正交试验法在ZL101A复合变质工艺中的应用.pdf

T e s t & R e s e a r c h 试验研究 正交试验法在Z L 101A 复合变质工艺中的应用 方勇，刘或，梁福顺，薛永军，宗绍迎 ( 山西汾西重工有限责任公司，山西太原0 3 0 0 2 7 ) 摘要：运用正交试验法，研究了加入A 卜S b 中间合金+ T e 复合变质工艺对Z L l0 1 A 抗拉强度的影响。 结果表明，变质处理后，Z L l0 1 A 合金的抗拉强度显著提高，其组织中d A 1 相得到细化，共晶S 1 相由针、片 状转变成短纤维状、颗粒状，合金抗拉强度提高到3 2 0M P a 以上。 关键词：A 卜S b 中间合金；Z L l0 1A ；复合变质工艺；正交试验 中图分类号：T G l4 6 2 1 ；文献标识码：A ；文章编号：1 0 0 6 9 6 5 8 ( 2 0 17 ) 0 2 0 0 2 3 0 3 D O I ：10 3 9 6 9 j is s n 10 0 6 9 6 5 8 2 0 17 0 2 0 0 8 铸造A 1 s i合金具有优良的铸造性能，较高的 强度、韧性，以及良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能 。南于含s i量较高，在铸态下初生仅( A 1 ) 枝晶较 粗大，且分布不均匀，共晶硅呈现针状及片状形态， 严重制约合金性能发挥口】。本文利采用A 1 一S b + T e 复合变质处理的方法，其中S b ，T e 元素具有良好的 变质长效性和重熔稳定性，不会对设备和环境造成 污染，还能有效地细化晶粒，显著提高铝合金的力 学性能。 正交试验设计方法是处理多因素试验的一种 科学方法，利用正交试验表合理安排试验，以较少 的试验次数就可以判断出较优的试验条件，对试验 结果进行简单的统计分析，即可更全面、更系统地 掌握试验结果，做出正确判断【3 。 本文运用正交试验方法合理安排变质处理试 验，同时应用扫描电镜组织观察，力学性能试验进 行效果验证。 l试验过程 1 1 正交试验设计 变质处理的控制点包括变质温度、搅拌时问及 静置处理时间，通过经验将企标中的参数分为7 1 0 收稿1 3 期：2 0 1 6 0 9 2 2 稿件编号：1 6 0 9 1 5 3 6 作者简介：方勇( 1 9 7 7 一) ，男，工程师主要从事铝合金铸造_ 亡艺技 术开发及应用 中国铸造装备与技术2 2 0 17o F M T 、7 3 0 、7 5 0 ：5m in 、1 0m in 、1 5m in ；5m in 、1 5 m in 、2 5m in 。采用L 。( 3 4 ) 正交表的前三列进行正交 试验，经过试验得出相应方案的综合力学性能。用 直观分析法和极差分析法分析试验结果，具体如表 1 。 表1 正交试验因素、水平表 水平 试验条件 组合 变质温度，搅拌E t , t I H q m in静置时间m in力学性能M P a A I B lC I D l 7 1 0553 1 5 3 A 1 8 2 C 2 D 2 7 lO1 01 53 2 2 A lB 3 C 3 D ， 7 1 01 52 53 1 3 7 A 2 8 1 C 2 D 3 7 3 052 53 3 1 5 A 2 8 2 C 3 D I “ 3 01 053 1 6 3 A 2 8 3 C 1 D 2 7 3 01 51 53 2 0 A 3 B lC 3 D 2 7 5 05 1 5 3 0 6 7 A 3 8 2 C I D 3 “ 5 01 02 53 0 9 7 A 3 8 3 C 2 D I 7 5 0 1 5 5 3 0 6 3 1 2 试验结果分析 利用极差值法衡量试验中相应因素作用的大 小，极差大的因素，定性的说明该因素对试验指标 的影响明显，应作为主要因素。我们希望抗拉强 度指标越大越好，所以在计算极差值时，我们选择 “la r g e risb e t t e r ”，计算如表2 。 试验研究T e s t R e s e a r c h 表2 极差表 L e v e l 变质温度，搅拌时间m in静置时间r a in 15 0 0 25 0 0 44 9 9 7 25 0 1 74 99 9 5 0 1 34 9 7 64 99 24 9 8 9 D e lla0 4 1O 1 2 0 2 l R a n k132 M in it a b 制作不同因子在不同水平下的极差变 化曲线见图1 。 