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某航空舱段壳体低压铸造工艺研究

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来源:特种铸造及有色合金

ZL114A合金因其良好的铸造性能及优异的力学性能, 在航空航天用承力结构件上得到了广泛的应用。而随着国防装备技术的快速发展, 对ZL114A合金铸件的力学性能尤其是屈服强度要求也越来越高, 这对铸造生产也提出了更高的要求。而通过合金净化, 进一步优化其铸造工艺方案、浇注及热处理工艺, 可获得高强高韧铝合金铸件。

本课题根据ZL114A合金的铸造特点以及某舱段壳体铸件的结构特点, 拟通过合金成分优化、高压力凝固及双级时效工艺来提高铸件的屈服强度, 为实际生产提供借鉴。


图文结果

表1 ZL114A合金的标准化学成分(%)

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表2 ZL114A合金的优化成分(%)

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舱段壳体铸件结构三维图见图1, 其外轮廓尺寸为φ1000mm×500mm;铸件最大壁厚为50mm, 最小壁厚为10mm, 壁厚较大, 且壁厚差大。舱段壳体铸件的指定区域———窗口部位的抗拉强度≥330 MPa、屈服强度≥280 MPa、伸长率≥6%。


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图1 舱段壳体铸件三维结构图


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图2 带浇注系统舱段壳体铸件的三维模型


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图3 舱段壳体铸件的充型凝固数值模拟


表3 实际浇注工艺参数

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表4 四元Na盐变质剂配比

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通过厚大部位设置冷铁, 加快冷却和凝固速度;采用Al-5Ti-1B细化+钠盐变质处理复合变质工艺;在合金精炼方面采用旋转喷吹除气代替手工除气来减少人为因素造成的熔体质量波动;增加厚大部位冷铁厚度;减少厚大部位加工余量等措施, 可以很好地改善壳体铸件的力学性能。


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图4 铸件窗口剖切面金相组织


表5 舱段壳体铸件窗口部位剖切取样的力学性能

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图5 铸件窗口剖切试样的拉伸断口


铝液反重力充型平稳, 缩孔、缩松均处于缝隙式浇注系统的立筒内, 保证了铸件的内部质量。通过四元Na盐变质, 使用浇注温度为680℃, 向合金熔体中加入Al-5Ti-1B形核剂, 及在压差0.155MPa挤滤作用下, 得到的铸件指定窗口部位的平均抗拉强度为349 MPa、屈服强度为288 MPa、伸长率为7.7%, 满足设计要求。


本文作者:

单嘉立1 尹家新2 徐志锋1 蔡长春1 张守银1

汪志太1 王德清2

1.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室;2.湖北三江航天万峰科技发展有限公司



来源:特种铸造及有色合金