提高压铸铝合金机械加工性能的研究.doc

提高压铸铝合金机械加工性能的研究压力铸造种铸造及有色合金2003年第1期提高压铸铝合金机械加工性能的研究沈阳工业学院黄勇孙宝纯摘要在ZL102铝合金的基础上,分别加入质量分数为0.5%一1.5%的Cu,0,4%一0.7%的Mg,0,1%一0.3%的Pb,0.1%一0.3%的Bi,研制出一种易机械加工压铸铝合金.该合金组织中出现了CuA12和Mg2Si强化合金相,铝合金的共晶硅呈团状或粒状.对研制的易机械加工压铸铝合金和常用的共晶型铝硅合金ZL102进行了性能测试,结果表明,易机械加工压铸铝合金抗拉强度比ZL102提高了14.17%,机械加工性能明显高于ZL102,是一种既能满足压铸工艺要求,又具有良好机械加工性能的合金.关键词:机械加工压铸铝合金中图分类号:TG249.2;TG292文献标识码:A文章编号:100124492003)01一OO4603最常用的是共晶型铝硅合金ZL102,虽具有优良的铸造性能,但是,它的强度不高,机械加工性能较差,限制了它的使用.当对用它生产的压铸件进行机械加工时,刀具很容易产生屑瘤,不但使加工表面粗糙,达不到使用要求,而且刀具磨损快,降低刀具使用寿命,压铸的通孔在攻制螺纹时,常常产生掉扣现象,使需进行机械加工的支架,托盘等压铸件的废品率高达50%以上,致使成本上升,甚至造成停产.因此,必须研究开发一种既具有ZL102合金优良的压铸工艺性能,又能提高机械加工性能的压铸铝合金.本文介绍了所研制的压铸铝合金,对其和ZL102铝合金在相同试验条件下的力学性能,机械加工性能,压铸工艺性能及耐腐蚀性等进行了对比测试,得出了测试结果.1试件准备在ZL102铝合金的基础上,分别加入质量分数为0.5%1.5%的Cu,0.4%0.7%的Mg,0.1%0.3%的Pb,0.1%0.3%的Bi,研制出一种易机械加工压铸铝合金.对研制的易机加压铸铝合金和ZL102合金在同样的电阻炉中熔炼后,用J1113A型压铸机压铸试样.压室直径llq.1/l,浇注温度650700,压铸出同样的两种铝合金试样,供进行对比测试.2两种试件合金性能的检测2.1力学性能用ZDM.30万能材料试验机测试两种试件的抗拉强度,伸长率,用HB.300A硬度试验机测试两种铝合金的硬度.2.2机械加工性能主要进行车加工和钻加工试验,车加工和钻加工均在普通设备上进行.表面粗糙度用2201型表面粗糙度检测仪测试.2.3压铸工艺性能主要检测合金流动性,出型性和充型性,流动性采用砂型螺旋试样测定其长度.出型性主要检验出型后压铸件表面是否粘型.充型性主要观察压铸件充填情况,检查是否有欠铸,冷隔等压铸缺陷.2.4耐腐蚀性能(1)高低温交替试验将试样放在4045的保温炉中经过3h取出,在室温放置2h,重复以上试验,一次为一个周期,经过20个周期试验后,观察两种合金试样表面有无变化.(2)耐腐蚀试验将试样表面涂上一层腐蚀剂(盐1尿素1乳酸4g,用1:1的甲酸水溶液溶解)在室温下放15d,观察两种试样有无变化.(3)腐蚀产物称量将ZL102,易机加压铸铝合金两种试样磨光,磨平和洗净,称其质量,然后用体积分数分别为3%和1%的NaC1和H2o2水溶液腐蚀,每24h观察一次,72h取出后用体积分数为5%的HN03水溶液去除合金上的腐蚀沉积物,清洗干净后称试样质量.3试验结果及分析3.1金相组织易机加压铸铝合金的金相组织见图1a,ZL102铝合金的金相组织见图1b.由图1可见,ZL102合金的共晶硅粗大且呈针片状,易机加压铸铝合金的共晶硅细化,呈团状或粒状.3.2力学性能两种合金的抗拉强度,伸长率和硬度分别测试4组试样,每组8件.前两组的测试结果见表1,表2,表3.黄勇,男,1959年出生,副教授,沈阳工业学院材料科学与工程分院,沈阳市文化路81-(110016),电话:02486277O92收稿日期:2O(/2091946后两组数据经计算得出平均值.提高压铸铝合金机械jjnq-性能的研究a.易机加压铸铝合金b.ZL102铝合金图l两种铝合金的金相组织X800易机加压铸铝合金的第3组试样强度极限平均值为287.5MPa,第4组试样强度极限平均值为289.0MPa.强度极限的总平均值为288.5MPa.ZL102合金的第3组试样强度极平均值为253.0MPa,第4组试样强度极限平均值为251.0MPa,强度极限的总平均值为252.7MPa.易机加压铸铝合金的抗拉强度比ZL102铝合金提高了14.17%.易机加工压铸铝合金的第3组试样伸长率平均值为1.56%,第4组试样伸长率平均值为1.53%,伸长率总平均值为1.55%.ZL102合金的第3组试样伸长率平均值为1.69%,第4组试样伸长率平均值为1.73%,伸长率总平均值为1.71%.