数据平均值 八 h ， 7 1 07 3 07 5 051 0lS 入 ，1 ，Z ， S ig n a lt o - n o is e ：L a r g e risb e l控r 注：横坐标为 素水平，纵坐标为I ) s 试验结果| f 1 线越曲折表示该 闪素影响越显著 图1 均值主效应图 根据正交试验设计的9 组试验得m 的抗拉强 度，从图1 可以看出因素变质温度曲线波动很明显， 而搅拌时间和静置时间这个因素相对比较平稳，这 就说明变质温度对于试验结果的敏感度最大，为主 要影响因素，而搅拌时间和静置时间两因素不显 著。 在正交试验结果分析中，极差分析不能估计试 验中与试验结果测定中必然存在的误差大小。为 了弥补这个缺点，采用方差分析的方法，对各因素 的显著性水平给出一个定量分析。 表3 实验因子对抗拉强度的影响分析表 变异源平方和自由度y 均方，值 F a ( 2 ，2 ) 显著水平 变质温度 3 4 7 421 7 3 71 0 99 搅拌时间 3 2 O21 6 01 0 静置时间 1 0 1 825 0 93 _ 23 误差P 3 7 121 8 5 总和 5 1 8 28 对不同置信度的临界F 值可以从，表中查找， R0 5 ( 2 ，2 ) = 1 9 ；Fo 。( 2 ，2 ) = 9 ；F 。2 ，( 2 ，2 ) = 3 ；根据抗拉 强度指标方差分析可知： F o l 搅拌 时间，由上述分析可知最优的水平组合为A ，B ，C ， 对该方案通过软件重新预测在该水平组合下的试 验结果如表4 。 表4M in it a b 预测抗拉强度 变质温度搅拌时间静置时间 F a ( 、lo t 7 3 0 1 ：5m in1 5 m in s ，NR a t io5 0 3 4 0 4 M e a n3 2 8 9 2 2 预测结果表明，最优方案( A ! B ，C 。) 下的预测结 果为3 2 8 9M P a ，对比正交试验结果，优于其他方案 结果，进行重复性试验验证。 1 3 力学性能测试结果验证 表5 测试结果验证 序号方案炉批号抗拉强度M P a 11 6 - 0 9 13 2 6 5 21 6 - 0 9 23 3 9 7 31 6 - 0 9 33 2 8 7 41 6 - 0 9 43 2 6 3 51 6 - 0 9 53 2 0 3 A 2 B lC 2 61 6 - 0 9 63 3 8 0 7 1 6 0 9 73 2 7 0 81 6 - 0 9 83 2 8 7 91 6 - 0 9 93 3 3 3 lO 1 6 1 0 03 2 7 3 从实验结果上看，最优方案的抗拉强度达到 3 2 0 3M P a 以七，虽然小于试验结果，但是对比正交 试验的结果，该方案的稳定性是最大的，满足变质 处理后性能的要求。 1 4 形貌观察 2 4o F M T 中国铸造装备与技术2 2 0 17 2 l O 9 8 2 l O 9 8 怕盼 竹的 墨董磊专差 T e s t & R e s e a r c h 试验研究 图2变质处理的组织形貌 温度、搅拌m I 日q 及静置处理时间对合金抗拉强度的 影响。对试验结果进行极差、方差分析，可知显著 水平为：变质温度 静置时间 搅拌时间，最优的 水平组合为A ，B 。c ，。 ( 2 ) 采用A ，B 。c ，方案进行合金变质处理，合金 共晶S i相呈现椭球型和短杆状，弥散分布在晶界 处，尺寸均匀，在5 1 01 a m 之间，合金抗拉强度大于 3 2 0 3M P a 。 经过该方案变质处理的组织形貌如图2 ，共晶 S i相呈现椭球型和少量的短杆状，弥散分布在晶界 【1 处，尺寸大I f , i：L 较均匀，大部分在5 - 1 0p m 之间，说 【2J 明变质处理较优，且在三强酸腐蚀下，有少量s i相 颗粒脱落，说明该合金具有较强的抗腐蚀性。所以 3 1 方案结果较为理想，为生产应用推广方案。 