中，銅元素含量在4.6%～5.3%，錳元素含量在0.3%～0.5%，鈦元素含量控制在0.15%～0.35%，此外有部分鎘元素、鋯元素、硼元素與釩元素等。

（二）制定鑄造方案

在對該熔模精密鑄件進行鑄造時，選擇采用高強度鋁銅合金材料與硅溶膠熔模精密鑄造工藝方式。在設計澆注系統時，采用底注與側注相互結合。由周圍布設的四根立柱與縫隙式澆道相互組合，考慮到在重力澆鑄過程中，直澆道底部會受到金屬液的沖擊影響，導致流動性較差，因此相關工藝人員經過綜合考慮，最終決定使用蛇形直澆道。嚴格按照相關規定要求，對使用的高強度鋁合金材料進行全面的質量檢驗，確保其各項雜質含量均與規定要求相符后，需要工作人員準備精鋁錠與各種中間合金，并將回爐料用量控制在總爐料的30%范圍內。考慮到此次熔模精密鑄造中所選用的高強度鋁銅合金中含有一定量的雜質元素鐵，因此工作人員最終選用石墨坩堝對其進行熔煉。

二、高強度鋁合金的熱處理

（一）確定熱處理工藝方案

在進行高強度鋁合金熱處理工藝設計時，相關工作人員充分立足實際，并嚴格遵循國家相關規定要求，制定出科學合理的熱處理工藝方案，對各項相關工藝參數進行統一明確，從而為之后的高強度鋁合金熱處理奠定堅實基礎。一般情況下，在對高強度鋁合金進行熱處理時，工件的保溫時間應當在9～20 h，并依照實際情況合理選用冷卻方式，在工件完成固溶處理后及時對其進行冷卻。用濃度為6%～10%的適量UCON水溶性作為冷卻介質，使得鑄件能夠獲得更理想的處理效果。在時效處理過程中，工作人員選用相適宜的箱式循環空氣過濾器，并對時效溫度進行嚴格控制。通過使用專門的固定工裝從而有效控制鑄件變形，使得鑄件的熱處理效率能夠得到進一步提升。

（二）把控熱處理工藝要點

對高強度鋁合金鑄件進行熱處理的主要目的，在于使得鑄件的力學性能可以得到有效強化，從而獲得更高的鑄件機械性能。根據上文可知，高強度鋁合金雖然與普通鋁合金材料相比，具有強度更高的優勢特性，但其在實際鑄造過程中，因受到各種因素的影響，出現疏松、夾渣以及其他鑄造缺陷的可能性也相對較高，從而對高強度鋁合金鑄件的力學性能產生不利影響。因此在該熔模精密鑄件的生產過程中，工作人員在使用熱處理工藝技術時，首先需要對固溶溫度進行科學設定，當固溶溫度過低且保溫時間低于9h的情況下，強化相將難以充分溶入鋁基體元素中。其次，工作人員需要重視對淬火時的鑄件冷卻速度進行嚴格控制，零件裝爐應保持足夠間隙，避免其相互交疊從而導致鑄件無法迅速均勻冷卻。此外，如果淬火水溫超過規定標準值，也會對高強度鋁合金鑄件冷卻速度產生不利影響。

在該采用高強度鋁合金材料生產的大型熔模精密鑄件中，為有效提升鑄件力學性能，設定熱處理工藝參數時，通過充分結合實際情況，在嚴格依照相關標準要求下，將合金的固溶溫度設定在530～540℃，固溶保溫時間控制在10～18 h，時效溫度則控制在170～180℃，時效保溫時間最短不應少于4 h.最長不應超過6 h。對經過熱處理的高強度鋁合金鑄件，要求對其進行分裝，避免將高度與厚度值均相對較大的鑄件進行相互疊放和疊裝，淬火水溫控制在43～45℃。對于出爐的高強度鋁合金熔模精密鑄件，其轉移至淬火槽的時間不超過20 s，通過對這一轉移時間進行嚴格控制，能夠有效達到保證鑄件整體力學性能的目的。在對該高強度鋁合金鑄件進行熱處理的過程中，如果環境溫度不足10℃，則在轉移出爐鑄件至淬火槽時，其時長需嚴格控制在15 s以內。在條件允許的情況下，工作人員通過在鑄件車間中安裝設置智能溫度調控裝置，確保環境溫度始終穩定在10℃以上，避免鑄件溫度驟降較多而影響固溶效果，最終導致鑄件無法獲得良好的力學性能。根據大量的實際相關性能檢測數據顯示，高強度鋁合金大熔模精密鑄件通過使用上述工藝參數進行熱處理后，鑄件抗拉強度達到470 MPa以上，平均斷后伸長率為3%，最高可達到4.5%，由此可見熱處理工藝的合理使用確實能夠有效提升高強度鋁合金鑄件的力學性能。

三、結語

綜上所述，在制備高強度鋁合金鑄件時，相關工作人員充分立足實際，始終認真遵循相關規定要求與技術規程，合理選用與之相適宜的鑄造工藝與熱處理工藝方案。并對其中的各項關鍵要點，包括合金熔化溫度、精煉溫度及其他各項熱處理工藝參數等進行嚴格控制。通過工作人員嚴格控制鑄件鑄造過程與熱處理過程的各項工藝參數，及時發現其中存在的問題并進行相應處理，通過合理的鑄造工藝、熱處理工藝，從而全面提升高強度鋁合金鑄件的力學性能與整體冶金質量水平。