易机加压铸铝合金的伸长率比ZL102合金低.表1两种合金的抗拉强度MPa易机加压铸铝合金的第3组试样硬度平均值为76.5,第4组试样硬度平均值为76.7,硬度总平均值为76.68.ZL102合金的第3组试样硬度平均值为58.5,第4组试样硬度平均值为58.7,硬度总平均值为58.75.易机加压铸铝合金的硬度比ZL102合金高.3.3机械加工性能在不加切削液的条件下,采用硬质合金刀具进行粗车,ZL102合金的车屑较长,不易断裂,多呈厚薄不均的卷曲状;而易机加压铸铝合金的车屑较短,易断裂,多呈厚薄均匀的不太卷曲碎片.ZL102合金的钻屑厚薄不均,而易机加压铸铝合金的钻屑均匀.最后用高速钢刀具精车,并测其两种合金试样的表面粗糙度,其结果是:ZL102合金的表面粗糙度Ra=2.83.2肿,易机加压铸铝合金的表面粗糙度Ra=1.21肿.易机加压铸铝合金比ZL102铝合金机加性能好,其主要原因如下.(1)在ZL102铝合金的基础上加入适量的有利于改善切削性能和力学性能的cu,Pb,Bi,Mg等合金元素.使合金组织中出现了CuAh,MgaSi相,铝合金的共晶硅呈团状或粒状,所以机械加工性能得到提高.但是,Cu和Mg的加入量应控制在2%左右,过多将使合金变脆.ZL102合金的共晶硅呈粗大针片状,严重的割裂了Al的基体,在si相的尖端和棱角处引起应力集中.机械加工时,破碎的si晶粒从加工表面被剥落,使加工表面粗糙.47特种铸造及有色合金2003年第1期机车用铝风扇的砂型铸造工艺青岛市四方机车车辆厂董涛于秀娟摘要根据铸铝风扇中心对称的结构特点,在浇注系统方面,采用从回转中心引入的方案,同时考虑了排气的方向与液流充型的方向一致,并在冷铁的设计与放置方面考虑到对排气及补缩的影响,对铸造工艺作了改进.关键词:风扇ZL101气孔夹渣缩凹浇注系统中图分类号:TG292文献标识码iA文章编号:10012449【2oo3)ol一004802我厂生产的铸铝风扇,单件质量在130kg左右,采用低压铁模造型,铸造工艺比较成熟.由于金属型设计制作周期长,投资费用大,考虑到市场因素,对新设计的风扇,采用树脂砂造型生产.生产中经常产生气孔,夹渣,缩凹等缺陷,通过试验与总结,成功地解决了风扇的铸造工艺设计问题.2OO0年初,我厂接到生产出口斯里兰卡机车用铸铝风扇的任务,客户没有提供图纸,只提供了一台玻璃钢风扇实物,要求我厂铸造出铸铝风扇,材质为ZL101,轮廓尺寸为夺1600ITllTl180ITllTl.风扇的铸造简图见图1.图1风扇铸造简图1.轮毂2.筋板冷铁3.叶片4.幅板5.幅板冷铁1原工艺及其存在的问题1.1风扇结构分析风扇结构为中心对称,共8个叶片,8道筋板,叶片与筋板相对,叶片与筋板之间为轮毂,由于风扇叶片根部厚大,并且叶片根部与轮毂及筋板相接,造成局部热节.当金属液由此处充填叶片时,也会因叶片过长,充填时间长造成此处过热.风扇幅板位于轮毂一侧.幅板与轮毂相交处,造成局部厚大,存在热节.由于筋板的存在,在筋板与幅板,筋板与轮毂相接处,也存在热节.由于风扇辐板位于轮毂一侧,风扇转动过程中,叶片根部,轮毂,筋板以及幅板受力最大,为保证组织致密,将幅板放在下侧,采用吊芯结构,并在叶片根部厚大热节处上下各加一块随型冷铁,筋板两侧与轮毂,幅板相接处,各加一块冷铁.幅板下部加一整块大冷铁,并在每个叶片根部上方设置补缩冒口,以防止局部缩松缩孔的产生.*董涛,男,1973年出生,工程师,青岛四方机车车辆厂铸造分厂技术室(266031),电话:05323762796收稿日期:20020808(2)易机加压铸铝合金的抗拉强度和硬度比ZL102合金高,而伸长率低,使合金塑性降低,改善了机械加工性能.3.4压铸工艺性能(1)流动性砂型螺旋试样ZL102合金平均长度为1125mill,易机加压铸铝合金平均长度为985ITlln,易机加压铸铝合金的流动性不如ZL102合金好.(2)出型性两种合金各压铸100件,宏观观察均未产生粘型现象.各抽检5件,测其表面粗糙度,平均值均在1.63.2范围内.(3)充型性两种合金各压铸50件同样的薄壁零件,0.5ITlln薄壁处,成形均完好,均未产生冷隔或欠铸缺陷.易机加压铸铝合金的流动性不如ZL102合金好,但因压铸是在高压,高速下充型,与重力铸造相比,流动性显得不那么重要.出型性和充型性试验已表明易机加压铸铝合金可以满足压铸工艺性能的要求.3.5腐蚀性能(1)两种合金试样的高低温交替试验20个周期,表面均无变化.(2)两种合金涂腐蚀剂,室温下放置15d,两种合金试样均无变化.(3)两种合金经腐蚀后,减少质量的平均值为:易机加压铸铝合金0.08513g