【4 l 2 结论 ( 1 ) 采用3 因素3 水平正交设计表，考察了变质 【5 】 参考文献 潘复生，张丁非铝合金及应用【M 】北京：化学T _ 、lk m 版礼， 2 0 0 7 ：6 8 7 3 廖恒成近共晶A l s i合金组织细化j 力学性能的研究I D l南 京：尔南大学，2 0 0 0 董如何，肖必华正交实验设计的原理分析方法及应用J 1 安徽 建筑I ：业学院学报1 2 ( 6 ) ：1 0 3 1 0 6 李玉来周子刚，袁子洲基于正交试验的一种F e c 卜N i合 金轴套精铸：】：艺参数优化【J 1 中国铸造装备与技术，2 0 1 6 ( 2 ) 6 9 7 2 寇生中魏代钢周波，张哑男一种超级奥氏体不锈钢耐腐 蚀性能的正交试验研究【J 】中吲铸造装备与技术，2 0 0 9 ( 2 ) 4 0 4 3 A p p lic a t io no fo r t h o g o n a le x p e r im e n td e s ig ninZ L l0 1 Ac o m p o u n dm o d if ic a t io n F A N GY o n g ，L I UY u ，L I A N GF u S h u n ，Z O N GS h a o Y in g ，X U EY o n g J u n ( S h a n X iF e n x ih e a v yin d u s t r yC o ，L t d ，T a iy u a n0 3 0 0 2 7 ，S h a n x i，C h in a ) A b s t r a c t ：T h ein f lu e n c eo ft h ea d d it io no fA 1 一S b + Y ec o m p o s it em o d if ic a t io no nt h em ic r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t ie so fZ 110 1Aa llo yw a ss t u d ie db yt h eo a h o g o n a l e x p e r im e n t T h er e s u lts h o wt h a tt h et e n s iles t r e n g t ho f t h ea llo yw a ss ig n if ic a n tin c r e a s e da f t e rm o d if ic a t io n ，t h em ic r o s t r u c t u r eo ft h eA I p h a s ew a sr e f in e ，a n dt h eS i p h a s ew a sc o m p o s e do fn e e d lelik e ，la m e lla rin t oas p h e r ic a ls h a p ea n ds h o r tr o ds h a p e T h et e n s iles t r e n g t ho ft h e a llo yisin c r e a s e d3 2 0M P a K e y w o r d s ：A I S b ；Z L 101A ：o r t h o g o n a le x p e r im e n t ；m o d if ic a t io n 业界资讯ln f o r m a t io n “大爱扶贫，不忘初心”康烯圣养公益慈善盛典新闻发布会成功举办 2 0 17 年2 月2 2 日上午。山东广播电 视台系列扶贫宣传活动之“大爱扶贫， 不忘初心康烯圣养公益慈善盛典”新 闻发布会在山东广播电视台综合业务楼 一楼大厅举行。 以“关爱贫困人口，关心扶贫事业” 为宗旨，以“大爱扶贫，不忘初心”为主 题的大型慈善盛典活动，由山东省扶贫 开发基金会、山东广播电视台、济南圣泉 集团股份有限公司共同主办于3 月2 6 日晚在济南奥体中心东荷体育场隆重举 行。 3 月2 6 日活动当天，由圣泉集团联 中国铸造装备与技术2 2 0 17o F M T 合山东省扶贫开发基金会共同发起成立 的“圣泉帮帮忙扶贫公益基金”将正式 启动，专项基金由山东省扶贫开发基金 会管理。本次活动主办方圣泉集团提出 了“每一人关注和转发传播康烯圣养 官方微博，我们就捐出0 5 元钱”的口号 参与转发者还将有机会获得公益慈善盛 典门票大奖。活动门票及本次募集的全 部收入将作为首批资金注入圣泉帮帮忙 扶贫公益基金用来支持各地区扶贫事 业。另外，其旗下的康烯圣养商城将来 也计划开设慈善专区进